La barrière hémato-encéphalique est un obstacle important à l’administration de traitements pour le glioblastome, une maladie pour laquelle il n’existe aucun remède. Ici, nous rapportons une nanoplateforme thérapeutique d’oxyde de fer guidée par l’image in vivo qui peut contourner cette barrière physiologique en raison de sa taille et s’accumuler dans la tumeur.
Le glioblastome multiforme (GBM) est la forme la plus courante et la plus agressive de malignité cérébrale primitive pour laquelle il n’existe aucun remède. La barrière hémato-encéphalique est un obstacle important dans l’administration de thérapies contre le GBM. Il s’agit d’une nano-plateforme d’administration thérapeutique à base d’oxyde de fer, guidée par l’image, capable de contourner cette barrière physiologique en raison de sa taille et de s’accumuler dans la région tumorale, délivrant ainsi sa charge utile. Cette nanoplateforme de 25 nm se compose de nanoparticules d’oxyde de fer recouvertes de dextran réticulé marquées avec un colorant fluorescent Cy5.5 et contenant un oligonucléotide antisens comme charge utile. Le noyau magnétique d’oxyde de fer permet le suivi des nanoparticules par imagerie par résonance magnétique in vivo , tandis que le colorant Cy5.5 permet le suivi par imagerie optique. Ce rapport détaille le suivi de l’accumulation de cette plateforme de nanoparticules (appelée MN-anti-miR10b) dans les tumeurs de glioblastome implantées orthotopiquement après injection intraveineuse. De plus, il donne un aperçu de l’administration in vivo d’oligonucléotides d’ARN, un problème qui a entravé la traduction des thérapies à ARN en clinique.
Le glioblastome multiforme (GBM) est le grade le plus élevé d’astrocytome pour lequel il n’existe pratiquement aucun remède. Environ 15 000 personnes reçoivent un diagnostic de glioblastome chaque année, ce qui a une survie médiane lamentable d’environ 15 mois et un taux de survie à 5 ans de 5 %1. Au cours des dernières décennies, il y a eu une amélioration marginale du pronostic malgré les multiples efforts déployés pour faire progresser les options thérapeutiques. La norme de soins actuelle pour le GBM comprend une résection chirurgicale maximale, lorsque cela est possible, suivie d’une radiothérapie et d’une chimiothérapie2. Le témozolomide (TMZ), la chimiothérapie de choix, a été le dernier traitement du glioblastome dont l’efficacité clinique a été démontrée. cependant, au moins 50% des tumeurs GBM présentent une résistance au TMZ3. Malgré ce régime thérapeutique rigoureux, il existe toujours un besoin clinique important d’améliorer le traitement du glioblastome.
Le développement de traitements pour le GBM et d’autres maladies liées au cerveau est considérablement entravé par la nature sélective de la barrière hémato-encéphalique (BHE). La BHE est une barrière physiologique composée de cellules endothéliales, de péricytes et d’extrémités des pieds astrocytaires, qui crée la membrane semi-perméable entre le système circulatoire et le cerveau, limitant le libre passage des molécules et des cellules dans le cerveau4. Bien qu’elle soit protectrice dans la physiologie normale et essentielle pour l’homéostasie cérébrale, la BHE empêche de nombreux traitements d’atteindre le cerveau, ce qui complique le traitement du GBM. Les efforts visant à améliorer l’administration de produits thérapeutiques contre le GBM ont conduit à la mise au point de véhicules d’administration à base de nanoparticules, à l’amélioration de l’administration de médicaments par ultrasons ciblés et à l’administration de médicaments médiée par les récepteurs 5,6.
Les nanoparticules sont devenues un moyen prometteur pour développer des traitements pour une myriade de maladies, y compris les cancers. L’application de nanoparticules à des fins d’imagerie et thérapeutiques dans le GBM a été tentée à l’aide de diverses constructions de nanoparticules 7,8. En mettant l’accent sur l’administration de médicaments au GBM en conjonction avec l’imagerie in vivo de l’administration, l’approche proposée utilise des nanoparticules magnétiques (MN) constituées d’un noyau d’oxyde de fer et recouvertes de dextran pour la stabilité. Les propriétés magnétiques de ces nanoparticules permettent leur détection par imagerie par résonance magnétique (IRM), tandis que la chimie de conjugaison simple au revêtement de dextran aminé permet la conjugaison de fractions thérapeutiques telles que des molécules d’ARN, des fractions de ciblage supplémentaires ou des fractions d’imagerie (telles que le colorant optique proche infrarouge Cy5.5)9,10. En plus des capacités d’imagerie, la nanoplateforme est capable de prolonger la demi-vie des thérapies à base d’ARN en protégeant l’oligonucléotide des nucléases endogènes, améliorant ainsi l’administration thérapeutique. Ici, l’application de cette nanoplateforme pour l’administration in vivo d’oligonucléotides thérapeutiques (appelés MN-anti-miR10b) au GBM, suivis par imagerie in vivo, est présentée. Auparavant, la capacité de cette nanoplateforme à s’accumuler a été démontrée dans les cellules GBM in vitro, entraînant une perte significative de viabilité des cellules tumorales11. Avant de réaliser des études thérapeutiques in vivo, il est nécessaire de démontrer l’administration in vivo de cette nanoplateforme aux tumeurs GBM dans des modèles animaux. Pour ce faire, des modèles animaux de GBM orthotopique ont été produits, et l’administration intraveineuse du concept a été effectuée, suivie d’une imagerie in vivo. Voici les protocoles de ces études montrant une accumulation dans la région tumorale confirmée par l’imagerie in vivo et la microscopie ex vivo.
Plusieurs étapes critiques à travers les différentes méthodes de validation de l’accumulation des nanoparticules à travers la BHE peuvent être décisives pour le succès du protocole. En commençant par l’implantation orthotopique de cellules GBM, il est important de s’assurer que les lignes de suture du crâne sont visibles après séchage de l’os ; Cela aide au placement précis des cellules tumorales. Pour percer le crâne, il est préférable d’appliquer une légère …
The authors have nothing to disclose.
Le financement de cette étude a été fourni en partie par la subvention de l’Alliance des sciences de la santé de l’Université d’État du Michigan Henry Ford Health Systems à A.M. et A.dC. Nous remercions la Dre Danielle R. Ferguson d’avoir supervisé les études sur les animaux à l’Université d’État du Michigan et d’avoir approuvé cette vidéo.
Athymic nude "J:NU" mice | Jackson Laboratory | RRID:IMSR_JAX:007850 | Immunocompromised mouse model |
0.25% Trypsin | Gibco | 25200-056 | Cell culture reagent for U251 |
1.7 mL microcentrifuge tube | DOT Scientific | RN1700-GMT | For tissue collection |
10 µL, Neuros Syringe, Model 1701 RN, 33 gauge, Point Style 4 | Hamilton | 65460-06 | Syringe for intracranial implantation of tumor cells |
3M Vetbond | 3M | 1469SB | Tissue adhesive for surgical site closure |
4% Paraformaldehyde | Thermo Scientific | J199943-K2 | Tissue fixing solution |
70% isopropoyl alcohol wipe | Cardinal | MW-APL | Topical antiseptic wipe for tumor implantation and tail vein injection |
Aperio Versa | Leica | For scanning of stained tissue section slides | |
Betadine Surgical Scrub | Purdue | 6761815101 | Topical antiseptic for tumor implantation |
BioSpec 70/30 | Bruker | Magnetic resonance imaging scanner | |
Bone Wax | Medline | DYNJBW25 | Bone wax for sealing implantation site |
Burrs for Micro drill | F.S.T. | 19007-05 | Drill burr used to make hole in skull for tumor implantation |
DAPI Fluoromount-G | SouthernBiotech | 0100-20 | Tissue mounting media containing DAPI stain |
Dulbecco’s Modified Eagle Medium (DMEM) | Gibco | 11995-065 | Cell culture media for U251 |
Extra Fine Graefe Forceps | F.S.T. | 11150-10 | Sugical tool for tumor implantation |
Fetal bovine serum | Corning | 35-010-CV | Cell culture media supplement for U251 |
Fine Scissors – Sharp 10.5cm | F.S.T. | 14060-10 | Sugical tool for tumor implantation |
Glydo (Lidocaine) | Sagent | 673-76 | Topical analgesic for surgical site |
Ideal Micro Drill | CellPoint Scientific | 67-1200A | Drill used to make hole in skull for tumor implantation |
Insulin syringe 1CC 29G X 1/2" | Becton, Dickinson | 324704 | Syringe for D-Luciferin injection and tail vein injection of nanoparticles |
Isoflurane | Covetrus | 11695067772 | Anethesia |
Isoflurane vaporizer | SOMNI Scientific | VS6002 | Anethesia apparatus |
IVIS SpectrumCT In Vivo Imaging System | PerkinElmer/Revvity | 128201 | Bioluminescence and fluorescence imaging scanner |
IVISbrite D-Luciferin Potassium Salt | PerkinElmer/Revvity | 122799-100MG | Substrate for bioluminescence imaging |
Ketaset (Ketamine) | Zoetis | 10004027 | Anesthetic for tumor implantation surgery |
Ketofen (Ketoprofen) | Zoetis | 10004031 | Analgesic for tumor implantation surgery |
Leica CM1950 | Leica | CM1950 | For cryosectioning of OCT-embedded samples |
PBS | Gibco | 14190-144 | Cell culture reagent and cell suspension solution for implantation of U251 |
Penicillin-streptomycin | Gibco | 15140-122 | Antibiotic for cell culture media for U251 |
Puralube vet ointment | MWI Veterinary | 27505 | Opthalmic eye ointment for protection during tumor implantation |
Ruler | F.S.T. | 18000-30 | Used to measure drill site for implanation |
Tissue-Tek Cryomold Intermediate 15 x 15 x 5 mm | Sakura | 4566 | Collection mold for collecting tissue samples |
Tissue-Tek O.C.T. Compound | Sakura | 4583 | Freezing compound for collecting tissue samples |
U-251 MG cell line human | Millapore Sigma | 9063001 | Human glioblastoma cell line |
Xylazine Injectable Solution, 100 mg/ml | Covetrus | 1XYL006 | Paralytic for tumor implantation surgery |