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Reduction of intratumoral brain perfusion by noninvasive transcranial electrical stimulation

G, Sprugnoli; L, Monti; L, Lippa; F, Neri; L, Mencarelli; G, Ruffini; R, Salvador; G, Oliveri; B, Batani; D, Momi; A, Cerase; A, Pascual-Leone; A, Rossi; S, Rossi; E, Santarnecchi
Abstract:
Malignant brain neoplasms have a poor prognosis despite aggressive treatments. Animal models and evidence from human bodily tumors reveal that sustained reduction in tumor perfusion via electrical stimulation promotes tumor necrosis, therefore possibly representing a therapeutic option for patients with brain tumors. Here, we demonstrate that transcranial electrical stimulation (tES) allows to safely and noninvasively reduce intratumoral perfusion in humans. Selected patients with glioblastoma or metastasis underwent tES, while perfusion was assessed using magnetic resonance imaging. Multichannel tES was applied according to personalized biophysical modeling, to maximize the induced electrical field over the solid tumor mass. All patients completed the study and tolerated the procedure without adverse effects, with tES selectively reducing the perfusion of the solid tumor. Results potentially open the door to noninvasive therapeutic interventions in brain tumors based on stand-alone tES or its combination with other available therapies.
Patologie/Applicazioni:
Anno:
2019
Tipo di pubblicazione:
Articolo
Parola chiave:
stimolazione elettrica transcranica; tDCS; tES multicanale; perfusione sanguigna; tumori
Testata scientifica:
Sciences Advances
Nota:
Studio condotto su 18 pazienti con lesioni tumorali in diverse zone del cervello. Sono stati definiti singoli modelli di riproduzione del cervello per ciascun partecipante utilizzando una combinazione di strumenti software disponibili gratuitamente e script MATLAB personalizzati. In questo studio, è stata impiegata una soluzione basata su elettrodi circolari multipli (fino a otto) più piccoli (area = π cm2) che, se guidati da dati di neuroimaging, possono essere sistematicamente posizionati sul cuoio capelluto per massimizzare il campo indotto nel cervello piuttosto che piccole strutture, ad esempio un tumore al cervello. Questa regione target è stata quindi utilizzata come input per un algoritmo generico [algoritmo Stimweaver (12)] che confronta più montaggi multielettrodo composti da un massimo di otto elettrodi stimolanti situati su una qualsiasi delle 32 posizioni del sistema EEG internazionale del cuoio capelluto 10/10. Sono state trovate soluzioni usando la minimizzazione dei minimi quadrati vincolati per determinare le posizioni e le correnti degli elettrodi che hanno indotto un En-field ponderato che si avvicinava meglio al target ponderato (cioè il tumore solido). Il campo En desiderato è stato impostato su 0,25 V / m (il valore positivo indica che il campo En target è diretto nella superficie corticale, quindi si presume abbia un effetto eccitatorio) nell'area target. La stimolazione è stata eseguita utilizzando elettrodi PITRODE PISTIM (raggio cilindrico di 1 cm, area π cm2, elettrodo Ag / AgCl / gel), con una corrente massima di 2,0 mA su qualsiasi elettrodo e una corrente massima iniettata di 4,0 mA su un numero massimo di otto elettrodi. La stimolazione è stata applicata per 20 minuti in una singola sessione all'interno dello scanner MRI.
DOI:
10.1126/sciadv.aau9309

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