चूहा केंद्रीय तंत्रिका तंत्र में एंटीसेंस ओलिगोन्यूक्लिओटाइड्स का अंत:केंद्र वितरण
Summary
यहाँ, हम रीढ़ की हड्डी के काठ का इंट्राथेकल अंतरिक्ष में एक कैथेटर प्रत्यारोपण द्वारा चूहे केंद्रीय तंत्रिका तंत्र के लिए दवाओं को वितरित करने के लिए एक विधि का वर्णन. हम antisense oligonucleotides के वितरण पर ध्यान केंद्रित है, हालांकि इस विधि के रूप में अच्छी तरह से अन्य चिकित्सीय रूपरेखा के वितरण के लिए उपयुक्त है.
Abstract
रक्त मस्तिष्क बाधा (बीबी) केंद्रीय तंत्रिका तंत्र (सीएनएस) में रक्त से संभावित विषाक्त या रोगजनक एजेंटों के प्रवेश के खिलाफ एक महत्वपूर्ण रक्षा है। हालांकि, इसके अस्तित्व में भी नाटकीय रूप से सीएनएस के लिए व्यवस्थित रूप से प्रशासित चिकित्सीय एजेंटों की पहुंच कम करती है। इस पर काबू पाने के लिए एक तरीका है, उन एजेंटों को सीधे मस्तिष्कमेरु द्रव (सीएसएफ) में इंजेक्ट करना है, इस प्रकार बीबीबी को दरकिनार करना। यह एक परासरणी पंप का उपयोग कर या तो निरंतर जलसेक के लिए एक कैथेटर के प्रत्यारोपण के माध्यम से किया जा सकता है, या एकल बोलस वितरण के लिए. इस लेख में, हम एक कैथेटर के माध्यम से सीएनएस-लक्ष्यीकरण antisense oligonucleotides (ASOs) की डिलीवरी के लिए एक शल्य प्रोटोकॉल का वर्णन वयस्क चूहे रीढ़ की हड्डी के cauda evina अंतरिक्ष में सीधे प्रत्यारोपित. प्रतिनिधि परिणाम के रूप में, हम चूहे सीएनएस के विभिन्न क्षेत्रों में लक्ष्य आरएनए नीचे दस्तक में इस कैथेटराइजेशन प्रणाली के माध्यम से एक एकल बोलस ASO इंट्राथेकल (आईटी) इंजेक्शन की प्रभावकारिता दिखाते हैं। प्रक्रिया सुरक्षित, प्रभावी है और महंगा उपकरण या शल्य चिकित्सा उपकरण की आवश्यकता नहीं है. यहाँ वर्णित तकनीक के रूप में अच्छी तरह से अन्य तरीकों में दवाओं देने के लिए अनुकूलित किया जा सकता है.
Introduction
केंद्रीय तंत्रिका तंत्र (सीएनएस) के संवहनी प्रणाली homeostasis के एक महत्वपूर्ण नियामक के रूप में विकसित किया गया है, अणुओं के यातायात को नियंत्रित करने, पोषक तत्वों की आपूर्ति और कचरे से छुटकारा मिल रहा है. यह प्रणाली बाहरी रोगजनकों के हमलों से रक्षा की पहली पंक्ति भी है, एंडोथेलियल कोशिकाओं की दीवारों के साथ तंग जंक्शनों के घने वितरण के लिए धन्यवाद। इन तंग जंक्शनों रक्त मस्तिष्क बाधा (BBB) का एक पहलू बना. जबकि बीबीबी पोषक तत्व ों और ऊर्जा की मांग (जैसे, आयनों, ग्लूकोज) को पूरा करने के लिए आवश्यक अणुओं के परिवहन की अनुमति देता है, यह चुनिंदा रोगजनकों के मार्ग के साथ-साथ जहरीले रसायनों1,2,3को भी सीमित करता है।
विडंबना यह है कि BBB का एक ही सुरक्षात्मक कार्य है कि रोगजनकों और विषाक्त रसायनों के पारित होने को सीमित करता है भी हमारे आसानी से जीव के लिए प्रणालीगत प्रशासन के बाद चिकित्सीय उपचार के साथ सीएनएस का उपयोग करने की क्षमता के लिए प्रमुख बाधा है2, 4,5. बीबीबी की इस भूमिका ने नई औषध वितरण प्रौद्योगिकियों के विकास औरदृष्टिकोण 6के विकास को प्रेरित किया है .
इस बाधा को दूर करने का एक तरीका यह है कि दवाओं को सीधे मस्तिष्कमेरु द्रव (सीएसएफ ) में इंजेक्ट किया जाए जो मस्तिष्क और रीढ़ की हड्डीदोनोंको लगातार 7 ,8,9,10तक ले जाता है . इस आलेख में, हम चूहे की रीढ़ की हड्डी के cauda इक्विना अंतरिक्ष में पूरी तरह से कैथेटर के आंतरिक अंत रखकर काठ का अंत अंतरिक्ष में एजेंटों को सफलतापूर्वक वितरित करने के लिए एक विधि का वर्णन करते हैं। इस प्रक्रिया का विवरण पहले मजूर एट अल कहीं और11द्वारा प्रकाशित किया गया था.
प्रोटोकॉल बहुत प्रभावी है और लक्ष्य जीन दस्तक 8 के मात्रात्मक पॉलिमरेज श्रृंखला प्रतिक्रिया (QPCR) विश्लेषण द्वारा मूल्यांकन जब सीएनएस के लिए antisense ओलिगोन्यूक्लिओटाइड (ASO) वितरण की एक से अधिक 90% सफलता दर का उत्पादन करताहै। प्रक्रिया जानवरों के लिए कम से कम असुविधा का कारण बनता है, के रूप में चूहों के 100% सर्जरी जीवित रहने और शल्य चिकित्सा घाव और संकट का कोई संकेत के आसपास कम से कम सूजन दिखाने (जैसे, सक्रियता, निर्जलीकरण, चक्कर, संतुलन की हानि, भोजन का सेवन कम, और निर्जलीकरण) पोस्ट-ऑप अवलोकन के दौरान। विधि का एक और लाभ यहाँ वर्णित है कि यह महंगा उपकरण की आवश्यकता नहीं है, और न ही किसी विशेष उपकरण.
Protocol
Representative Results
Discussion
वर्तमान लेख चूहे सीएनएस में सीधे चिकित्सीय एजेंटों देने के लिए एक शक्तिशाली विधि से पता चलता है. सिद्धांत रूप में, एक ऐसी ही तकनीक भी चूहों में प्रदर्शन किया जा सकता है, हालांकि छोटे आकार के कारण, विधि और…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
हम लेख में वर्णित ASOs की आपूर्ति के लिए Ionis फार्मास्यूटिकल्स धन्यवाद देना चाहते हैं.
Materials
| 3M Steri-Drape Small Drape with Adhesive Aperture | 3M | 1020 | ||
| 70% ethanol | Decon Laboratories, Inc | 8416-160Z | ||
| Alcohol swab sticks | Dynarex | NO 1204 | ||
| BD General Use Syringes 1 mL Luer-Lok tip | BD | 1ml TB Luer-Lok tip | BD 302830 | |
| BD Intramedic PE Tubing | BD | Polyethylene tubing PE50 Diameter 0.023 in | BD 427400 (10ft, Fischer Scientific 22-204008) or 427401 (100ft, Fischer Scientific 14-170-12P) | |
| BD Intramedic PE Tubing | BD | Polyethylene tubing PE10 Diameter 0.011 in | BD 427410 (10ft, Fischer Scientific 14-170-11B) or 4274011 (100ft, Fischer Scientific 14-170-12B) | |
| BD Intramedic PE Tubing Adapters | BD | 23 gauge intramedic luer stub adaper | BD 427565 or Fisher Scientific 14-826-19E | 120V 1.2A |
| BD PrecisionGlide Single-use Needles 30G | BD | BD 305128 | ||
| Buprenorphine Sustained Release-lab | ZooPharm | Prescription required | ||
| Ethylene oxide sterilizer | Andersen Sterilizer INC. | AN 74i, gas sterilizer | AN 74i | |
| Guide cannula | BD | 19G x 1 WT (1.1 mm x 25mm) needle | BD 305186 | |
| Hamilton syringe 100ul | Hamilton company | Hamilton syringe 100ul | ||
| Hot bead Sterilizer | Fine Science Tools | STERILIZER MODELNO FST 250 | ||
| Ophthalmic ointment | Dechra veterranery product | 17033-211-38 | ||
| Pocket Pro Pet Trimmer | Braintree Scientific | CLP-9931 B | ||
| Povidone scrub | PDI | S48050 | ||
| Saline | Baxter | Sodium Chloride 0.9% Intravenous Infusion BP 50ml | FE1306G | |
| Scalpel | Feather | disposable scalpel | No. 10 | |
| Small animal heating pad | K&H Manufacturing | Model # 1060 | ||
| Stylet Wire | McMaster-Carr | 1749T14 | LH-36233780 | |
| Surgery Towel drape | Dynarex | 4410 | ||
| Surgical scissors and forceps | FST and Fisher Scientific | |||
| Sutures | Ethicon | 4-0 or 5-0 | ||
| Tool to make the Guide cannular | Grainger | Rotary tool (Dremel) | 14H446 (Mfr: EZ456) | 1.5” diameter, Pk5 |
| EZ lock cut off Wheel | 1PKX5 (Mfr: 3000-1/24) | 1.5”, Pk2 | ||
| Grinding Wheel, Aluminum Oxide | 38EY44 (Mfr: EZ541GR) | |||
| EZ lock Mandrel | 1PKX8 (Mfr: EZ402-01) | 1.5” diameter | ||
| Diamond wheel floor Tile | 3DRN4 (Mfr: EZ545) | |||
| Alternative source for pre-made and sterilized materials for this procedure | ||||
| Dosing catheter system | SAI Infusion Systems | RIDC-01 | ||
| Guide cannula | SAI Infusion Systems | RIDC-GCA | ||
| Internal Catheters | SAI Infusion Systems | RIDC-INC | ||
| Stylet Wire | SAI Infusion Systems | RIDC-STY |
References
- Abbott, N. J. Dynamics of CNS barriers: evolution, differentiation, and modulation. Cellular and Molecular Neurobiology. 25 (1), 5-23 (2005).
- Greene, C., Campbell, M. Tight junction modulation of the blood brain barrier: CNS delivery of small molecules. Tissue Barriers. 4 (1), e1138017 (2016).
- Daneman, R., Engelhardt, B. Brain barriers in health and disease. Neurobiology of Disease. 107, 1-3 (2017).
- Ballabh, P., Braun, A., Nedergaard, M. The blood-brain barrier: an overview: structure, regulation, and clinical implications. Neurobiology of Disease. 16 (1), 1-13 (2004).
- Cardoso, F. L., Brites, D., Brito, M. A. Looking at the blood-brain barrier: molecular anatomy and possible investigation approaches. Brain Research Reviews. 64 (2), 328-363 (2010).
- Larsen, J. M., Martin, D. R., Byrne, M. E. Recent advances in delivery through the blood-brain barrier. Current Topics in Medicinal Chemistry. 14 (9), 1148-1160 (2014).
- Brinker, T., Stopa, E., Morrison, J., Klinge, P. A new look at cerebrospinal fluid circulation. Fluids Barriers CNS. 11, 10 (2014).
- Standifer, K. M., Chien, C. C., Wahlestedt, C., Brown, G. P., Pasternak, G. W. Selective loss of delta opioid analgesia and binding by antisense oligodeoxynucleotides to a delta opioid receptor. Neuron. 12 (4), 805-810 (1994).
- Wahlestedt, C., et al. Antisense oligodeoxynucleotides to NMDA-R1 receptor channel protect cortical neurons from excitotoxicity and reduce focal ischaemic infarctions. Nature. 363 (6426), 260-263 (1993).
- Wahlestedt, C., Pich, E. M., Koob, G. F., Yee, F., Heilig, M. Modulation of anxiety and neuropeptide Y-Y1 receptors by antisense oligodeoxynucleotides. Science. 259 (5094), 528-531 (1993).
- Mazur, C., et al. Development of a simple, rapid, and robust intrathecal catheterization method in the rat. Journal of Neuroscience Methods. 280, 36-46 (2017).
- Wolf, D. A., et al. Dynamic dual-isotope molecular imaging elucidates principles for optimizing intrathecal drug delivery. Journal of Clinical Investigation Insight. 1 (2), e85311 (2016).
- Becker, L. A., et al. Therapeutic reduction of ataxin-2 extends lifespan and reduces pathology in TDP-43 mice. Nature. 544 (7650), 367-371 (2017).
- Zhang, X., Hamblin, M. H., Yin, K. J. The long noncoding RNA Malat1: Its physiological and pathophysiological functions. RNA Biology. 14 (12), 1705-1714 (2017).
- Crooke, S. T., Witztum, J. L., Bennett, C. F., Baker, B. F. RNA-Targeted Therapeutics. Cell Metabolism. 27 (4), 714-739 (2018).
- DeVos, S. L., Miller, T. M. Direct intraventricular delivery of drugs to the rodent central nervous system. Journal of Visualized Experiments. (75), e50326 (2013).
- McCampbell, A., et al. Antisense oligonucleotides extend survival and reverse decrement in muscle response in ALS models. Journal of Clinical Investigation. 128 (8), 3558-3567 (2018).
- Schoch, K. M., Miller, T. M. Antisense Oligonucleotides: Translation from Mouse Models to Human Neurodegenerative Diseases. Neuron. 94 (6), 1056-1070 (2017).
- Lane, R. M., et al. Translating Antisense Technology into a Treatment for Huntington’s Disease. Methods in Molecular Biology. 1780, 497-523 (2018).
- Wurster, C. D., Ludolph, A. C. Antisense oligonucleotides in neurological disorders. Therapeutic Advances in Neurological Disorders. 11, (2018).
- Haché, M., et al. Intrathecal Injections in Children With Spinal Muscular Atrophy: Nusinersen Clinical Trial Experience. Journal of Child Neurology. 31 (7), 899-906 (2016).
- Goodkey, K., Aslesh, T., Maruyama, R., Yokota, T. Nusinersen in the Treatment of Spinal Muscular Atrophy. Methods in Molecular Biology. 1828, 69-76 (2018).
- Wurster, C. D., Ludolph, A. C. Nusinersen for spinal muscular atrophy. Therapeutic Advances in Neurological Disorders. 11, (2018).
