כאן, אנו מתארים מודל קסנוגרפט מורין הדומה מבחינה תפקודית למאגר Ommaya בחולים. פיתחנו את מורין אומאיה כדי לחקור טיפולים חדשניים למחלת לפטומינגיאל הקטלנית באופן אוניברסלי.
מחלת לפטומינגייל (LMD) היא סוג נדיר של גרורות במערכת העצבים המרכזית (CNS) לנוזל השדרה המוחי (CSF). סוגי הסרטן הנפוצים ביותר הגורמים ל- LMD הם סרטן השד והריאות ומלנומה. חולים שאובחנו עם LMD יש פרוגנוזה גרועה מאוד בדרך כלל לשרוד רק כמה שבועות או חודשים. אחת הסיבות האפשריות לחוסר היעילות של טיפול מערכתי נגד LMD היא הכישלון להשיג ריכוזים יעילים מבחינה טיפולית של תרופות ב- CSF בגלל מחסום דם – מוח שלם ובלתי חדיר יחסית (BBB) או מחסום דם-CSF על פני מקלעת הכורואיד. לכן, מתן ישיר תרופות תוך-חדרית או תוך-חדריות עשוי להתגבר על מחסומים אלה. קבוצה זו פיתחה מודל המאפשר אספקה יעילה של טיפולית (כלומר, תרופות, נוגדנים וטיפולים תאיים) באופן כרוני ודגימה חוזרת ונשנית של CSF כדי לקבוע ריכוזי תרופות אפנון היעד ב- CSF (כאשר microenvironment הגידול ממוקד בעכברים). המודל הוא המקבילה המורינית של מאגר Ommaya תואם תהודה מגנטית, אשר משמש קלינית. דגם זה, המודבק לגולגולת, הוגדר כ”מורין אומאיה”. כהוכחה טיפולית של מושג, קולטן גורם גדילה אפידרמיס אנושי 2 נוגדנים (שיבוט 7.16.4) הועברו לתוך CSF באמצעות מורין Ommaya לטיפול בעכברים עם LMD מן קולטן גורם האפידרמיס האנושי 2 חיובי סרטן השד. מורין Ommaya מגביר את היעילות של אספקת סמים באמצעות נמל גישה מיניאטורי ומונע בזבוז של תרופות עודפות; זה לא מפריע לדגימה CSF למחקרים מולקולריים ואימוניולוגיים. מורין Ommaya שימושי לבדיקת טיפולים חדשניים במודלים ניסיוניים של LMD.
מחלת לפטומיניאל (LMD) היא גרורות אגרסיביות בשלב מאוחר של מערכות החזה, שבה תאי הגידול ניגשים ל- CSF וחדירים לפני השטח של המוח וחוט השדרה1. סוגי הסרטן הנפוצים ביותר הגורמים ל- LMD כוללים את אלה של השד והריאה, כמו גם מלנומה2. LMD תוצאות מספר תסמינים נוירולוגיים וסימנים כגון כאבי ראש, שיתוק עצבי גולגולתי, צוואר נוקשה, רדיקולאופתיות. הפרוגנוזה עבור חולים עם LMD היא בדרך כלל גרועה מאוד (הישרדות ממוצעת נמדדת בשבועות) והיא קטלנית אוניברסלית3,4,5,6,7. הטיפול בניתוחים, הקרנות וכימותרפיה מערכתית הוא פליאטיבי. טיפול מערכתי עבור LMD עלול להיכשל בגלל חדירת סמים לקוי לתוך CSF על פני BBB שלם או מחסום CSF דם על פני מקלעת choroid1.
לכן, מתן טיפולים לסרטן (למשל, תרופות וטיפולים מבוססי נוגדנים כולל מעכבי מחסום וטיפולים תאיים) ישירות לתוך CSF עשוי להתגבר על מגבלה זו8. גישה ודגימה של CSF מחולים אפשרית באמצעות מאגר Ommaya המושתל מתחת לקרקפת. מכשיר זה מאפשר ניהול של סוכני סרטן (למשל, מטוטרקסט ו trastuzumab) כמו גם דגימה של CSF למחקרי אבחון (למשל, האבחנה הציטולוגית של LMD כדי לפקח על תגובות לטיפול) מבלי לבצע ברז בעמוד השדרה. מאגר אומאיה מורין תוכנן לחקות את אלה המשמשים קלינית. המאגר דורש הרכבה של חלקים ביציאה וברווחים ניגשים ושינוי של טכניקת שימור העכבר, המאפשרת למכשיר להישאר שלם לצמיתות לאורך כל תקופת מחקר התרופה. מכשיר זה הוגדר כ”מורין אומאיה “.
בניגוד לטכניקת משאבת עירוי אוסמוטי, הדורשת הכנת נפחים נוזליים עודפים כדי למלא מראש את החלל הריק בצינורות וחליטה רציפה על זריקות תכופות9, מורין Ommaya ממזער את בזבוז של פתרונות סמים. הוא מאפשר ניהול יעיל של מנות בודדות מרובות של טיפולים בכל זמן נתון בכמויות קטנות (3-7 μL) לתוך CSF באמצעות מזרק המילטון, יציאת גישה מיניאטורית, מזרק אוטומטי. בזמן אמת, היעילות של תרופות בדיקה נגד LMD יכול להיקבע על ידי הדמיה. באמצעות גישה זו, ניתן לבדוק מגוון של כימותרפיה, נוגדנים ואימונותרפיות של תאים (כסוכנים יחידים או משולבים) נגד LMD כדי לתרגם בממצאי vivo לאסטרטגיות טיפול רציונליות עבור חולים. כדי לשפר עוד יותר את יכולת ההדמיה של דגם קסנוגרפט (PDX) שמקורו במטופל של LMD, נעשה שיתוף פעולה עם יצרן לפיתוח גרסה תואמת דימות תהודה מגנטית (MRI) של מורין אומאיה, שאינה דורשת הרכבה ומוכנה לשימוש. יכולת MRI מועילה, במיוחד עבור דגמי PDX שבהם כמות תאי הגידול במחזור (CTCs) מ- CSF היא לפעמים הגורם המגביל, ולעתים קרובות כאשר CTCs prelabeling אינו אפשרי.
מאמר זה מתאר פרוטוקול מפורט שמתחיל בהזרקת CTCs לעיבוד עכברים עם LMD . לאחר מכן מושתלת מורין אומאיה בניתוח, ומבצעים מספר שלבי טיפול תרופתי באמצעות מורין אומאיה. כהוכחה למושג להדגמה, בוצעה השוואה בין-זו של in vivo, שבה הועבר נוגדן גורם הגדילה האפידרמלי האנושי מורין 2 (Her2) הנקרא שיבוט 7.16.4 (המקבילה האנושית לטרסטוזומב)10. הנוגדן מכוון Her2+ תאים סרטניים השד או באמצעות מורין Ommaya (טיפול ממוקד ישיר או תוך-מערכתי) או על ידי הזרקה תוך פטרייתונית (טיפול מערכתי). התוצאות הראו כי עכברים עם LMD שקיבלו אימונותרפיה תוך-ת-אופן ישיר חיו זמן רב יותר באופן משמעותי מאלה שטופלו באותו טיפול באופן שיטתי. גרורות מערכת החיות בעכברים שטופלו באמצעות מורין אומאיה נסוגו כמעט לחלוטין על ידי המנה השלישית של השבוע השלישי של הטיפול, וכתוצאה מכך הישרדות כללית משופרת.
כאן, מורין Ommaya תוארה כמודל אמין, המאפשר ניהול חוזר ונשנה של סוכנים נגד סרטן לתוך שטח CSF במודלים פרה-אקליניים של LMD ומחלות אחרות הקשורות ל- CNS. CSF נדגם מעכברים בזמן שההתקן עדיין היה מחובר ללא הפרעה. מודל קסנוגרפט טיפול ממוקד זה הוא צעד חשוב בפיתוח ובדיקת אסטרטגיות טיפול רציונלי עבור LMD. הזמן מזריקות מגנה צ’יסטרנה לסימן הראשוני של התפתחות LMD משתנה בהתאם לסוג התא הסרטני. גרורות LMD ו- CNS מתחילות ללבוש צורה כ- 1 או 2 שבועות לאחר חיסון CTC. אם נעשה שימוש בקו תאים סרטני שגשוג מאוד, ייתכן כי גרורות יכול להתרחש <7 ימים. במקרה זה, כלי דם עקב גידול יכול לפעמים עושה השתלה של מורין Ommaya מאתגר. פתרון אחד לאתגר זה הוא להפחית את מספר התאים הסרטניים להזרקה לחלל CSF, ומאפשר זמן נוסף לפני התפתחות הגידול. יתר על כן, פרוטוקול זה כבר אופטימיזציה להשתיל Murine Ommaya לא יאוחר מ 72 שעות לאחר הזרקת מגנה בור כדי להבטיח מספיק זמן לעכברים להתאושש מניתוח לפני הטיפול הראשון. החוקרים צריכים לחשב את קצב הצמיחה של CTCs במודלים קסנוגרפט לפני תכנון משטר הטיפול.
למרות שיש שיטות משלוח תוך חדריות ישירות אחרות, כגון שימוש במערכת משאבה אוסמוטית או הזרקת בולוס תוך-חדרית (ICV), כפי שתואר קודם לכן9, ישנם מספר יתרונות לשימוש במודל מורין אומאיה. לדוגמה, הזרקת בולוס ICV נעשית במשלוח יחיד, ואילו מורין Ommaya מאפשר מינונים מרובים של טיפול בכל עת, אם ניתנו כסוכן יחיד או כטיפולים משולבים. המשאבה האוסמוטית מיועדת לקיים עד 14, 28 או 42 ימים לפני המשאבה זקוקה להחלפה, ולפעמים בתדירות גבוהה יותר אם משתמשים בעכבר קטן יותר עם משאבה קטנה יותר. שינוי המשאבה האוסמוטית דורש הליך כירורגי, מה שמוסיף מתח לעכברים הנושאים גידולים. החלפת מורין אומאיה אינה הכרחית לניסויים ארוכי טווח כל עוד המכשיר נשאר שלם. זה גם ממזער את השונות הפוטנציאלית הנובעת משינוי המשאבה9. מושתל מורין Ommayas בעכברים הניסיוניים נשאר שלם במשך יותר מ 42 ימים, ומשך זה אפשר משטרי טיפול ארוכי טווח.
ממצאים קודמים מראים כי ממתק לסירוגין פועם לתוך CSF יש יעילות טובה יותר נגד LMD מאשר תהליך אספקת תרופות ממושך על ידי עירוי13. זה יהיה בלתי אפשרי לבצע זריקות חד-מנה חוזרות ונשנות באמצעות מערכת המשאבה האוסמוטית. אין דרך קלה לשטוף את הנוזל הלכוד הנותר לאחר כל זריקה. המשאבה האוסמוטית מוגבלת גם לאספקת תערובות של תרופות תואמות או בודדות ובדרך כלל דורשת כמויות גבוהות יותר של הכנת תרופות לעירוי מתמשך. לעומת זאת, מורין Ommaya מיועד מיקרו זריקות מדויקות ככל 3 עד 7 μL, ללא צורך להסביר שטח מת, ואין הגבלה על סוג התרופות חוקרים יכולים להשתמש, כולל טיפול בתאי החיסון. מורין אומאיה גם ממזערת את פסולת ריאגנט אם מדגם מסוים הוא יקר וממקסם את השימוש במשאב זה. עבור כל משטר טיפול הדורש מינונים מרובים של טיפולים נגד סרטן, מורין Ommaya קל לשימוש, ויש סיכון מינימלי של זיהום או חוסר מזל כירורגי, עם הגישות החלופיות של גישה חוזרת ונשנית CSF בניתוח או באמצעות משלוח חוזר עם מחט. Murine Ommaya מספק לחוקרים את הגמישות להתאים את ריכוזי התרופות ותדרי מינה ולהעריך אפנון היעד ומשך המחקר על פי מחקר של עניין.
מגבלה של מורין Ommaya היא כי החוקרים עשויים להתקשות להשתיל את המכשיר בעכברים קטנים יותר. לפיכך, עדיף להשתמש בעכברים שהם לפחות 8 עד 10 שבועות של גיל. זה אפשרי עבור מורין Ommaya לרדת במהלך הניסוי הטיפולי אם המכשיר אינו מאובטח לגולגולת במהלך שלבי ההשתלה והדבק מתפוגג, או אם העכברים התעסקו עם זה באופן שוחק. התרחיש האחרון מתרחש בתדירות גבוהה יותר כאשר עכברים מרובים שוכנו באותו כלוב. לפיכך, מומלץ לאכלס לא יותר משני עכברים מושתלים מורין Ommaya לכלוב למשך לוח הזמנים של הטיפול. פרוטוקול זה שונה כדי להחיל דבק סטרילי ציאנואקרילט על המרווח, אשר נמצאה כדבק היעיל ביותר לדבקות המרווח על פני הגולגולת ומניעת לרדת מורין אומאיה. התוצאות הראו כי עכברי LMD נהנו מטיפול תוך-תרופתי ישיר באמצעות מורין אומאיה, עם הישרדות כללית מוגברת. נפחי microliter יחיד יכול להינתן בבטחה, לעקוף את BBB, ובכך להפחית את כמות הכנת התרופה. והכי חשוב, העכברים שנרפאו גרורות מערכת ן ממחקר האימונותרפיה של נוגדני Her2 נותרו בריאים.
שיתוף פעולה עם יצרן שמטרתו לפתח גרסה תואמת MRI של מורין אומאיה לדגם ה-PDX של LMD. מכיוון שלגרסת אב טיפוס זו משולב מרווח, אין צורך בהרכבה, המאפשרת דבקות טובה יותר בגולגולת. מגבלה של אב טיפוס זה היא שלמרות שההתקן תואם MRI, הוא יוצר צל שבו המכשיר מוכנס, מה שמקטין את הנראות של התמונה עבור ניתוחי כימות. הגרסה תואמת ה-MRI היא כלי חלופי טוב כאשר דגימת CTC ex vivo היא גורם מגביל, ותאי קדם-תווית אינם אפשריים. השילוב של מודל קסנוגרפט LMD וטכניקת מורין אומאיה מועיל לחקר יעילות התרופה המיועדת הישירה תוך עקיפת ה- BBB. התוצאות של מחקרים אלה ב- vivo רלוונטיות קלינית לעיצוב אסטרטגיות טיפוליות רציונליות עבור חולים עם LMD.
The authors have nothing to disclose.
ברצוננו להודות למישל ל. דניאלסון, טרישה פייבורס-ווטסון, ולשאר צוות הרפואה ההשוואתית באוניברסיטת דרום פלורידה על התמיכה הטכנית שלהם ושמירה על בעלי החיים שלנו. אנו מודים למעבדות אינסטק בע”מ על המאמץ לעבוד איתנו על סמך בקשתנו לפתח מורין אומאיה תואמת MRI. עבודה זו נתמכת על ידי המכונים הלאומיים לבריאות (NIH) R21 CA216756 (ל K.S.M. סמולאי), משרד ההגנה (DOD) W81XWH1910675 (ל B. Czerniecki ו P. Kalinski), ואת מרכז מופיט לסרטן CBMM פרסים חדשניים (ל P. פורסייט ו ד ד דקט). עזרת העורכים ניתנה על ידי המשרד לכתיבה מדעית של מרכז מופיט לסרטן על ידי ד”ר פול פלטשר ודיילי דרוקר. לא ניתן פיצוי מעבר למשכורותיהם הרגילות.
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 |