Intranasal leverans av terapeutiska stamceller till glioblastom i en musmodell
Summary
Stamceller är lovande terapeutiska bärare för att behandla hjärntumörer på grund av deras inneboende tumör tropism. Icke-invasiv intranasal stamceller levererar ombi blodhjärnbarriären och visar stark potential för klinisk översättning. Denna artikel sammanfattar de grundläggande principerna för intranasal stamcellsleverans i en musmodell av gliom.
Abstract
Den inhemska tropismen mot hjärnans maligniteter gör stamceller som lovande bärare av terapeutiska medel mot maligna tumörer. Leveransen av terapeutiska stamceller via den intranasala vägen är en nyligen upptäckt alternativ strategi med stark potential för klinisk översättning på grund av dess icke-invasiva natur jämfört med intrakranial implantation eller leverans via systemiska vägar. Bristen på blodhjärnbarriär stärker ytterligare den terapeutiska potentialen hos stamceller som genomgår intranasal hjärninfångning. Denna artikel sammanfattar de väsentliga tekniker som används i våra studier och skisserar de grundläggande principerna för intranasal strategi för stamcellsleverans med hjälp av en musmodell av intrakraniella gliomentraler. Vi demonstrerar de optimerade procedurerna som genererar konsekventa och reproducerbara resultat med specifika förutbestämda experimentella parametrar och ger riktlinjer för effektiviserat arbetsflöde som säkerställer effektiv körning och pålitlig experimentNtal utfall. Artikeln är utformad för att fungera som en grundlinje för ytterligare experimentell anpassning baserad på hypotes, stamcellstyper eller tumörspecifika.
Introduction
Låg toxicitet, låg immunogenicitet och inneboende hjärntumör-tropism hos humana stamceller är attraktiva drag för leveransen av terapeutiska vehiklar 1 . Nya stamcellsbaserade läkemedel för maligna hjärntumörer är lovande innovationer utvecklade de senaste åren och den intranasala anpassningen av denna terapeutiska strategi utgör ett steg mot klinisk översättning, eftersom icke-invasiv och upprepad administrering dramatiskt kan minska barriären för patientapplikationer och Kan vara anpassningsbar för outpatienttjänster utan allmänbedövning eller långvarig in-patient service i samband med invasiva kirurgiska ingrepp 1 , 2 , 3 , 4 .
Vi och andra har banat på den intranasala vägen för stamcellsleverans till hjärntumörer och har lagt grundarbetet för några av de grundläggande principernaAv translationell forskning med användning av mus xenograftmodeller 2 , 3 , 4 , samt undersökt migrering av stamceller in vivo via magnetisk resonansbildningsreagens (MRI) reagensbärare 2 . Genom dessa pilotutredningar har vi samlat stor erfarenhet och fått insikt om hur man bäst kan konstruera en robust preklinisk utvärderingsstrategi med hjälp av väletablerade patientbaserade xenograft (PDX) musmodeller av malignt gliom, samtidigt som undersökningsupplösningen upprätthålls för att undersöka Nyanserade mekaniska detaljer av de sofistikerade biologiska fenomenen av den intranasala hjärnanpassningen av terapeutiska stamceller som levereras till näshålan. Här beskriver vi principerna för ett standardiserat operationsprotokoll för att visa det aktuella tillståndet för experimentella undersökningar med användning av en väletablerad human neural stamcellslinje HB1.F3.CD 5 <sup>, 6 , 7 , 8 , som lätt modifieras för att anpassa sig till specifika tumormodeller eller strategier med användning av humana stamceller som terapeutiska bärare.
Protocol
Representative Results
Discussion
Även om den intranasala vägen för läkemedelsleverans har undersökts allmänt för små molekyler, nanomedicin och proteinföreningar lika 18 , är tillämpningen av terapeutiska stamceller för intranasal hjärntumörinriktning väldigt ny i spektret av hjärntumörterapeutik under utveckling 2 , 3 , 4 . Det finns inneboende komplexiteter involverade beträffande beteenden av stamceller i näshålan…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete stöddes av NIH R01NS087990 (MSL, IVB).
Materials
| Stereotaxic frame | Kopf Instruments | Model 900 | |
| Hypoxic Cell Culture Incubator | ThermoFisher Scientific | VIOS 160i | |
| Cell culture supplies (Plastics) | ThermoFisher Scientific | Varies | Replaceable with any source |
| Legend Micro 21R Refrigerated Microcentrifuge | ThermoFisher Scientific | 75002490 | Replaceable with any source |
| Bench centrifuge Sorvall ST16R | ThermoFisher Scientific | 75004240 | Replaceable with any source |
| Micro syringe 702N 25µl (22S/2"/2) | Hamilton Company | 80400 | Flat tip |
| Sample Tray for Irradiator | Best Theratronics | A13826 | To set up mice protection with lead shield |
| Leica DMi8 Microscope | Leica Microsystem | Custom setup | |
| Leica CM1860 UV cryostat | Leica Microsystem | Custom setup | |
| Exel International Insulin Syringe | ThermoFisher Scientific | 14-841-31 | |
| Corning Phosphate Buffer Saline | Corning Cellgro/ThermoFisher | 21-031-CV | |
| Dulbecco's Modified Eagle Medium | Corning Cellgro/ThermoFisher | 11965-084 | |
| Trypsin 0.05% | Corning Cellgro/ThermoFisher | 25300054 | |
| Hyaluronidase from bovine testes | MilliporeSigma | H3506 |
Riferimenti
- Shah, K. Stem cell-based therapies for tumors in the brain: are we there yet?. Neuro Oncol. 18 (8), 1066-1078 (2016).
- Balyasnikova, I. V., et al. Intranasal delivery of mesenchymal stem cells significantly extends survival of irradiated mice with experimental brain tumors. Mol Ther. 22 (1), 140-148 (2014).
- Reitz, M., et al. Intranasal delivery of neural stem/progenitor cells: a noninvasive passage to target intracerebral glioma. Stem Cells Transl Med. 1 (12), 866-873 (2012).
- Dey, M., et al. Intranasal Oncolytic Virotherapy with CXCR4-Enhanced Stem Cells Extends Survival in Mouse Model of Glioma. Stem Cell Reports. 7 (3), 471-482 (2016).
- Ahmed, A. U., et al. A preclinical evaluation of neural stem cell-based cell carrier for targeted antiglioma oncolytic virotherapy. J Natl Cancer Inst. 105 (13), 968-977 (2013).
- Kim, S. K., et al. Human neural stem cells target experimental intracranial medulloblastoma and deliver a therapeutic gene leading to tumor regression. Clin Cancer Res. 12 (18), 5550-5556 (2006).
- Lee, D. H., et al. Targeting rat brainstem glioma using human neural stem cells and human mesenchymal stem cells. Clin Cancer Res. 15 (15), 4925-4934 (2009).
- Lesniak, M. S. Targeted therapy for malignant glioma: neural stem cells. Expert Rev Neurother. 6 (1), 1-3 (2006).
- Robinson, K. GLPs and the Importance of Standard Operating Procedures. BioPharm International. 16 (8), (2003).
- World Health Organization on behalf of the Special Programme for Research and Training in Tropical Diseases. . Handbook: Good Laboratory Practice (GLP). , (2009).
- NIH. . Number: NOT-OD-16-011. Implementing Rigor and Transparency) in NIH & AHRQ Research Grant Applications. , (2015).
- Wakimoto, H., et al. Maintenance of primary tumor phenotype and genotype in glioblastoma stem cells. Neuro Oncol. 14 (2), 132-144 (2012).
- Cheng, S. H., et al. Dynamic In Vivo SPECT Imaging of Neural Stem Cells Functionalized with Radiolabeled Nanoparticles for Tracking of Glioblastoma. J Nucl Med. 57 (2), 279-284 (2016).
- Pritchett-Corning, K. R., Luo, Y., Mulder, G. B., White, W. J. Principles of rodent surgery for the new surgeon. J Vis Exp. (47), (2011).
- Clark, A. J., Fakurnejad, S., Ma, Q., Hashizume, R. Bioluminescence Imaging of an Immunocompetent Animal Model for Glioblastoma. J Vis Exp. (107), (2016).
- Ulasov, I. V., et al. Survivin-driven and fiber-modified oncolytic adenovirus exhibits potent antitumor activity in established intracranial glioma. Hum Gene Ther. 18 (7), 589-602 (2007).
- Danielyan, L., et al. Intranasal delivery of cells to the brain. Eur J Cell Biol. 88 (6), 315-324 (2009).
- Dhuria, S. V., Hanson, L. R., Frey, W. H. Intranasal delivery to the central nervous system: mechanisms and experimental considerations. J Pharm Sci. 99 (4), 1654-1673 (2010).
- Gross, E. A., Swenberg, J. A., Fields, S., Popp, J. A. Comparative morphometry of the nasal cavity in rats and mice. J Anat. 135 (Pt 1), 83-88 (1982).
- Marieb, E. N., Hoehn, K. . Human Anatomy & Physiology. , (2007).
