Demyelinisering sker i flera sjukdomar i centrala nervsystemet. En tillförlitlig in vivo drug delivery-teknik är nödvändig för remyeliniserande drogtestning. Detta protokoll beskriver en osmotisk pumpbaserad metod som möjliggör långvarig läkemedelsleverans direkt i hjärnparenkymet och förbättrar läkemedlets biotillgänglighet, med bred tillämpning inom remyelinationsforskning.
Demyelinisering har identifierats i inte bara multipel skleros (MS), men också andra sjukdomar i centrala nervsystemet som Alzheimers sjukdom och autism. Eftersom bevis tyder på att remyelinisering effektivt kan förbättra sjukdomssymtomen, finns det ett ökande fokus på läkemedelsutveckling för att främja myelinregenereringsprocessen. Således krävs en regionvalbar och resultatpåförsörlig läkemedelsleveransteknik för att testa effektiviteten och specificiteten hos dessa läkemedel in vivo. Detta protokoll introducerar det osmotiska pumpimplantatet som en ny läkemedelsleveransmetod i den lysolecithininducerade demyeliniseringsmusmodellen. Den osmotiska pumpen är en liten implanterbar enhet som kan kringgå blod-hjärnbarriären (BBB) och leverera läkemedel stadigt och direkt till specifika områden i mushjärnan. Det kan också effektivt förbättra biotillgängligheten av läkemedel som peptider och proteiner med kort halveringstid. Därför är denna metod av stort värde för området för myelinregenereringsforskning i centrala nervsystemet.
Den osmotiska pumpen är en liten implanterbar lösningsfrigörande anordning. Det kan användas för systemisk leverans när den implanteras subkutant eller i bukhålan. Ytan på den osmotiska pumpen är ett halvpermeabelt membran och dess inre sida är ett permeabelt skikt. Den osmotiska pumpen arbetar med hjälp av den osmotiska tryckskillnaden mellan det osmotiska skiktet och vävnadsmiljön där pumpen implanteras. Den höga osmolaliteten hos det osmotiska skiktet gör att vattnet i vävnaden strömmar in i det osmotiska skiktet genom det halvpermeabla membranet på pumpytan. Det osmotiska skiktet expanderar och komprimerar den flexibla behållaren inuti pumpen och förskjuter därigenom lösningen från den flexibla behållaren med en viss hastighet under lång tid1. Pumpen har tre olika reservoarvolymer, 100 μL, 200 μL och 2 ml, med leveranshastigheter som varierar från 0,11 μL/h till 10 μL/h. Beroende på vald pumptyp kan enheten fungera från 1 dag till 6 veckor2. I detta protokoll används en 100 μL osmotisk pump med en överföringshastighet på 0,25 μL /h som kan fungera i 14 dagar.
Redan på 1970-talet hade den osmotiska pumpen använts i neurovetenskaplig forskning 3,4. Till exempel antog Wei et al. den osmotiska pumpmetoden för att injicera opioidpeptider i ventrikeln i en studie av narkotikamissbruk3. Efter kontinuerlig förbättring har den osmotiska pumpen nu använts i studien av kontrollerad leverans av tusentals läkemedel, inklusive peptider, tillväxtfaktorer, beroendeframkallande läkemedel, hormoner, steroider, antikroppar och så vidare. Dessutom, med speciella katetrar (Brain Infusion Kits) bifogade, kan den användas för riktad infusion till specifika vävnader eller organ, inklusive ryggmärgen, hjärnan, mjälten och levern 5,6,7.
I studien av remyelinisering har många läkemedel visat sig främja myelinregenerering in vitro, men de flesta av dem har inte uppnått signifikanta effekter in vivo, möjligen på grund av bristen på en lämplig administreringsmetod. Traditionella administreringsmetoder såsom intraperitoneal injektion, subkutan injektion och intragastrisk administrering har begränsningar i läkemedlets biotillgänglighet. Dessutom har vissa läkemedel dålig permeabilitet för blod-hjärnbarriären, vilket undergräver deras tillgång till hjärnparenkym. Tillsammans kräver dessa begränsningar en ny effektiv leveransmetod. I kombination med hjärninfusionssatserna kan osmotiska pumpar kringgå blod-hjärnbarriären och leverera läkemedel direkt till corpus callosum, vilket effektivt förbättrar biotillgängligheten av läkemedel, särskilt för vissa polypeptid- och proteinläkemedel med kort halveringstid. Därför är den osmotiska pumpen som en ny drug delivery-teknik av stort värde för forskningen om myelinregenerering i centrala nervsystemet. Tillämpningen av denna teknik kommer att introduceras i detalj nedan.
Detta protokoll beskriver den osmotiska pumpen som en ny läkemedelsleveransteknik för myelinregenereringsforskning, som kan leverera läkemedel direkt till behandlingsstället och möjliggöra konsekvent läkemedelsleverans under en längre period, vilket skapar en stabil läkemedelskoncentration i mikromiljön i centrala nervsystemet under hela experimenttiden. Jämfört med andra läkemedelsleveransmetoder bidrar den osmotiska pumpen mer till att upprätthålla läkemedelskoncentrationen i demyeliniseringsskadan<sup …
The authors have nothing to disclose.
Detta arbete stöddes av bidrag från National Nature Science Foundation of China (NSFC 32070964, 31871045) till J.N. och Shenzhen Basic Research Foundation (JCYJ20210324121214039) till Y.S.
Anesthesia Air Pump | RWD | R510-29 | E05818-006 |
Brain Infusion kit 3 | ALZET | 0008851 | 1-3 mm |
Carprofen | Macklin | C830557-1g | 5 mg/kg every 24 h |
Erythromycin eye ointment | Along technology | YCKJ-RJ-024780 | Cover the surface of the eyeballs during anesthesia |
Erythromycin ointment | pythonbio | RG180 | |
Gas Evacuation Apparatus | RWD | R546W | E05518-002 |
L-α-Lysophosphatidylcholine | Sigma | L0906 | Dissolve at 1% with sterile PBS |
Microliter Syringe | Hamilton | 65460-05 | Syringe Series:1700, 10 µL, 33 gauge |
Micro-smotic pump model 1002 | ALZET | 0004317 | 0.25 µL per hour, 14 days |
PBS (pH = 7.3) | ORIGENE | ZLI-9061 | |
Pentobarbital sodium | Shanghai Civi | CAS NO: 57-33-0 | 150-200 mg/kg intraperitoneal injection for euthanasia |
Small Animal Anesthesia Machine | RWD | R520IE | E05807-006 M |
Stereotaxic Equipment | RWD | E06382 | |
STERI 250 sterilizer | Keller | 31101 | Rapid sterilization of surgical instruments |
Surgical sutures | Shanghai jinhuan | F504 | 5-0 |
Syringe needle (1 mL) | Shanghai KDL | 6930197811018 | 26 gauge (0.45 mm x 16 mm) |
Testing drug and solvent | Experiment dependent | N/A | |
ThermoStar Homeothermic Monitoring System | RWD | 69026 | Maintain body temperature during anesthesia |
Vetbond Tissue adhesive | 3M | 1469SB | Secure the brain infusion cannula , Adhere the skin incision |