यहां, हम एक मुरीन ज़ेनोबेड़ा मॉडल का वर्णन करते हैं जो कार्यात्मक रूप से रोगियों में ओमाया जलाशय जैसा दिखता है। हमने सार्वभौमिक घातक लेप्टोमीनिंगियल बीमारी के लिए उपन्यास चिकित्सा विज्ञान का अध्ययन करने के लिए मुरीन ओमाया विकसित किया।
लेप्टोमेनिंगियल रोग (एलएमडी) सेरेब्रल स्पाइनल फ्लूइड (सीएसएफ) के लिए केंद्रीय तंत्रिका तंत्र (सीएनएस) मेटास्टेसिस का एक असामान्य प्रकार है। सबसे आम कैंसर है कि LMD कारण स्तन और फेफड़ों के कैंसर और मेलानोमा हैं । एलएमडी के साथ निदान रोगियों को एक बहुत ही गरीब पूर्वानुमान है और आम तौर पर केवल कुछ हफ्तों या महीनों के लिए जीवित रहते हैं । एलएमडी के खिलाफ प्रणालीगत चिकित्सा की प्रभावकारिता की कमी का एक संभावित कारण सीएसएफ में दवा की चिकित्सीय प्रभावी सांद्रता प्राप्त करने में विफलता है क्योंकि एक अक्षुण्ण और अपेक्षाकृत अभेद्य रक्त-मस्तिष्क बाधा (बीबीबी) या कोरॉइड प्लेक्सस में रक्त-सीएसएफ बाधा है। इसलिए, सीधे दवाओं को इंट्राथेकैलाई या इंट्रावेंट्रिकुलर रूप से प्रशासित करने से इन बाधाओं को दूर किया जा सकता है। इस समूह ने एक मॉडल विकसित किया है जो लंबे समय से चिकित्सीय (यानी, ड्रग्स, एंटीबॉडी और सेलुलर चिकित्सा) के प्रभावी वितरण और सीएसएफ में दवा सांद्रता और लक्ष्य मॉड्यूलेशन निर्धारित करने के लिए सीएसएफ के बार-बार नमूने की अनुमति देता है (जब चूहों में ट्यूमर माइक्रोएनवायरमेंट को लक्षित किया जाता है)। मॉडल एक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग-संगत ओमाया जलाशय के मुरीन समकक्ष है, जिसका उपयोग चिकित्सकीय रूप से किया जाता है। इस मॉडल, जो खोपड़ी से चिपका है, “Murine Ommaya के रूप में नामित किया गया है.” अवधारणा के एक चिकित्सीय सबूत के रूप में, मानव एपिडर्मल ग्रोथ फैक्टर रिसेप्टर 2 एंटीबॉडी (क्लोन 7.16.4) को मानव एपिडर्मल ग्रोथ फैक्टर रिसेप्टर 2-पॉजिटिव स्तन कैंसर से एलएमडी के साथ चूहों का इलाज करने के लिए मुरीन ओमाया के माध्यम से सीएसएफ में वितरित किया गया था। मुरीन ओमाया एक लघु पहुंच बंदरगाह का उपयोग करके दवा वितरण की दक्षता बढ़ाता है और अतिरिक्त दवा की बर्बादी को रोकता है; यह आणविक और प्रतिरक्षा अध्ययनों के लिए सीएसएफ नमूने में हस्तक्षेप नहीं करता है। मुरीन ओमाया एलएमडी के प्रायोगिक मॉडलों में उपन्यास चिकित्सा विज्ञान के परीक्षण के लिए उपयोगी है।
लेप्टोमेनिंगियल रोग (एलएमडी) सीएनएस का एक आक्रामक देर चरण मेटास्टेसिस है, जिसमें ट्यूमर कोशिकाएं सीएसएफ तक पहुंचती हैं और मस्तिष्क और रीढ़ की हड्डी1की सतह में घुसपैठ करती हैं। एलएमडी का कारण यानी सबसे आम कैंसर में स्तन और फेफड़े के साथ – साथ मेलानोमा2भी शामिल है . एलएमडी के परिणामस्वरूप कई न्यूरोलॉजिक लक्षण और लक्षण जैसे सिरदर्द, कपाल तंत्रिका दोस्तों, कड़ी गर्दन और रेडियोकुलोपैथी। एलएमडी रोगियों का पूर्वानुमान आम तौर पर बहुत खराब होता है (सप्ताह में औसत अस्तित्व मापा जाता है) और यह सार्वभौमिक रूप से घातक है3,4,5,6,7. सर्जरी, विकिरण, और प्रणालीगत कीमोथेरेपी के साथ उपचार प्रशामक है। एलएमडी के लिए प्रणालीगत चिकित्सा एक अक्षुण्ण बीबीबी या रक्त-सीएसएफ बाधा में सीएसएफ में अपर्याप्त दवा प्रवेश के कारण विफल हो सकती है कोरॉइड प्लेक्सस1में।
इसलिए, कैंसर चिकित्सा विज्ञान (जैसे, चेकपॉइंट अवरोधकों और सेलुलर चिकित्सा सहित दवाओं और एंटीबॉडी आधारित उपचार) को सीधे सीएसएफ में प्रशासित करना इस सीमा8को दूर कर सकता है। रोगियों से सीएसएफ तक पहुंचना और नमूना करना एक ओमाया जलाशय के माध्यम से संभव है जो खोपड़ी के नीचे प्रत्यारोपित किया जाता है। यह डिवाइस कैंसर एजेंटों (जैसे, मेथोट्रेक्सेट और ट्रास्टुज़ुमाब) के साथ-साथ नैदानिक अध्ययनों के लिए सीएसएफ के नमूने (उदाहरण के लिए, उपचार के लिए प्रतिक्रियाओं के लिए निगरानी करने के लिए एलएमडी का साइटोलॉजिकल निदान) के प्रशासन के लिए रीढ़ की हड्डी का नल निष्पादित किए बिना अनुमति देता है। एक मुरीन ओमाया जलाशय चिकित्सकीय रूप से इस्तेमाल किए गए लोगों की नकल करने के लिए डिजाइन किया गया था। जलाशय के लिए एक पहुंच बंदरगाह और स्पेसर भागों की असेंबली और माउस कैनुलेशन तकनीक का संशोधन आवश्यक है, जो डिवाइस को दवा अध्ययन की अवधि में स्थायी रूप से बरकरार रहने की अनुमति देता है। इस डिवाइस को “मुरीन ओमाया” के रूप में नामित किया गया है।
ऑस्मोटिक जलसेक पंप तकनीक के विपरीत, जिसके लिए ट्यूबिंग में खाली जगह को प्रीफिल करने के लिए अतिरिक्त तरल मात्रा की तैयारी की आवश्यकता होती है और लगातार इंजेक्शन9पर निरंतर जलसेक, मुरीन ओमाया दवा समाधानों की बर्बादी को कम करता है। यह एक हैमिल्टन सिरिंज, एक लघु पहुंच बंदरगाह, और एक स्वचालित इंजेक्टर का उपयोग कर CSF में कम मात्रा (3-7 μL) में किसी भी समय उपचार की कई एकल खुराक के प्रभावी प्रशासन की अनुमति देता है । वास्तविक समय में, एलएमडी के खिलाफ परीक्षण दवाओं की प्रभावकारिता इमेजिंग द्वारा निर्धारित की जा सकती है। इस दृष्टिकोण का उपयोग करके, विभिन्न प्रकार की कीमोथेरियों, एंटीबॉडी और सेल इम्यूनोथेरपी (एकल या संयुक्त एजेंटों के रूप में) का परीक्षण एलएमडी के खिलाफ एलएमडी के खिलाफ परीक्षण किया जा सकता है ताकि वीवो निष्कर्षों में रोगियों के लिए तर्कसंगत उपचार रणनीतियों में अनुवाद किया जा सके। एलएमडी के रोगी-व्युत्पन्न ज़ेनोबेड़ा (पीडीएक्स) मॉडल के लिए इमेजिंग क्षमता में और सुधार करने के लिए, मुरीन ओमाया के चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एमआरआई) संगत संस्करण विकसित करने के लिए एक निर्माता के साथ सहयोग किया गया था, जिसके लिए कोई असेंबली की आवश्यकता नहीं है और उपयोग करने के लिए तैयार है। एमआरआई क्षमता फायदेमंद है, विशेष रूप से पीडीएक्स मॉडल के लिए जिसमें सीएसएफ से परिसंचारी ट्यूमर कोशिकाओं (सीटीसी) की मात्रा कभी-कभी सीमित कारक होती है, और अक्सर जब प्रीलेबलिंग सीटीसी अव्यवहार्य होती है।
यह पेपर एक विस्तृत प्रोटोकॉल का वर्णन करता है जो चूहों को एलएमडी के साथ प्रस्तुत करने के लिए सीटीसी के इंजेक्शन से शुरू होता है। मुरीन ओमाया तो शल्य चिकित्सा प्रत्यारोपित किया जाता है, और मुरीन Ommaya के माध्यम से कई दवा उपचार कदम किया जाता है । प्रदर्शन के लिए अवधारणा के सबूत के रूप में, वीवो साइड-बाय-साइड तुलना की गई थी, जिसमें मुरीन मानव एपिडर्मल ग्रोथ फैक्टर रिसेप्टर 2 (Her2) एंटीबॉडी जिसे क्लोन 7.16.4 (trastuzumab के मानव समकक्ष) कहा जाता था10दिया गया था। एंटीबॉडी Her2+ स्तन कैंसर कोशिकाओं को या तो मुरीन ओमाया (प्रत्यक्ष लक्षित या इंट्राथेकल थेरेपी) या इंट्रापेरिटोनियल इंजेक्शन (प्रणालीगत चिकित्सा) के माध्यम से लक्षित करता है। परिणामों से पता चला है कि एलएमडी के साथ चूहों कि प्रत्यक्ष इंट्राथेकल इम्यूनोथेरेपी प्राप्त एक ही चिकित्सा प्रणालीबद्ध के साथ इलाज उन लोगों की तुलना में काफी लंबे समय तक रहते थे । मुरीन ओमाया के माध्यम से इलाज चूहों में सीएनएस मेटास्टेस लगभग पूरी तरह से उपचार के तीसरे सप्ताह की तीसरी खुराक से पीछे हट गए थे, जिसके परिणामस्वरूप समग्र अस्तित्व में सुधार हुआ ।
यहां मुरीन ओमाया को एक भरोसेमंद मॉडल बताया गया है, जो एलएमडी और अन्य सीएनएस से संबंधित बीमारियों के प्रीक्लिनिकल मॉडल्स में सीएसएफ स्पेस में एंटी कैंसर एजेंट्स के बार-बार प्रशासन की अनुमति देता है । सीएसएफ चूहों से नमूना लिया गया था, जबकि डिवाइस अभी भी बिना किसी रुकावट के जुड़ा हुआ था । यह प्रत्यक्ष लक्षित चिकित्सा xenograft मॉडल एलएमडी के लिए तर्कसंगत उपचार रणनीतियों के विकास और परीक्षण में एक महत्वपूर्ण कदम है। सिस्टर्ना मैग्ना इंजेक्शन से एलएमडी विकास के प्रारंभिक संकेत तक का समय कैंसर सेल प्रकार के आधार पर भिन्न होता है। सीटीसी टीका लगाने के लगभग 1 या 2 सप्ताह बाद एलएमडी और सीएनएस मेटास्टेस फॉर्म लेना शुरू कर देते हैं। यदि अत्यधिक प्रोलिफेरेटिव कैंसर सेल लाइन का उपयोग किया जाता है, तो यह संभव है कि मेटास्टेसिस <7 दिनों में हो सकता है। इस मामले में, ट्यूमर के विकास के कारण संवहनी कभी-कभी मुरीन ओमाया को चुनौतीपूर्ण बना सकता है। इस चुनौती का एक समाधान सीएसएफ अंतरिक्ष में इंजेक्शन के लिए कैंसर कोशिकाओं की संख्या को कम करना है, जिससे ट्यूमर के विकास से पहले अधिक समय के लिए अनुमति दी जा सके। इसके अलावा, इस प्रोटोकॉल को पहले उपचार से पहले चूहों से उबरने के लिए पर्याप्त समय सुनिश्चित करने के लिए सिस्टर्ना मैग्ना इंजेक्शन के बाद 72 घंटे से बाद में मुरीन ओमाया को प्रत्यारोपित करने के लिए अनुकूलित किया गया है। शोधकर्ताओं को उपचार आहार की योजना बनाने से पहले xenograft मॉडल में सीटीसी की वृद्धि दर की गणना करनी चाहिए ।
यद्यपि अन्य प्रत्यक्ष इंट्रावेंट्रिकुलर डिलीवरी विधियां हैं, जैसे कि एक ऑस्मोटिक पंप सिस्टम या इंट्राचेरेब्रोवेंट्रिकुलर (आईसीवी) बोलस इंजेक्शन का उपयोग करना, जैसा कि पहले9वर्णित है, मुरीन ओममाया मॉडल का उपयोग करने के कई फायदे हैं। उदाहरण के लिए, एक आईसीवी बोलस इंजेक्शन एक ही प्रसव में किया जाता है, जबकि मुरीन ओमाया किसी भी समय उपचार की कई खुराक के लिए अनुमति देता है, चाहे एक एजेंट के रूप में दिया गया हो या संयुक्त उपचार के रूप में। ओस्मोटिक पंप को पंप के प्रतिस्थापन की आवश्यकता से पहले 14, 28 या 42 दिनों तक बनाए रखने के लिए डिज़ाइन किया गया है, और कभी-कभी अधिक बार यदि छोटे पंप के साथ एक छोटे माउस का उपयोग किया जाता है। ऑस्मोटिक पंप बदलने के लिए एक शल्य प्रक्रिया की आवश्यकता होती है, जो ट्यूमर-असर चूहों के लिए तनाव जोड़ता है। जब तक डिवाइस बरकरार रहता है, तब तक लंबी अवधि के प्रयोगों के लिए मुरीन ओमाया रिप्लेसमेंट जरूरी नहीं है । यह संभावित परिवर्तनशीलता को भी कम करता है जिसके परिणामस्वरूप पंप 9 बदलजाताहै । प्रायोगिक चूहों में प्रत्यारोपित मुरीन ओममायेस 42 दिनों से अधिक समय तक बरकरार रहे, और इस अवधि को लंबे समय तक रहने वाले उपचार आहार के लिए अनुमति दी गई।
पिछले निष्कर्षों से पता चलता है कि सीएसएफ में एक स्पंदन आंतरायिक डोजिंग में एलएमडी के खिलाफ13जलसेक द्वारा लंबे समय तक दवा वितरण प्रक्रिया की तुलना में बेहतर प्रभावकारिता है । ऑस्मोटिक पंप सिस्टम का उपयोग करके बार-बार एकल खुराक इंजेक्शन करना असंभव होगा। प्रत्येक इंजेक्शन के बाद शेष फंसे तरल को बाहर निकालने का कोई आसान तरीका नहीं है। ऑस्मोटिक पंप संगत या एकल दवाओं के मिश्रण देने तक भी सीमित है और आमतौर पर निरंतर जलसेक के लिए दवा तैयार करने की उच्च मात्रा की आवश्यकता होती है। इसके विपरीत, Murine Ommaya सटीक माइक्रो इंजेक्शन के लिए डिज़ाइन किया गया है के रूप में छोटे रूप में 3 से 7 μL, मृत अंतरिक्ष के लिए खाते के बिना, और वहां दवाओं के प्रकार शोधकर्ताओं का उपयोग कर सकते है पर कोई सीमा नहीं है, प्रतिरक्षा सेल थेरेपी सहित । यदि कोई विशेष नमूना कीमती है और उस संसाधन के उपयोग को अधिकतम करता है तो मुरीन ओमाया भी अभिवाक अपशिष्ट को कम करता है। किसी भी उपचार आहार के लिए जिसमें कैंसर रोधी उपचारों की कई खुराकों की आवश्यकता होती है, मुरीन ओमाया का उपयोग करना आसान है, और संक्रमण या सर्जिकल दुस्साहस का न्यूनतम जोखिम होता है, जिसमें सीएसएफ को बार-बार शल्य चिकित्सा या सुई के साथ बार-बार डिलीवरी के माध्यम से पहुंचने के वैकल्पिक दृष्टिकोण होते हैं। मुरीन ओमाया शोधकर्ताओं को दवा सांद्रता और डोजिंग आवृत्तियों को समायोजित करने और रुचि के अनुसंधान के अनुसार अध्ययन के लक्ष्य मॉड्यूलेशन और अवधि का आकलन करने के लिए लचीलापन प्रदान करता है ।
मुरीन ओमाया की एक सीमा यह है कि शोधकर्ताओं को छोटे चूहों में डिवाइस प्रत्यारोपित करने में मुश्किल हो सकती है । इसलिए, चूहों का उपयोग करना बेहतर है जो कम से कम 8 से 10 सप्ताह की उम्र के हैं। यह संभव है Murine Ommaya उपचार परीक्षण के दौरान बंद आने के लिए अगर डिवाइस प्रत्यारोपण कदम के दौरान खोपड़ी के लिए सुरक्षित नहीं है और गोंद बंद पहनता है, या यदि चूहों घर्षण इसके साथ छेड़छाड़ की है । बाद परिदृश्य अधिक बार होता है जब कई चूहों को एक ही पिंजरे में रखे गए थे। इसलिए, उपचार अनुसूची की अवधि के लिए प्रति पिंजरे में दो से अधिक मुरीन ओमाया-प्रत्यारोपित चूहों को घर देने की सिफारिश की जाती है। इस प्रोटोकॉल को स्पेसर पर साइनोक्रिलेट बाँझ चिपकने वाला लागू करने के लिए संशोधित किया गया था, जो खोपड़ी की सतह पर स्पेसर का पालन करने और मुरीन ओमाया को बंद आने से रोकने के लिए सबसे प्रभावी गोंद पाया गया था। परिणामों से पता चला है कि एलएमडी चूहों को मुरीन ओमाया के माध्यम से सीधे इंट्राथेकल थेरेपी से लाभ हुआ, जिसमें समग्र अस्तित्व में वृद्धि हुई । बीबीबी को दरकिनार करते हुए एकल माइक्रोलीटर की मात्रा को सुरक्षित रूप से प्रशासित किया जा सकता है, जिससे दवा तैयार करने की मात्रा कम हो जाती है। सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि Her2-एंटीबॉडी इम्यूनोथेरेपी अध्ययन से सीएनएस मेटास्टेस के ठीक हुए चूहे स्वस्थ बने हुए हैं।
एलएमडी के पीडीएक्स मॉडल के लिए मुरीन ओमाया के एमआरआई-संगत संस्करण को विकसित करने के उद्देश्य से निर्माता के साथ सहयोग। क्योंकि इस प्रोटोटाइप संस्करण में एक स्पेसर शामिल है, इसलिए खोपड़ी के बेहतर पालन के लिए किसी असेंबली की आवश्यकता नहीं है। इस प्रोटोटाइप की एक सीमा यह है कि हालांकि डिवाइस एमआरआई-संगत है, यह एक छाया उत्पन्न करता है जहां डिवाइस डाला जाता है, जो मात्राकरण विश्लेषण के लिए छवि की दृश्यता को कम करता है। एमआरआई-संगत संस्करण एक अच्छा वैकल्पिक उपकरण है जब पूर्व वीवो सीटीसी नमूना एक सीमित कारक है, और प्रीलेबलिंग कोशिकाएं संभव नहीं हैं। बीबीबी को दरकिनार करते हुए डायरेक्ट-टारगेटेड ड्रग प्रभावकारिता का अध्ययन करने के लिए एलएमडी क्सीनोबेड़ा मॉडल और मुरीन ओमाया तकनीक का संयोजन फायदेमंद है। वीवो अध्ययन में इन से परिणाम चिकित्सकीय एलएमडी के साथ रोगियों के लिए तर्कसंगत चिकित्सकीय रणनीतियों डिजाइन करने के लिए प्रासंगिक हैं ।
The authors have nothing to disclose.
हम मिशेल एल डैनियलसन, Tricia एहसान-वाटसन, और दक्षिण फ्लोरिडा विश्वविद्यालय में तुलनात्मक चिकित्सा टीम के बाकी उनके तकनीकी समर्थन के लिए और हमारे जानवरों को बनाए रखने के लिए शुक्रिया अदा करना चाहते हैं । हम एक एमआरआई संगत Murine Ommaya विकसित करने के लिए हमारे अनुरोध के आधार पर हमारे साथ काम करने के प्रयास के लिए Instech प्रयोगशालाओं, इंक धन्यवाद. यह काम राष्ट्रीय स्वास्थ्य संस्थान (NIH) R21 CA216756 (K.S..M smalley), रक्षा विभाग (DOD) W81XWH10675 (बी Czerniecki और पी Kalinski के लिए) द्वारा समर्थित है, और Moffitt कैंसर केंद्र CBMM अभिनव पुरस्कार (पी Forsyth और D. Duckett के लिए) । संपादकीय सहायता डॉ पॉल फ्लेचर और Daley ड्रकर द्वारा वैज्ञानिक लेखन के Moffitt कैंसर केंद्र के कार्यालय द्वारा प्रदान की गई थी । उनके नियमित वेतन से अधिक कोई मुआवजा नहीं दिया गया।
1 mm spacer disc | Alzet, Durect Corporation | #0008670 | Spacer disc only |
4-0 ethilon nylon suture | Any vendor | n/a | |
Automatic syringe pumps | Harvard Syringe Pumps (or any vendor) | #70-4505 | Pump 11 Elite |
Bead sterilizer | Braintree Scientific Inc. (or any vendor) | #GER 5287-120V | Germinator 500 |
Buprenorphine Sustained-Release (Bup-SR) | Zoopharm | DEA controlled | |
Cyanoacrylate sterile adhesive | Any vendor | ||
Gas inhalation anestehsia system | VeteEquip | #901812 | COMPAC5 |
Hamilton microliter syringes | Hamilton | 10, 25, 50, and 100 μL | 30 G for cisterna magna injection |
Hydrogen peroxide | Any vendor | n/a | |
IVIS 200 imaging system | Caliper Life Sciences | n/a | |
Magnifying glass with light | Any vendor | n/a | |
Microdrill | Stoelting (or any vendor) | #51555M | |
MRI imaging | Bruker | BioSpec series | Optional |
Murine Ommaya (MRI-compatible) prototype | Instech Laboratories, Inc. | #VAB620-25MRI-3.3 | |
Phosphate-buffered saline (PBS) | Any vendor | n/a | 0.1 mm Sterile-Filtered |
PinPort injector | Instech Laboratories, Inc. | #PNP3M-50 | |
PinPort | Instech Laboratories, Inc. | #1-PNP3F28-50 | |
Rodent Surgical Instruments (Scissors, Forceps) | Roboz Surgical Instrument (or any vendor) | ||
Stereotaxic device | Stoelting (or any vendor) | #51730M | |
Sterile blue paper/ drape covering | Any vendor | n/a | n/a |
Sterile cotton sticks | Any vendor | n/a |