Tecnica mouse Microchirurgia infusione per Targeted Sostanza consegna nel sistema nervoso centrale<i> via</i> Carotide interna
Summary
The present protocol describes a mouse microsurgery infusion technique, which effectively delivers substances directly into the brain via the internal carotid artery.
Abstract
Animal models of central nervous system (CNS) diseases and, consequently, blood-brain barrier disruption diseases, require the delivery of exogenous substances into the brain. These exogenous substances may induce injurious impact or constitute therapeutic strategy. The most common delivery methods of exogenous substances into the brain are based on systemic deliveries, such as subcutaneous or intravenous routes. Although commonly used, these approaches have several limitations, including low delivery efficacy into the brain. In contrast, surgical methods that locally deliver substances into the CNS are more specific and prevent the uptake of the exogenous substances by other organs. Several surgical methods for CNS delivery are available; however, they tend to be very traumatic. Here, we describe a mouse infusion microsurgery technique, which effectively delivers substances into the brain via the internal carotid artery, with minimal trauma and no interference with normal CNS functionality.
Introduction
Nei modelli in vivo del sistema nervoso centrale (SNC) malattie richiedono un efficace erogazione di sostanze esogene, come la droga, agenti patogeni, o esosomi, nel cervello. Pertanto, un metodo di distribuzione ideale dovrebbe causare un trauma minimo per l'animale, preservare l'integrità della rete neuronale, e raggiungere elevate concentrazioni di sostanza nel cervello 1.
Sono stati descritti diversi metodi chirurgici di consegna sostanza locale, tra intra-guaina, intracerebrale, e iniezioni intraventricolare o protesi 2, 3, 4, 5. Questi approcci, tuttavia, sono considerate traumatica al SNC, e permettono la somministrazione di solo bassi volumi della sostanza di interesse. Inoltre, è stato suggerito che le sostanze esogene possono essere rapidamente rimossi dal liquido cerebrospinale 6 </sup> e una gamma bassa penetrazione al parenchima cerebrale è stata osservata 7 quando le tecniche sopra menzionate sono impiegati. Metodi di consegna sistemici, come ad esempio per via orale, polmonare, per via sottocutanea, endovenosa e, sono più comunemente utilizzati nei modelli animali, anche se essi mostrano scarsa efficacia nel fornire le sostanze al sistema nervoso centrale, a causa di assorbimento da parte di altri organi 8, 9. Pertanto, queste rotte di consegna richiedono dosi elevate di sostanze amministrati, aumentando il rischio di effetti collaterali e la tossicità 10, 11.
Qui, descriviamo una tecnica microchirurgica infusione del mouse, che offre in modo efficace le sostanze direttamente nel cervello attraverso l'arteria carotide interna. Oltre al targeting la consegna al CNS, questa tecnica non bypassare normali barriere fisiologiche ed è quindi molto importante per biologicaprocessi l coinvolti nei passaggi terapie o agenti patogeni nel cervello.
Protocol
Representative Results
Discussion
La microchirurgia infusione qui descritto è stato dimostrato di essere molto successo nella fornitura di sostanze esogene di varie funzioni biologiche nel SNC, impedendo la diffusione indesiderata in tutto il corpo 1, 12. Rottura della barriera emato-encefalica è una caratteristica patologica di diverse malattie del sistema nervoso centrale-correlate; pertanto valutare il rapporto di sostanze esogene con la barriera emato-encefalica è di grande importanza ed …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We would like to thank Dr. Lei Chen (Icahn School of Medicine at Mount Sinai, NY) who first established the use of this model in our laboratory, and to Dr. Gretchen Wolff (German Cancer Research Center, Heidelberg, Germany) for disseminating the technique in our laboratory. Supported in part by HL126559, DA039576, MH098891, MH63022, MH072567, DA027569, and NSC 2015/17/B/NZ7/02985.
Materials
| Anesthesia instrument | Vetequip | 901806 |
| Surgical scissors | Fine Science Tool | 14558-09 |
| Surgical forceps straight tip | Fine Science Tool | 00108-11 |
| Surgical forceps angled tip | Fine Science Tool | 00109-11 |
| Spring scissors | Fine Science Tool | 15000-08 |
| Nylon suture | Braintree Scientific | SUT-S 104 |
| Capillary tubing (Micro-Renathane 0.010” x 0.005” per ft.) | Braintree Scientific | MRE01050 |
| Closing suture | VWR | 95057-036 |
| Isoflurane | Piramal | |
| 2,3,5-Triphenyltetrazolium chloride | FisherScientific | 50-121-8005 |
References
- Chen, L., Swartz, K. R., Toborek, M. Vessel microport technique for applications in cerebrovascular research. J Neurosci Res. 87 (7), 1718-1727 (2009).
- Frisella, W. A., et al. Intracranial injection of recombinant adeno-associated virus improves cognitive function in a murine model of mucopolysaccharidosis type VII. Mol Ther. 3 (3), 351-358 (2001).
- Wei, L., Erinjeri, J. P., Rovainen, C. M., Woolsey, T. A. Collateral growth and angiogenesis around cortical stroke. Stroke. 32 (9), 2179-2184 (2001).
- Wu, G., et al. Targeted delivery of methotrexate to epidermal growth factor receptor-positive brain tumors by means of cetuximab (IMC-C225) dendrimer bioconjugates. Mol Cancer Ther. 5 (1), 52-59 (2006).
- Pignataro, G., Studer, F. E., Wilz, A., Simon, R. P., Boison, D. Neuroprotection in ischemic mouse brain induced by stem cell-derived brain implants. J Cereb Blood Flow Metab. 27 (5), 919-927 (2007).
- Sugiyama, Y., Kusuhara, H., Suzuki, H. Kinetic and biochemical analysis of carrier-mediated efflux of drugs through the blood-brain and blood-cerebrospinal fluid barriers: importance in the drug delivery to the brain. J Control Release. 62 (1-2), 179-186 (1999).
- Pardridge, W. M. Drug and gene delivery to the brain: the vascular route. Neuron. 36 (4), 555-558 (2002).
- Vantyghem, S. A., Postenka, C. O., Chambers, A. F. Estrous cycle influences organ-specific metastasis of B16F10 melanoma cells. Cancer Res. 63 (16), 4763-4765 (2003).
- Huang, R. Q., et al. Efficient gene delivery targeted to the brain using a transferrin-conjugated polyethyleneglycol-modified polyamidoamine dendrimer. FASEB J. 21 (4), 1117-1125 (2007).
- Liu, R., Martuza, R. L., Rabkin, S. D. Intracarotid delivery of oncolytic HSV vector G47Delta to metastatic breast cancer in the brain. Gene Ther. 12 (8), 647-654 (2005).
- Kumar, P., et al. Transvascular delivery of small interfering RNA to the central nervous system. Nature. 448 (7149), 39-43 (2007).
- Wrobel, J. K., Wolff, G., Xiao, R., Power, R. F., Toborek, M. Dietary Selenium Supplementation Modulates Growth of Brain Metastatic Tumors and Changes the Expression of Adhesion Molecules in Brain Microvessels. Biol Trace Elem Res. , (2015).
