여기에서, 우리는 기능적으로 환자에 있는 Ommaya 저수지를 닮은 murine xenograft 모형을 기술합니다. 우리는 보편적으로 치명적인 렙토멘닝에 대한 새로운 치료법을 연구하기 위해 뮤린 옴마야를 개발했습니다.
렙토메닝게아 질환(LMD)은 뇌척수액(CSF)에 대한 중추신경계(CNS) 전이의 드문 유형이다. LMD를 일으키는 원인이 되는 일반적인 암은 유방암과 폐암 및 흑색종입니다. LMD로 진단된 환자는 아주 가난한 예후가 있고 일반적으로 단지 몇 주 또는 달 동안 살아남습니다. LMD에 대한 전신 치료의 효능의 부족에 대한 한 가지 가능한 이유는 choroid 신경총 전체에 걸쳐 온전하고 상대적으로 불투과성 혈액 뇌 장벽 (BBB) 또는 혈액 -CSF 장벽 때문에 CSF에서 약물의 치료적으로 효과적인 농도를 달성하지 못했기 때문입니다. 따라서 약물 내외 또는 정맥내 투여는 이러한 장벽을 극복할 수 있습니다. 이 그룹은 만성적으로 치료제(즉, 약물, 항체 및 세포 요법)의 효과적인 전달을 허용하는 모델을 개발하여 CSF의 약물 농도 및 표적 변조를 결정하기 위해 CSF의 반복샘플링(종양 미세환경이 마우스에서 표적화될 때). 이 모델은 임상적으로 사용되는 자기 공명 영상 호환 옴마야 저수지와 동등한 뮤린입니다. 두개골에 부착된 이 모델은 “뮤린 옴마야”로 지정되었습니다. 개념의 치료 증거로서, 인간 표피 성장 인자 수용체 2 항체(clone 7.16.4)는 인간 표피 성장 인자 수용체 2 양성 유방암으로부터 LMD로 마우스를 치료하기 위해 뮤린 옴마야를 통해 CSF로 전달되었다. Murine Ommaya는 소형 액세스 포트를 사용하여 약물 전달의 효율성을 높이고 과도한 약물의 낭비를 방지합니다. 분자 및 면역 학적 연구를위한 CSF 샘플링을 방해하지 않습니다. Murine Ommaya는 LMD의 실험 모델에서 새로운 치료법을 테스트하는 데 유용합니다.
렙토멘닝게아 질환(LMD)은 종양 세포가 CSF에 액세스하여 뇌와 척수1의표면에 침투하는 CNS의 공격적인 후기 전이이다. LMD를 일으키는 원인이 되는 일반적인 암은 흑색종2뿐만아니라 유방과 폐의 그(것)들을 포함합니다. LMD는 두통, 두개골 신경 마비, 뻣뻣한 목 및 방사형병증과 같은 신경학적 증상과 징후의 숫자를 초래합니다. LMD를 가진 환자를 위한 예후는 일반적으로 아주 가난합니다 (평균 생존은 주에 측정됩니다) 보편적으로 치명적인3,4,5,6,7. 수술, 방사선 및 전신 화학 요법으로 치료하는 것은 완화됩니다. LMD를 위한 전신 치료는 choroid 신경총1을가로질러 온전한 BBB 또는 혈액-CSF 장벽을 통해 CSF로의 부적당한 약 침투 때문에 실패할 수 있습니다.
따라서, CSF에 직접 암 치료제(예를 들어, 약물 및 검사점 억제제 및 세포 요법을 포함하는 항체 기반 치료)를 투여하면 이러한 한계를 극복할 수있다 8. 환자에게서 CSF에 접근하고 샘플링하는 것은 두피 아래에 이식되는 Ommaya 저수지를 통해 가능합니다. 이 장치는 암 제제(예를 들어, 메토트렉세이트 및 트라스투주맙)의 투여뿐만 아니라 진단 연구를 위한 CSF의 샘플링(예를 들어, LMD의 세포학적 진단이 치료에 대한 반응을 모니터링함)을 척추 탭을 수행하지 않고 투여할 수 있도록 합니다. 뮤린 옴마야 저수지는 임상적으로 사용되는 저수지를 모방하도록 설계되었습니다. 저수지는 액세스 포트 및 스페이서 부품의 조립과 마우스 캐닝 기술의 수정을 필요로하며, 이를 통해 장치는 약물 연구 기간 동안 영구적으로 그대로 유지될 수 있습니다. 이 장치는 “뮤린 옴마야”로 지정되었습니다.
빈번한 주사9에 대한 튜브 및 연속 주입의 빈 공간을 미리 채우기 위해 과도한 액체 부피를 준비해야하는 삼투성 주입 펌프 기술과는달리,Murine Ommaya는 약물 용액의 낭비를 최소화합니다. 해밀턴 주사기, 소형 액세스 포트 및 자동 인젝터를 사용하여 소량(3-7 μL)으로 주어진 시간에 여러 번의 치료 용량을 CSF로 효과적으로 투여할 수 있습니다. 실시간으로, LMD에 대하여 시험 약의 효험은 화상 진찰에 의해 결정될 수 있습니다. 이 접근법을 사용하여, 다양한 화학요법, 항체 및 세포 면역 요법 (단일 또는 결합 된 에이전트로)은 환자를 위한 합리적 치료 전략으로 생체 내 발견을 번역하기 위해 LMD에 대해 테스트 할 수 있습니다. LMD의 환자 유래 제노이식(PDX) 모델에 대한 이미징 용량을 더욱 향상시키기 위해 제조업체와 협력하여 조립이 필요 없고 사용할 준비가 된 Murine Ommaya의 자기 공명 영상(MRI) 호환 버전을 개발하기 위한 협력이 수행되었습니다. MRI 기능은 특히 CSF의 순환 종양 세포(CtC)의 양이 제한 인자이며 CTC 의 사전 라벨링이 불가능한 PDX 모델에 유용합니다.
이 백서는 LMD로 마우스를 렌더링하기 위해 CTC를 주입하는 것으로 시작하는 자세한 프로토콜을 설명합니다. 뮤린 옴마야는 수술로 이식되고, 뮤린 옴마야를 통해 다중 약물 치료 단계가 수행됩니다. 데모를 위한 개념의 증거로서, 생체 내 나란히 비교가 수행되었으며, 이 때 뮤린 인간 표피 성장 인자 수용체 2(Her2) 항체는 클론 7.16.4(trastuzumab의 인간 동등한)가전달되었다. 항체는 뮤린 옴마야 (직접 표적 또는 장내 치료)를 통해 또는 복막 주사 (전신 요법)를 통해 Her2+ 유방암 세포를 표적으로 합니다. 결과는 직접 적인 내트라테칼 면역 요법을 수신한 LMD를 가진 마우스가 체계적으로 동일 치료로 취급된 그 보다는 현저하게 더 오래 살았다는 것을 보여주었습니다. 뮤린 옴마야를 통해 치료된 마우스의 CNS 전이는 치료의 세 번째 주 중 세 번째 투여량에 의해 거의 완전히 회귀하여 전반적인 생존을 향상시켰습니다.
여기서, Murine Ommaya는 LMD 및 기타 CNS 관련 질병의 전임상 모델에서 CSF 공간으로 항암제의 반복 투여를 허용하는 신뢰할 수 있는 모델로 기술되었다. CSF는 장치가 중단없이 부착된 동안 마우스로부터 샘플링되었습니다. 이 직접 표적 치료 xenograft 모델은 LMD를 위한 합리적 처리 전략을 개발하고 시험하는 중요한 단계입니다. Cisterna 마그나 주사에서 LMD 발달의 초기 표시에 시간은 암 세포 모형에 따라 다릅니다. LMD와 CNS 전이는 CTC 접종 후에 약 1 또는 2 주 양식을 취하기 시작합니다. 고증식암 세포주사용이 가능하면 <7일 이내에 전이가 발생할 수 있다. 이 경우 종양 성장으로 인한 혈관화는 때때로 뮤린 옴마야의 이식을 어렵게 만들 수 있습니다. 이 과제에 대한 한 가지 해결책은 CSF 공간으로 주입을 위한 암세포의 수를 감소시켜 종양 발달 전에 더 많은 시간을 허용하는 것입니다. 더욱이, 이 프로토콜은 마우스가 첫 번째 치료 전에 수술에서 회복할 수 있는 충분한 시간을 보장하기 위하여 cisterna 마그나 주입 후에 72 시간 후에 머린 옴마야를 이식하기 위하여 결정되었습니다. 연구원은 치료 요법을 계획하기 전에 xenograft 모형에 있는 CTC의 성장 속도를 계산해야 합니다.
이전에설명된 바와 같이 삼투성 펌프 시스템 또는 인트레이스역(ICV) 볼루스 주입과 같은 다른 직접적인 심폐실 전달 방법이 있지만, Murine Ommaya 모델을 사용하는 데는 몇 가지 장점이 있다. 예를 들어, ICV bolus 주사는 단일 전달에서 이루어집니다., Murine Ommaya 는 언제 든 지 치료의 여러 복용량에 대 한 허용 하는 반면, 단일 에이전트 또는 결합 된 치료로 주어진 여부. 삼투압 펌프는 펌프교체가 필요하기 전에 최대 14일, 28일 또는 42일 동안 유지하도록 설계되었으며, 더 작은 펌프를 사용하는 경우 더 자주 사용할 수 있습니다. 삼투압 펌프를 변경하려면 종양을 낳는 쥐에 스트레스를 더하는 수술 절차가 필요합니다. Murine Ommaya 교체는 장치가 그대로 유지되는 한 장기 실험에 필요하지 않습니다. 또한 펌프9를변경하여 발생하는 잠재적 인 가변성을 최소화합니다. 실험 마우스에 이식된 Murine Ommayas는 42일 이상 그대로 유지되었으며, 이 기간은 장수 치료 요법을 허용했습니다.
이전 연구 결과는 CSF로 맥동 간헐적 투약이 주입에 의한 장기간 약물 전달 과정보다 LMD에 대한 더 나은 효능을 가지고 있음을 시사한다13. 삼투성 펌프 시스템을 사용하여 반복된 단일 용량 주사를 수행하는 것은 불가능할 것입니다. 각 주입 후 남아있는 갇힌 액체를 플러시하는 쉬운 방법은 없습니다. 삼투성 펌프는 또한 호환되는 또는 단일 약물의 혼합물을 전달하는 것으로 제한되며 전형적으로 지속적인 주입을 위한 더 많은 양의 약물 준비가 필요합니다. 대조적으로, Murine Ommaya는 죽은 공간을 고려하지 않고 3 에서 7 μL만큼 작은 정확한 미세 주사를 위해 설계되었으며, 면역 세포 치료를 포함하여 연구원이 사용할 수있는 약물의 유형에는 제한이 없습니다. Murine Ommaya는 특정 샘플이 귀중하고 해당 자원의 사용을 극대화하는 경우 시약 폐기물을 최소화합니다. 항암 요법의 다중 복용량을 요구하는 모든 치료 요법의 경우, Murine Ommaya는 사용하기 쉽고, 감염 또는 외과 적 모험의 최소한의 위험이 있다, 반복적으로 CSF에 액세스의 대안 접근과 함께 또는 바늘반복 전달을 통해. Murine Ommaya는 연구자가 약물 농도및 측정 주파수를 조정하고 관심연구에 따라 목표 변조 및 연구 기간을 평가할 수 있는 유연성을 제공합니다.
뮤린 옴마야의 한계는 연구원이 더 작은 마우스에 있는 장치를 이식하기 어려운 것을 찾아볼 수 있다는 것입니다. 따라서, 적어도 8 ~ 10 주 나이의 쥐를 사용 하 여 더 나은. Murine Ommaya는 이식 단계 동안 두개골에 장치가 고정되지 않고 접착제가 마모되거나 마우스가 연마로 변조된 경우 치료 시험 중에 벗겨질 수 있습니다. 후자의 시나리오는 여러 마우스가 동일한 케이지에 보관되었을 때 더 자주 발생합니다. 따라서, 치료 일정의 기간 동안 케이지 당 두 마리 이상의 뮤린 옴마야 이식 마우스를 수용하는 것이 좋습니다. 이 프로토콜은 스페이서에 시아노아크라이레이트 멸균 접착제를 적용하도록 수정되었으며, 이는 스페이서를 두개골 표면에 대고 뮤린 옴마야가 벗겨지는 것을 방지하는 데 가장 효과적인 접착제로 밝혀졌다. 결과는 LMD 마우스가 Murine Ommaya를 통해 직접 장내 치료에서 유익했다는 것을 보여주었습니다, 증가한 전반적인 생존과. 단일 마이크로리터 부피를 안전하게 투여하여 BBB를 우회하여 약물 제제의 양을 줄일 수 있습니다. 가장 중요한 것은, Her2 항체 면역 요법 연구 결과에서 CNS 전이의 치료된 마우스는 건강하게 남아 있습니다.
LMD의 PDX 모델에 대한 Murine Ommaya의 MRI 호환 버전을 개발하는 것을 목표로 제조 업체와의 협력. 이 프로토타입 버전에는 스페이서가 통합되어 있으므로 어셈블리가 필요하지 않으므로 두개골을 더 잘 준수할 수 있습니다. 이 프로토타입의 제한은 장치가 MRI 호환이지만 장치가 삽입되는 그림자를 생성하여 정량화 분석을 위한 이미지의 가시성을 감소시라는 것입니다. MRI 호환 버전은 ex vivo CTC 샘플링이 제한 요소이며 셀 의 사전 라벨링이 가능하지 않을 때 좋은 대체 도구입니다. LMD 이노이식 모델과 Murine Ommaya 기술의 조합은 BBB를 우회하는 직접 표적 약물 효능을 연구하는 데 유용합니다. 생체 내 연구에서 이러한 결과 LMD 환자에 대 한 합리적인 치료 전략을 설계 임상적으로 관련 된.
The authors have nothing to disclose.
우리는 미셸 L. 다니엘슨, 트리샤 호의 – 왓슨, 그리고 사우스 플로리다 대학의 비교 의학 팀의 나머지 사람들에게 기술 적 지원과 우리의 동물을 유지해 주셔서 감사드립니다. MRI 호환 Murine Ommaya 를 개발해 달라는 당사의 요청에 따라 Instech 연구소, Inc.가 우리와 함께 일한 것에 감사드립니다. 이 작품은 국립 보건원 (NIH) R21 CA216756 (K.S.M. 스몰리), 국방부 (DOD) W81XWH1910675 (B. 체르니에키와 P. 칼린스키), 그리고 모피트 암 센터 CBMM 혁신적인 상 (P Forthy) 에 의해 지원됩니다. 편집 지원은 박사 폴 플레처와 데일리 드루커에 의해 과학 쓰기의 Moffitt 암 센터의 사무실에 의해 제공되었다. 정규 급여 를 넘어서는 보상은 없었습니다.
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 |