在这里,我们描述了一个穆林异种模型,其功能类似于患者的奥马亚水库。我们开发了穆林·奥马亚,以研究治疗普遍致命的瘦素病的新疗法。
瘦素疾病 (LMD) 是一种罕见的中枢神经系统 (CNS) 转移至脑脊髓液 (CSF)。导致LMD的最常见癌症是乳腺癌和肺癌以及黑色素瘤。被诊断为LMD的患者预后非常差,通常只能存活几个星期或几个月。对LMD缺乏系统治疗疗效的一个可能原因是,由于在胆囊丛中具有完整且相对不透水的血脑屏障(BBB)或血-CSF屏障,未能在CSF中达到治疗效果的药物浓度。因此,直接在心内或静脉注射药物可以克服这些障碍。该小组已经开发出一种模型,允许长期有效提供治疗(即药物、抗体和细胞疗法)和CSF的反复采样,以确定CSF中的药物浓度和目标调制(当肿瘤微环境以小鼠为目标时)。该模型相当于一个磁共振成像兼容的Ommaya储层,临床上使用。这个模型,这是贴在头骨,已被指定为”穆林奥玛亚”。作为概念的治疗证明,人类表皮生长因子受体2抗体(克隆7.16.4)通过Murine Ommaya被输送到CSF,以治疗来自人类表皮生长因子受体2阳性乳腺癌的LMD小鼠。Murine Ommaya利用微型接入端口提高了药物输送效率,防止了过量药物的浪费:它不干扰CSF采样的分子和免疫学研究。穆林奥玛亚是有用的测试新的治疗方法在LMD的实验模型。
瘦素疾病(LMD)是CCS的一种侵略性晚期转移,其中肿瘤细胞进入CSF并渗透到大脑和脊髓1的表面。导致LMD的最常见癌症包括乳腺癌和肺癌以及黑色素瘤2。LMD 会导致许多神经症状和症状,如头痛、颅神经麻痹、颈部僵硬和放射病变。LMD患者的预后通常非常差(平均存活率以周为单位衡量),并且是普遍致命的3,4,5,6,7。手术、放疗和全身化疗的治疗是姑息的。LMD的系统治疗可能会失败,因为药物渗透到CSF在完整的BBB或血液CSF屏障穿过胆囊丛1。
因此,直接在CSF中施用癌症治疗(例如药物和抗体治疗,包括检查点抑制剂和细胞疗法)可以克服这一限制。通过植入头皮下方的 Ommaya 水库,可以从患者身上获取和采样 CSF。该设备允许对癌症制剂(如甲氨蝶酯和链球菌)进行管理,并用于诊断研究(例如,LMD 的细胞学诊断以监测对治疗的反应)的 CSF 采样,而无需进行脊柱水龙头。穆林奥马亚水库被设计成模仿那些临床上使用。储层需要组装一个接入端口和隔膜部件,并修改鼠标罐装技术,使设备在整个药物研究期间保持永久完整。此设备已被指定为”穆林奥玛亚”。
与渗透输液泵技术不同,该技术要求制备多余的液体体积,以预先填充管子中的空位,并在频繁注射9时连续输液,Murine Ommaya将药物溶液的浪费降到最低。它允许使用汉密尔顿注射器、微型接入端口和自动喷油器在任何给定时间使用少量(3-7 μL)有效施用多种单剂量治疗。实时测试药物对LMD的疗效可以通过成像来确定。使用这种方法,各种化疗、抗体和细胞免疫疗法(作为单一或组合剂)可以针对LMD进行测试,将体内发现转化为患者的合理治疗策略。为了进一步提高LMD患者衍生异种移植(PDX)模型的成像能力,与制造商合作开发与Mryine Ommaya兼容的磁共振成像(MRI)版本,无需组装即可使用。MRI 功能是有益的,特别是对于 PDX 模型,其中来自 CSF 的循环肿瘤细胞 (CTC) 的数量有时是限制因素,而且通常当预贴标签的 CTC 不可行时。
本文描述了一个详细的协议,从注射CTC开始,使小鼠与LMD。然后,通过手术植入穆林奥马亚,并通过穆林奥马亚进行多个药物治疗步骤。作为演示概念的证明,进行了体内并排比较,其中穆林人类表皮生长因子受体2(Her2)抗体称为克隆7.16.4(人类相当于特拉斯塔祖马布)被交付10。抗体通过Murine Ommaya(直接靶向或院内治疗)或腹内注射(系统疗法)瞄准Her2– 乳腺癌细胞。结果表明,接受直接体内免疫治疗的LMD小鼠比接受同一疗法的老鼠存活时间要长得多。通过Murine Ommaya治疗的小鼠的CNS转移几乎在第三周治疗的第三剂中完全倒退,从而改善了整体存活率。
在这里,Murine Ommaya被描述为一个可靠的模型,它允许在LMD和其他CNS相关疾病的临床前模型中反复将抗癌剂管理到CSF空间。CSF是从小鼠身上取样的,而设备仍然不间断地连接。这种直接靶向治疗异种模式是开发和测试LMD合理治疗策略的重要一步。从西斯特纳巨无霸注射到LMD发展的初始迹象的时间因癌细胞类型而异。LMD 和 CNS 转移在 CTC 接种后大约 1 或 2 周开始形成。如果使用高增殖性癌细胞系,则有可能在<7天内发生转移。在这种情况下,由于肿瘤生长的血管化有时可以使植入穆林奥玛亚具有挑战性。应对这一挑战的一个解决方案是减少注射到CSF空间的癌细胞数量,在肿瘤发育之前留有更多的时间。此外,该协议已优化,以植入穆林Ommaya不迟于72小时后,西斯特纳巨无霸注射,以确保有足够的时间让小鼠从手术恢复之前的第一次治疗。研究人员应在规划治疗方案之前,先计算异种取种模型中CTC的生长速度。
虽然还有其他直接的静脉内输送方法,如使用渗透泵系统或内腹腔(ICV)玻利瓦尔注射,如前所述9,有几个优点,使用穆林Ommaya模型。例如,ICV bolus 注射是在一次分娩中完成的,而 Murine Ommaya 允许在任何时候进行多种剂量的治疗,无论是作为单个剂还是作为联合疗法给予。渗透泵设计用于在泵需要更换之前维持长达 14、28 或 42 天,有时如果使用带有较小泵的较小鼠标,则更频繁。更换渗透泵需要外科手术,这给携带肿瘤的小鼠增加了压力。只要设备完好无损,长期实验就不需要更换木林奥马亚。它还最大限度地减少了更换泵9所带来的潜在变异性。在实验鼠体内植入的Murine Ommayas保持完整时间超过42天,这一持续时间允许长期治疗方案。
先前的发现表明,与输液13的长时间药物输送过程相比,脉动间歇性剂量进入CSF对LMD有更好的疗效。使用渗透泵系统进行重复单剂量注射是不可能的。每次注射后,没有简单的方法可以冲洗出剩余的滞留液体。渗透泵也仅限于提供兼容或单一药物的混合物,通常需要更高的药物制剂量才能持续输液。相比之下,Murine Ommaya 设计用于精确的微注射,只需 3 到 7 μL,无需考虑死空间,而且研究人员可以使用的药物类型没有限制,包括免疫细胞治疗。如果特定样品是珍贵的,并且最大限度地利用该资源,Murine Ommaya 还会最大限度地减少试剂浪费。对于任何需要多种抗癌疗法的治疗方案,Murine Ommaya 易于使用,感染或手术不幸的风险极小,采用其他方法重复通过手术或用针头重复分娩获得 CSF。Murine Ommaya为研究人员提供了调整药物浓度和剂量频率的灵活性,并根据感兴趣的研究评估研究的目标调制和持续时间。
Murine Ommaya的一个局限性是,研究人员可能发现很难将设备植入较小的小鼠体内。因此,最好使用至少8至10周大的小鼠。如果在植入步骤期间设备没有固定在头骨上,胶水磨损,或者如果小鼠磨蚀性地篡改了头骨,Murine Ommaya 就有可能在治疗试验中脱落。后一种情况更频繁地发生,当多个老鼠被安置在同一个笼子里。因此,建议在治疗计划期间,每个笼子内容纳不超过两只穆林·奥马亚植入的小鼠。此协议经过修改,可在垫片上涂抹氰丙烯酸酯无菌粘合剂,这被认为是将垫片粘附在头骨表面并防止 Murine Ommaya 脱落的最有效的胶水。结果表明,LMD小鼠通过穆林奥马亚直接接受体内治疗,整体存活率有所提高。单个微升体积可以安全地管理,绕过BBB,从而减少药物制剂量。最重要的是,从Her2抗体免疫治疗研究中治愈的CNS转移的小鼠保持健康。
与制造商的合作旨在为 LMD 的 PDX 模型开发与 MRI 兼容的 Murine Ommaya 版本。由于此原型版本包含了隔板,因此无需组装,从而更好地粘合头骨。此原型的一个局限性是,尽管设备与 MRI 兼容,但它会在插入设备时生成阴影,从而降低图像的可见性以进行量化分析。当前体内CTC采样是一个限制因素,并且预贴标签细胞不可行时,与MRI兼容的版本是一个很好的替代工具。LMD 异种格拉夫特模型和穆林奥马亚技术的结合有利于研究绕过 BBB 的直接靶向药物疗效。这些活体研究的结果在临床上与为LMD患者设计合理的治疗策略有关。
The authors have nothing to disclose.
我们要感谢米歇尔·丹尼尔森,特里西娅·法沃斯-沃特森,以及南佛罗里达大学比较医学团队的其他成员,感谢他们的技术支持和维护我们的动物。我们感谢 Instech 实验室公司根据我们开发与 MRI 兼容的 Murine Ommaya 的要求与我们合作的努力。这项工作得到国家卫生研究院(NIH)R21 CA216756(致K.S..M斯莫利)、国防部(DOD)W81XWH1910675(致B.切尼茨基和P.卡林斯基)以及莫菲特癌症中心CBMM创新奖(授予P.福西斯和D.达克特)的支持。编辑协助由莫菲特癌症中心的科学写作办公室由保罗·弗莱彻博士和戴利·德鲁克博士提供。除了他们的正常工资外,没有给予任何补偿。
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Microdrill | Stoelting (or any vendor) | #51555M | |
MRI imaging | Bruker | BioSpec series | Optional |
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