מסירת נוגדנים למוח מורנה באמצעות הסעה-משלוח משופר
Summary
הסעה משופרת (משלוח) היא שיטה המאפשרת אספקה אפקטיבית של therapeutics למוח על ידי הפרזיה ישירה של כרכים רקמות גדולות. ההליך מחייב שימוש בקטטרים ובהליך הזרקה ממוטב. פרוטוקול זה מתאר מתודולוגיה עבור הודעת הנוגדן למוח העכבר.
Abstract
הסעה משופרת (למעלה) היא טכניקה נוירוכירורגית המאפשרת הפריה אפקטיבית של כמויות גדולות של המוח באמצעות מערכת קטטר. גישה כזו מספקת שיטת מסירה בטוחה על ידי-העברת מחסום מוח הדם (BBB), ובכך לאפשר טיפול עם therapeutics עם העניים BBB-חדירות או אלה שעבורם חשיפה מערכתית אינה רצויה, למשל, בשל רעילות. משופרת דורש אופטימיזציה של העיצוב קטטר, פרוטוקול הזרקה, ומאפיינים של האינפופוסט. עם פרוטוקול זה אנו מתארים כיצד לבצע את הפתרון המכיל עד 20 μg של נוגדן לתוך putamen העכבר של עכברים. הוא מתאר את הכנת קטטרים הפסיעה, בוחן אותם בתוך מבחנה וביצוע השימוש בעכברים באמצעות תוכנית הזרקה משופרת. הפרוטוקול יכול להיות מותאם בקלות עבור אמצעי אינפוזיה אחרים וניתן להשתמש בהם להזרקת משתמשים שונים או חומרים פעילים מבחינה פרמקולוגית או לא פעילים, כולל chemotherapeutics, ציטוקינים, חלקיקים נגיפי, וליפוזומים.
Introduction
מחסום מוח הדם (BBB) יוצר גבול חדיר למחצה המפריד בין מערכת העצבים המרכזית (CN) לבין מחזור הדם. להגיע לתוך ה-CN עם therapeutics הוא הכרחי עם זאת בהקשר של מחלות שונות, כמו גידולים במוח, מחלת אלצהיימר (AD) או מחלת פרקינסון (PD) בין האחרים1. זה הופך חשוב בפיתוח של טיפולים חדשים, במיוחד אם התרופה נבדק מציג חדירות bbb המסכן או חשיפה מערכתית שלה יכול להוביל רעילות מסוכנת1,2. חלק מהנוגדנים המשמשים קלינית להציג את שתי תכונות אלה. פתרון לבעיה זו יהיה להעביר את הtherapeutics ישירות מאחורי BBB.
הסעה משופרת (משלוח) היא טכניקה נוירוכירורגית המאפשרת הפריה אפקטיבית של כמויות גדולות של מוח. זה מושגת על ידי התקנת כירורגית אחד או יותר קטטרים באזור המטרה. במהלך יישום התרופה, הדרגתי לחץ נוצר בפתיחת הצנתר, אשר הופך את הכוח המניע של הפיזור infusate ברקמה3,4. לפיכך, משך העירוי אינו מקדמי הדיפוזיה הקובעים את טווח הפרפיוז2,4,5. זה מספק משלוח אחיד של האינפופוסט מעל נפח המוח הרבה יותר גדול לעומת קונבנציונאלי, דיפוזיה מבוסס גרם הזרקת שיטות2,6. באותו זמן, מודאליות זו מסירה יש סיכון נמוך יותר של נזק לרקמות2. בהתאם לכך, מותר להפעיל מינהל בטוח ואפקטיבי של chemotherapeutics קונבנציונאלי לטיפול בגידולים של מערכת העיכול, כמו גם מסירה של מתווכים אימונומודולטוריים או אגניים ונוגדנים אנטדיוניים בהמון הפרעות אחרות בתחומי העיכול2 ,7,8,9. לח הוא נבדק כעת טיפולים של מחלת פרקינסון, מחלת אלצהיימר, כמו גם בדרגה גבוהה glioma2,7,8,10,11.
העיצוב קטטר ואת משטר ההזרקה הם בין הגורמים החשובים ביותר המשפיעים על התוצאה של שלח 10,12,13,14,15,16. יתרה מזאת, היא מחייבת תכונות פיזיוכימיות מסוימות של האינפופוסט, כולל גודל מתון של החלקיקים, מטען אנייוני, ואהדה לרקמות נמוכות 10,17. כל אחד מהפרמטרים הללו צריך להיות מותאם בהתאם לתכונות היסטולוגית של אזור המוח כדי להיות ממוקד2,10,17.
כאן אנו מתארים מתודולוגיה לביצוע ביצוע של פתרון נוגדן לתוך putamen הזנב (סטריאטום) של עכברים. יתר על כן, הפרוטוקול כולל הכנת קטטרים השלב בתוך הגדרת מעבדה, בדיקות אותם בתוך מבחנה וביצוע של לח.
ישנם מספר עיצובים קטטר זמין בספרות, שונות על ידי צורת הצינורית, החומרים המשמשים ואת מספר הפתחים קטטר12,15,18,19,20 ,21,22. אנחנו משתמשים קטטר צעד עשוי סיליקה מותך בולטות 1 מ”מ ממחט מתכת בקצה קהה. זה עיצוב קטטר יכול להיות מיוצר בקלות במעבדת מחקר ומגלה מעניקה תוצאות משופרת טוב כאשר נבדק בתוך מבחנה עם בלוקים agarose עם פרמטרים פיזיים דמוי המוח בתוך כימוסמה ב vivo23.
יתר על כן, אנו ליישם משטר השיא עבור אספקת 5 μL של infusate ב vivo. בפרוטוקול כזה שיעור ההזרקה גדל מ 0.2 μL/min ל מקסימום של 0.8 μL/min, ובכך למזער את הסיכויים של ריפלוקס לאורך הקטטר, כמו גם הסיכון של נזק לרקמות16. באמצעות פרוטוקול זה, יש לנו בהצלחה מנוהל עכברים עם עד 20 μg של נוגדן ב 5 μL של PBS במהלך 11 דקות 30 s.
הפרוטוקול יכול להיות מותאם בקלות עבור אמצעי אינפוזיה אחרים או להזרקת חומרים אחרים שונים, לדוגמה chemotherapeutics, ציטוקינים, חלקיקים נגיפי או ליפוזומים2,10,14,18 ,22 במקרה של שימוש בחוסר השימוש בתכונות פיזיקליות שונות באופן דרסטי בהשוואה לתמיסת מלח (PBS) או לתמיסה מלאכותית (aCSF) של נוגדנים, מומלץ לבצע פעולות אימות נוספות. עבור הרכבה קטטר, ואלידציה-מדיה, אנו מתארים את כל השלבים באמצעות רובוט סטריאוטקטיקה עם מקדחה ויחידת הזרקה רכוב על מסגרת סטריאוטקטיקה רגילה. ניתן לבצע הליך זה גם עם מסגרת סטריאוטקטיקה ידנית המחוברת למשאבת מיקרו-אינפוזיה ניתנת לתכנות שיכולה לנהוג במיקרו מזרקים מזכוכית שתוארו.
Protocol
Representative Results
Discussion
הסעה-משלוח משופר, או הלחץ בתיווך עירוי התרופה לתוך המוח, הוצע לראשונה בתחילת 19903. גישה זו מבטיחה הפרזיה של כמויות גדולות של מוח מאחורי מחסום מוח הדם באופן מבוקר2. עם זאת, עד כה, רק כמה ניסויים קליניים בוצעו באמצעות גישה זו, חלקית בגלל שהיה מעובד קליני הראה באופן טכני …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכת על ידי מענקים של אוניברסיטת ציריך (FK-15-057), קרן נוברטיס למחקר רפואי-ביולוגי (16c231) ומחקר הסרטן השוויצרי (kfs-3852-02-2016, kfs-4146-02-2017) כדי יוהנס הקיא Berg ו גשר הוכחת המושג (20b1-1 _ 177300) ללינדה שאלהאמר.
Materials
| 10 μL syringe | Hamilton | 7635-01 | |
| 27 G blunt end needle | Hamilton | 7762-01 | |
| Agarose | Promega | V3121 | |
| Atipamezol | Janssen | ||
| Bone wax | Braun | 1029754 | |
| Buprenorphine | Indivior Schweiz AG | ||
| Carprofen | Pfizer AG | ||
| Dental drill bits, steel, size ISO 009 | Hager & Meisinger | 1RF009 | |
| Ethanol 100% | Reuss-Chemie AG | 179-VL03K-/1 | |
| Fentanyl | Helvepharm AG | ||
| FITC-Dextran, 2000 kDa | Sigma Aldrich | FD2000S | |
| Flumazenil | Labatec Pharma AG | ||
| Formaldehyde | Sigma Aldrich | F8775-500ML | |
| High viscosity cyanoacrylate glue | Migros | ||
| Iodine solution | Mundipharma | ||
| Medetomidin | Orion Pharma AG | ||
| Microforge | Narishige | MF-900 | |
| Midazolam | Roche Pharma AG | ||
| Ophthalmic ointment | Bausch + Lomb | Vitamin A Blache | |
| PBS | ThermoFischer Scientific | 10010023 | |
| Polyclonal goat anti-rat IgG (H+L) antibody coupled with Alexa Fluor 647 | Jackson Immuno | ||
| Scalpels | Braun | BB518 | |
| Silica tubing internal diameter 0.1 mm, wall thickness of 0.0325 mm | Postnova | Z-FSS-100165 | |
| Stereotactic frame for mice | Stoelting | 51615 | |
| Stereotactic robot | Neurostar | Drill and Injection Robot | |
| Succrose | Sigma Aldrich | S0389-500G | |
| Topical tissue adhesive | Zoetis | GLUture | |
| Trypan blue | ThermoFischer Scientific | 15250061 | |
| Water | Bichsel | 1000004 |
Riferimenti
- Scherrmann, J. M. Drug delivery via the blood-brain barrier. Vascular Pharmacology. 38 (6), 349-354 (2002).
- Barua, N. U., Gill, S. S. Convection-enhanced drug delivery: prospects for glioblastoma treatment. CNS Oncology. 3 (5), 313-316 (2014).
- Bobo, R. H., et al. Convection-enhanced delivery of macromolecules in the brain. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 91 (6), 2076-2080 (1994).
- Morrison, P. F., Laske, D. W., Bobo, H., Oldfield, E. H., Dedrick, R. L. High-flow microinfusion: tissue penetration and pharmacodynamics. American Journal of Physiology. 266 (1 Pt 2), R292-R305 (1994).
- Zhou, Z., Singh, R., Souweidane, M. M. Convection-Enhanced Delivery for diffuse intrinsic pontine glioma treatment. Current Neuropharmacology. 15 (1), 116-128 (2017).
- Barua, N. U., et al. Intrastriatal convection-enhanced delivery results in widespread perivascular distribution in a pre-clinical model. Fluids and Barriers of the CNS. 9 (1), 2 (2012).
- Shoji, T., et al. Local convection-enhanced delivery of an anti-CD40 agonistic monoclonal antibody induces antitumor effects in mouse glioma models. Neuro-Oncology. 18 (8), 1120-1128 (2016).
- Souweidane, M. M., et al. Convection-enhanced delivery for diffuse intrinsic pontine glioma: a single-centre, dose-escalation, phase 1 trial. The Lancet Oncology. , (2018).
- Zhang, X., et al. Targeting immune checkpoints in malignant glioma. Oncotarget. 8 (4), 7157-7174 (2017).
- Barua, N. U., Gill, S. S., Love, S. Convection-enhanced drug delivery to the brain: therapeutic potential and neuropathological considerations. Brain Pathology. 24 (2), 117-127 (2014).
- Mehta, A. M., Sonabend, A. M., Bruce, J. N. Convection-Enhanced Delivery. Neurotherapeutics. 14 (2), 358-371 (2017).
- Krauze, M. T., et al. Reflux-free cannula for convection-enhanced high-speed delivery of therapeutic agents. Journal of Neurosurgery. 103 (5), 923-929 (2005).
- Nash, K. R., Gordon, M. N. Convection Enhanced Delivery of Recombinant Adeno-associated Virus into the Mouse Brain. Methods in Molecular Biology. 1382, 285-295 (2016).
- Ohlfest, J. R., et al. Combinatorial antiangiogenic gene therapy by nonviral gene transfer using the sleeping beauty transposon causes tumor regression and improves survival in mice bearing intracranial human glioblastoma. Molecular Therapy. 12 (5), 778-788 (2005).
- Yin, D., Forsayeth, J., Bankiewicz, K. S. Optimized cannula design and placement for convection-enhanced delivery in rat striatum. Journal of Neuroscience Methods. 187 (1), 46-51 (2010).
- Mamot, C., et al. Extensive distribution of liposomes in rodent brains and brain tumors following convection-enhanced delivery. Journal of Neuro-Oncology. 68 (1), 1-9 (2004).
- Saito, R., et al. Tissue affinity of the infusate affects the distribution volume during convection-enhanced delivery into rodent brains: implications for local drug delivery. Journal of Neuroscience Methods. 154 (1-2), 225-232 (2006).
- Oh, S., et al. Improved distribution of small molecules and viral vectors in the murine brain using a hollow fiber catheter. Journal of Neurosurgery. 107 (3), 568-577 (2007).
- Barua, N. U., et al. A novel implantable catheter system with transcutaneous port for intermittent convection-enhanced delivery of carboplatin for recurrent glioblastoma. Drug Delivery. 23 (1), 167-173 (2016).
- Rosenbluth, K. H., et al. Design of an in-dwelling cannula for convection-enhanced delivery. Journal of Neuroscience Methods. 196 (1), 118-123 (2011).
- Debinski, W., Tatter, S. B. Convection-enhanced delivery for the treatment of brain tumors. Expert Review of Neurotherapeutics. 9 (10), 1519-1527 (2009).
- MacKay, J. A., Deen, D. F., Szoka, F. C. Distribution in brain of liposomes after convection enhanced delivery; modulation by particle charge, particle diameter, and presence of steric coating. Brain Research. 1035 (2), 139-153 (2005).
- Chen, Z. J., et al. A realistic brain tissue phantom for intraparenchymal infusion studies. Journal of Neurosurgery. 101 (2), 314-322 (2004).
- Sampson, J. H., et al. Poor drug distribution as a possible explanation for the results of the PRECISE trial. Journal of Neurosurgery. 113 (2), 301-309 (2010).
- Wick, W., Weller, M., et al. Trabedersen to target transforming growth factor-beta: when the journey is not the reward, in reference to Bogdahn et al. (Neuro-Oncology 2011;13:132-142). Neuro-Oncology. 13 (5), 559-560 (2011).
- Saito, R., Tominaga, T. Convection-enhanced delivery of therapeutics for malignant gliomas. Neurologia Medico-Chirurgica. 57 (1), 8-16 (2017).
- Bedussi, B., et al. Clearance from the mouse brain by convection of interstitial fluid towards the ventricular system. Fluids Barriers CNS. 12, 23 (2015).
- Noroxe, D. S., Poulsen, H. S., Lassen, U. Hallmarks of glioblastoma: a systematic review. ESMO Open. 1 (6), e000144 (2016).
- Boucher, Y., Salehi, H., Witwer, B., Harsh, G. R. t., Jain, R. K. Interstitial fluid pressure in intracranial tumours in patients and in rodents. British Journal of Cancer. 75 (6), 829-836 (1997).
- Glushakova, O. Y., et al. Prospective clinical biomarkers of caspase-mediated apoptosis associated with neuronal and neurovascular damage following stroke and other severe brain injuries: Implications for chronic neurodegeneration. Brain Circulation. 3 (2), 87-108 (2017).
- Vom Berg, J., et al. Inhibition of IL-12/IL-23 signaling reduces Alzheimer’s disease-like pathology and cognitive decline. Nature Medicine. 18 (12), 1812-1819 (2012).
- Vom Berg, J., et al. Intratumoral IL-12 combined with CTLA-4 blockade elicits T cell-mediated glioma rejection. Journal of Experimental Medicine. 210 (13), 2803-2811 (2013).
- Kurdi, A., et al. Continuous administration of the mTORC1 inhibitor everolimus induces tolerance and decreases autophagy in mice. British Journal of Pharmacology. 173 (23), 3359-3371 (2016).
