Konveksiyon ile Murine beyin içine antikorların teslimi-gelişmiş teslimat
Summary
Konveksiyon-geliştirilmiş teslimat (CED) büyük doku hacimleri doğrudan perfüzyon ile beyin içine terapötik etkili teslim sağlayan bir yöntemdir. Prosedür kateterler ve optimize enjeksiyon prosedürü kullanımı gerektirir. Bu protokol, bir antikor, bir fare beyninde CED için bir metodoloji açıklanmaktadır.
Abstract
Konveksiyon-geliştirilmiş teslimat (CED) bir kateter sistemi kullanarak büyük beyin hacimleri etkili perfüzyon sağlayan bir Nöroşirürji tekniktir. Böyle bir yaklaşım tarafından güvenli bir teslimat yöntemi sağlar-kan beyin bariyeri (BBB), böylece kötü BBB-geçirgenlik veya sistemik pozlama, örneğin, toksisite nedeniyle istenen değildir ile terapötik tedavi izin geçirerek. CED, kateter tasarımı, enjeksiyon Protokolü ve infusat özelliklerinin optimizasyonu gerektirir. Bu protokol ile, farelerin kaudat putamen içine bir antikor 20 μg kadar içeren bir çözüm Ced gerçekleştirmek için nasıl açıklar. Bu adım kateterler hazırlanması açıklar, onları test ve bir açılı frezeleme enjeksiyon programı kullanarak farelerde Ced gerçekleştirme. Protokol, diğer infüzyon hacimleri için kolayca ayarlanabilir ve kemoterapötik, sitokinler, viral parçacıklar ve lipozomlar dahil olmak üzere çeşitli izleyiciler veya farmakolojik olarak aktif veya aktif olmayan maddeler enjekte etmek için kullanılabilir.
Introduction
Kan beyin bariyeri (BBB), merkezi sinir sistemini (CNS) kan dolaşımına ayıran yarı geçirgen bir kenarlık oluşturur. Tedavi ile CNS ulaşma ancak çeşitli hastalıklar bağlamında gerekli, beyin tümörleri gibi, Alzheimer hastalığı (AD) veya Parkinson hastalığı (PD) diğerleri arasında1. Bu yeni tedavilerin gelişiminde önemli olur, özellikle test edilen ilaç kötü bbb geçirgenliği sergiler veya sistemik pozlama tehlikeli toksisite yol açabilir1,2. Klinik olarak kullanılan antikorların bazıları bu özelliklerin her ikisini de görüntüler. Bu soruna bir çözüm doğrudan BBB arkasında terapi sunmak olacaktır.
Konveksiyon-geliştirilmiş teslimat (CED) büyük beyin hacimleri etkili perfüzyon sağlayan bir Nöroşirürji tekniktir. Bu cerrahi olarak hedef alanda bir veya daha fazla kateter yükleyerek elde edilir. İlaç uygulaması sırasında, kateter açılışında bir basınç degradesi oluşur ve bu da doku3,4‘ te infusat dağılımının itici kuvveti haline gelir. Bu nedenle, perfüzyon aralığını belirleyen difüzyon katsayıları değil, infüzyon süresi2,4,5. Bu, konvansiyonel, difüzyon bazlı intraserebral enjeksiyon yöntemleri2,6ile karşılaştırıldığında çok daha büyük bir beyin hacmi üzerine infusat uniform teslim sağlar. Aynı zamanda, bu teslimat modalite doku hasarı daha düşük bir riski vardır2. Buna göre, CED, CNS tümörlerinin tedavisi için konvansiyonel kemoterapötik maddelenin güvenli ve etkili bir şekilde yönetilmesi ve diğer CNS bozukluklarının çok sayıda immünomodülatör ajanların veya agonistik ve antagonistik antikorların teslimine olanak verebilir2 ,7,8,9. Ced Şu anda Parkinson hastalığının terapilerinde, Alzheimer hastalığının yanı sıra yüksek dereceli glioma2,7,8,10,11‘ de test edilmiştir.
Kateter tasarımı ve enjeksiyon rejimi Ced 10,12,13,14,15,16sonucunu etkileyen en önemli faktörler arasındadır. Ayrıca, bu infusate spesifik Fizikokimyasal özellikleri gerektirir, partiküllerin orta boyutu da dahil olmak üzere, bir Anionik şarj, ve düşük doku benzeşimi 10,17. Bu parametrelerin her biri,2,10,17hedeflenecek beyin bölgesinin histolojik özelliklerine göre potansiyel olarak ayarlanmalıdır.
Burada farelerin kaudat putamen (striatum) içine bir antikor çözüm Ced gerçekleştirmek için metodoloji açıklanmaktadır. Ayrıca, protokol, bir laboratuar kurulumunda adım kateterlerinin hazırlanması, onları in vitro test ve CED gerçekleştirme içerir.
Literatürde mevcut olan birden fazla kateter tasarımı vardır, kanül şekline göre farklı, kullanılan malzemeler ve kateter açıklıkları sayısı12,15,18,19,20 ,21,22. Künt bir metal iğnesinden 1 mm çıkıntılı, erimiş silika kapiller ile yapılan bir adım kateter kullanıyoruz. Bu kateter tasarımı kolayca bir araştırma laboratuarında imal edilebilir ve tekrarlanarak, vitro23‘ te beyin parankiması gibi fiziksel parametrelerle agaroz blokları ile test edildiğinde iyi Ced sonuçları verir.
Dahası, 5 μL infusate in vivo sunmak için bir açılı frezeleme rejimi uygulıyoruz. Böyle bir protokolde, enjeksiyon hızı 0,2 μL/dak ‘dan en fazla 0,8 μL/dak ‘a yükseltilmiştir, böylece kateter boyunca infusate reflü olasılığını minimize ederek doku hasarı riski16‘ dır. Bu protokolü kullanarak, 11 dk 30 sn boyunca 5 μL PBS ‘de 20 μg ‘ ye kadar antikor içeren fareler başarıyla yönetilmektedir.
Protokol, diğer infüzyon hacimleri için veya diğer çeşitli maddeleri enjekte etmek için kolayca ayarlanabilir, örneğin kemoterapötik, sitokinler, viral parçacıklar veya lipozomlar2,10,14,18 ,22. Fosfat tamponlu tuzlu (PBS) veya suni beyin omurilik sıvısı (aCSF) antikorların çözeltisine kıyasla büyük ölçüde farklı Fizikokimyasal özellikleri ile infusate kullanımı durumunda, ek doğrulama adımları önerilir. Kateter montajı, doğrulama ve CED için, normal bir stereotaktik çerçeveye monte edilmiş bir matkap ve enjeksiyon ünitesi ile stereotaktik bir robot kullanarak tüm adımları tarif ediyoruz. Bu prosedür Ayrıca, açıklanan cam mikroşırıngayı kullanabilen programlanabilir mikroinfüzyon pompasına bağlı manuel stereotaktik çerçeveyle de gerçekleştirilebilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Konveksiyon-gelişmiş teslimat, ya da beyin içine basınç aracılı ilaç infüzyon, ilk teklif edildi erken 19903. Bu yaklaşım kontrollü bir şekilde kan beyin bariyerinin arkasında büyük beyin hacimleri perfüzyon vaat2. Ancak, şimdiye kadar, sadece birkaç klinik denemeler bu yaklaşım kullanılarak yapılmıştır, kısmen çünkü bir klinik kurulum Ced Teknik olarak24,25talep göstermiştir. Kateter…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma, Zürih Üniversitesi (FK-15-057), Novartis Vakfı Tıp-biyolojik araştırma (16C231) ve Isviçre kanser Araştırması (KFS-3852-02-2016, KFS-4146-02-2017) Johannes vom Berg ve köprü kavramı kanıtı (20B1-1) tarafından destekleniyordu _177300) Linda Schellhammer için.
Materials
| 10 μL syringe | Hamilton | 7635-01 | |
| 27 G blunt end needle | Hamilton | 7762-01 | |
| Agarose | Promega | V3121 | |
| Atipamezol | Janssen | ||
| Bone wax | Braun | 1029754 | |
| Buprenorphine | Indivior Schweiz AG | ||
| Carprofen | Pfizer AG | ||
| Dental drill bits, steel, size ISO 009 | Hager & Meisinger | 1RF009 | |
| Ethanol 100% | Reuss-Chemie AG | 179-VL03K-/1 | |
| Fentanyl | Helvepharm AG | ||
| FITC-Dextran, 2000 kDa | Sigma Aldrich | FD2000S | |
| Flumazenil | Labatec Pharma AG | ||
| Formaldehyde | Sigma Aldrich | F8775-500ML | |
| High viscosity cyanoacrylate glue | Migros | ||
| Iodine solution | Mundipharma | ||
| Medetomidin | Orion Pharma AG | ||
| Microforge | Narishige | MF-900 | |
| Midazolam | Roche Pharma AG | ||
| Ophthalmic ointment | Bausch + Lomb | Vitamin A Blache | |
| PBS | ThermoFischer Scientific | 10010023 | |
| Polyclonal goat anti-rat IgG (H+L) antibody coupled with Alexa Fluor 647 | Jackson Immuno | ||
| Scalpels | Braun | BB518 | |
| Silica tubing internal diameter 0.1 mm, wall thickness of 0.0325 mm | Postnova | Z-FSS-100165 | |
| Stereotactic frame for mice | Stoelting | 51615 | |
| Stereotactic robot | Neurostar | Drill and Injection Robot | |
| Succrose | Sigma Aldrich | S0389-500G | |
| Topical tissue adhesive | Zoetis | GLUture | |
| Trypan blue | ThermoFischer Scientific | 15250061 | |
| Water | Bichsel | 1000004 |
References
- Scherrmann, J. M. Drug delivery via the blood-brain barrier. Vascular Pharmacology. 38 (6), 349-354 (2002).
- Barua, N. U., Gill, S. S. Convection-enhanced drug delivery: prospects for glioblastoma treatment. CNS Oncology. 3 (5), 313-316 (2014).
- Bobo, R. H., et al. Convection-enhanced delivery of macromolecules in the brain. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 91 (6), 2076-2080 (1994).
- Morrison, P. F., Laske, D. W., Bobo, H., Oldfield, E. H., Dedrick, R. L. High-flow microinfusion: tissue penetration and pharmacodynamics. American Journal of Physiology. 266 (1 Pt 2), R292-R305 (1994).
- Zhou, Z., Singh, R., Souweidane, M. M. Convection-Enhanced Delivery for diffuse intrinsic pontine glioma treatment. Current Neuropharmacology. 15 (1), 116-128 (2017).
- Barua, N. U., et al. Intrastriatal convection-enhanced delivery results in widespread perivascular distribution in a pre-clinical model. Fluids and Barriers of the CNS. 9 (1), 2 (2012).
- Shoji, T., et al. Local convection-enhanced delivery of an anti-CD40 agonistic monoclonal antibody induces antitumor effects in mouse glioma models. Neuro-Oncology. 18 (8), 1120-1128 (2016).
- Souweidane, M. M., et al. Convection-enhanced delivery for diffuse intrinsic pontine glioma: a single-centre, dose-escalation, phase 1 trial. The Lancet Oncology. , (2018).
- Zhang, X., et al. Targeting immune checkpoints in malignant glioma. Oncotarget. 8 (4), 7157-7174 (2017).
- Barua, N. U., Gill, S. S., Love, S. Convection-enhanced drug delivery to the brain: therapeutic potential and neuropathological considerations. Brain Pathology. 24 (2), 117-127 (2014).
- Mehta, A. M., Sonabend, A. M., Bruce, J. N. Convection-Enhanced Delivery. Neurotherapeutics. 14 (2), 358-371 (2017).
- Krauze, M. T., et al. Reflux-free cannula for convection-enhanced high-speed delivery of therapeutic agents. Journal of Neurosurgery. 103 (5), 923-929 (2005).
- Nash, K. R., Gordon, M. N. Convection Enhanced Delivery of Recombinant Adeno-associated Virus into the Mouse Brain. Methods in Molecular Biology. 1382, 285-295 (2016).
- Ohlfest, J. R., et al. Combinatorial antiangiogenic gene therapy by nonviral gene transfer using the sleeping beauty transposon causes tumor regression and improves survival in mice bearing intracranial human glioblastoma. Molecular Therapy. 12 (5), 778-788 (2005).
- Yin, D., Forsayeth, J., Bankiewicz, K. S. Optimized cannula design and placement for convection-enhanced delivery in rat striatum. Journal of Neuroscience Methods. 187 (1), 46-51 (2010).
- Mamot, C., et al. Extensive distribution of liposomes in rodent brains and brain tumors following convection-enhanced delivery. Journal of Neuro-Oncology. 68 (1), 1-9 (2004).
- Saito, R., et al. Tissue affinity of the infusate affects the distribution volume during convection-enhanced delivery into rodent brains: implications for local drug delivery. Journal of Neuroscience Methods. 154 (1-2), 225-232 (2006).
- Oh, S., et al. Improved distribution of small molecules and viral vectors in the murine brain using a hollow fiber catheter. Journal of Neurosurgery. 107 (3), 568-577 (2007).
- Barua, N. U., et al. A novel implantable catheter system with transcutaneous port for intermittent convection-enhanced delivery of carboplatin for recurrent glioblastoma. Drug Delivery. 23 (1), 167-173 (2016).
- Rosenbluth, K. H., et al. Design of an in-dwelling cannula for convection-enhanced delivery. Journal of Neuroscience Methods. 196 (1), 118-123 (2011).
- Debinski, W., Tatter, S. B. Convection-enhanced delivery for the treatment of brain tumors. Expert Review of Neurotherapeutics. 9 (10), 1519-1527 (2009).
- MacKay, J. A., Deen, D. F., Szoka, F. C. Distribution in brain of liposomes after convection enhanced delivery; modulation by particle charge, particle diameter, and presence of steric coating. Brain Research. 1035 (2), 139-153 (2005).
- Chen, Z. J., et al. A realistic brain tissue phantom for intraparenchymal infusion studies. Journal of Neurosurgery. 101 (2), 314-322 (2004).
- Sampson, J. H., et al. Poor drug distribution as a possible explanation for the results of the PRECISE trial. Journal of Neurosurgery. 113 (2), 301-309 (2010).
- Wick, W., Weller, M., et al. Trabedersen to target transforming growth factor-beta: when the journey is not the reward, in reference to Bogdahn et al. (Neuro-Oncology 2011;13:132-142). Neuro-Oncology. 13 (5), 559-560 (2011).
- Saito, R., Tominaga, T. Convection-enhanced delivery of therapeutics for malignant gliomas. Neurologia Medico-Chirurgica. 57 (1), 8-16 (2017).
- Bedussi, B., et al. Clearance from the mouse brain by convection of interstitial fluid towards the ventricular system. Fluids Barriers CNS. 12, 23 (2015).
- Noroxe, D. S., Poulsen, H. S., Lassen, U. Hallmarks of glioblastoma: a systematic review. ESMO Open. 1 (6), e000144 (2016).
- Boucher, Y., Salehi, H., Witwer, B., Harsh, G. R. t., Jain, R. K. Interstitial fluid pressure in intracranial tumours in patients and in rodents. British Journal of Cancer. 75 (6), 829-836 (1997).
- Glushakova, O. Y., et al. Prospective clinical biomarkers of caspase-mediated apoptosis associated with neuronal and neurovascular damage following stroke and other severe brain injuries: Implications for chronic neurodegeneration. Brain Circulation. 3 (2), 87-108 (2017).
- Vom Berg, J., et al. Inhibition of IL-12/IL-23 signaling reduces Alzheimer’s disease-like pathology and cognitive decline. Nature Medicine. 18 (12), 1812-1819 (2012).
- Vom Berg, J., et al. Intratumoral IL-12 combined with CTLA-4 blockade elicits T cell-mediated glioma rejection. Journal of Experimental Medicine. 210 (13), 2803-2811 (2013).
- Kurdi, A., et al. Continuous administration of the mTORC1 inhibitor everolimus induces tolerance and decreases autophagy in mice. British Journal of Pharmacology. 173 (23), 3359-3371 (2016).
