Levering van antilichamen in de Muriene hersenen via convectie-verbeterde levering

De bloed-hersen barrière (BBB) vormt een semipermeabele grens die het centrale zenuwstelsel (CZS) scheidt van de bloedsomloop. Het CZS bereiken met Therapeutics is echter noodzakelijk in de context van verschillende ziekten, zoals hersentumoren, de ziekte van Alzheimer (AD) of de ziekte van Parkinson (PD) onder andere¹. Dit wordt belangrijk bij de ontwikkeling van nieuwe therapieën, vooral als de geteste drug slechte BBB permeabiliteit vertoont of de systemische blootstelling kan leiden tot gevaarlijke toxiciteit^1,2. Sommige van de klinisch gebruikte antilichamen geven beide functies weer. Een oplossing voor dit probleem zou zijn om de Therapeutics direct achter de BBB te leveren.

Convectie-verbeterde levering (CED) is een neurochirurgische techniek die een effectieve perfusie van grote hersen volumes mogelijk maakt. Dit wordt bereikt door operatief een of meer katheters in het doelgebied te installeren. Tijdens de toepassing van de drug, een drukgradiënt wordt gevormd bij de opening van de katheter, die wordt de drijvende kracht van de infusaat dispersie in het weefsel^3,4. Het is dus de duur van de infusie en niet de diffusie coëfficiënten die het perfusie bereik^2,4,5bepalen. Dit biedt uniforme afgifte van het infusaat over een veel groter hersenvolume in vergelijking met conventionele, diffusie gebaseerde intracerebrale injectie methoden^2,6. Op hetzelfde moment, deze levering modaliteit heeft een lager risico op weefselschade². Dienovereenkomstig kan CED een veilige en doeltreffende toediening van conventionele chemotherapeutica mogelijk maken voor de behandeling van CZS-tumoren, evenals de levering van immunomodulerende middelen of Agonistische en antagonistische antilichamen in een veelheid aan andere CZS-aandoeningen^{2 ,7,8,9}. CED is momenteel getest in therapieën voor de ziekte van Parkinson, de ziekte van Alzheimer, evenals hoogwaardig glioom^2,7,8,10,11.

Het ontwerp van de katheter en het injectie regime behoren tot de belangrijkste factoren die van invloed zijn op de uitkomst van CED ^{10,12,13,14,15,16}. Bovendien vereist het specifieke fysisch-chemische eigenschappen van het infusaat, waaronder matige grootte van de deeltjes, een anionische lading en een laag weefsel affiniteit ^10,17. Elk van deze parameters moet mogelijk worden aangepast op basis van de histologische kenmerken van de hersenregio om te worden gericht^2,10,17.

Hier beschrijven we de methodologie voor het uitvoeren van een antilichaam oplossing in het caudaat Putamen (striatum) van muizen. Bovendien omvat het protocol voorbereiding van stap katheters in een laboratoriumopstelling, het testen ervan in vitro en het uitvoeren van het gdb.

Er zijn meerdere catheter ontwerpen beschikbaar in de literatuur, verschillend door de vorm van de canule, de gebruikte materialen en het aantal katheter openingen^{12,15,18,19,20 ,21,22}. We gebruiken een stap katheter gemaakt van een gesmolten silica capillaire uitsteekt 1 mm van een Blunt end metalen naald. Dit ontwerp van de katheter kan gemakkelijk worden vervaardigd in een onderzoek laboratorium en reproduceerbare geeft goede resultaten bij het testen in vitro met agarose blokken met fysieke parameters die lijkt op hersenen parenchym in vivo²³.

Bovendien implementeren we een hellend frezen-regime voor het leveren van 5 μL infusaat in vivo. In een dergelijk protocol wordt de injectiesnelheid verhoogd van 0,2 μL/min tot een maximum van 0,8 μL/min, waardoor de kans op terugvloeiing van infusaten langs de katheter en het risico op weefselbeschadiging wordt geminimaliseerd¹⁶. Met dit protocol hebben we met succes muizen met maximaal 20 μg antilichaam toegediend in 5 μL PBS in de loop van 11 min 30 s.

Het protocol kan gemakkelijk worden aangepast voor andere infusievolumes of voor het injecteren van verschillende andere stoffen, bijvoorbeeld chemotherapeutica, cytokines, virale deeltjes of liposomen^{2,10,14,18 ,22}. In het geval van het gebruik van infusaat met drastisch verschillende fysisch-chemische eigenschappen in vergelijking met een fosfaatgebufferde zoutoplossing (PBS) of kunstmatige cerebrospinale vloeistof (aCSF) antilichamen, extra validatiestappen worden aanbevolen. Voor de katheter assemblage, validatie en CED, beschrijven we alle stappen met behulp van een stereotactische robot met een boor en injectie eenheid gemonteerd op een normale stereotactische frame. Deze procedure kan ook worden uitgevoerd met een handmatig Stereotactisch frame dat is aangesloten op een programmeerbare microinfusion-pomp die de beschreven glazen micro spuiten kan rijden.