تسليم الأجسام المضادة إلى الدماغ مورين عن طريق الحمل الحراري تعزيز التسليم
Summary
الولادة المعززة بالحمل الحراري (CED) هي طريقة تمكن من الولادة الفعالة للعلاجات في الدماغ عن طريق التسريب المباشر لأحجام الأنسجة الكبيرة. يتطلب الإجراء استخدام القسطرة وإجراء حقن مُحسَّن. يصف هذا البروتوكول منهجية CED لجسم مضاد في دماغ الماوس.
Abstract
الولادة المعززة بالحمل الحراري (CED) هي تقنية جراحة عصبية تمكن من التسريب الفعال لأحجام الدماغ الكبيرة باستخدام نظام القسطرة. ويوفر هذا النهج طريقة آمنة للتسليم عن طريق اجتياز حاجز الدم في الدماغ ، مما يسمح بالعلاج بالعلاجات ذات نفاذية BBB الضعيفة أو تلك التي لا يُطلب التعرض المنهجي لها، على سبيل المثال، بسبب السمية. يتطلب CED تحسين تصميم القسطرة، وبروتوكول الحقن، وخصائص الإنفتوسات. مع هذا البروتوكول ونحن نصف كيفية تنفيذ CED من حل يحتوي على ما يصل إلى 20 ميكروغرام من الأجسام المضادة في putamen caudate من الفئران. وهو يصف إعداد القسطرة خطوة، واختبارها في المختبر وإجراء CED في الفئران باستخدام برنامج حقن منحدر. ويمكن تعديل البروتوكول بسهولة لأحجام التسريب الأخرى، ويمكن استخدامه لحقن مختلف التتبعأو المواد النشطة أو غير النشطة من الناحية الدوائية، بما في ذلك العلاج الكيميائي، السيتوكينات، والجسيمات الفيروسية، وliposomes.
Introduction
يشكل حاجز الدم في الدماغ (BBB) حدودًا شبه قابلة للنفاذ تفصل الجهاز العصبي المركزي (CNS) عن الدورة الدموية. الوصول إلى الجهاز العصبي الوطني مع العلاجات هو ضروري ولكن في سياق أمراض مختلفة، مثل أورام الدماغ، مرض الزهايمر (AD) أو مرض باركنسون (PD) من بين أمور أخرى1. وهذا يصبح مهما في تطوير علاجات جديدة، وخاصة إذا كان الدواء اختبار معارض ضعف نفاذية BBB أو التعرض المنهجي يمكن أن يؤدي إلى سمية خطيرة1،2. تعرض بعض الأجسام المضادة المستخدمة سريرياً كلا من هذه الميزات. والحل لهذه المشكلة هو تقديم العلاجات مباشرة وراء BBB.
الولادة المعززة بالحمل الحراري (CED) هي تقنية جراحة عصبية تمكن من التسريب الفعال لأحجام الدماغ الكبيرة. ويتحقق ذلك عن طريق تركيب قسطرة واحدة أو أكثر جراحيًا في المنطقة المستهدفة. أثناء تطبيق الدواء ، يتم تشكيل تدرج ضغط عند فتح القسطرة ، والذي يصبح القوة الدافعة لتشتت الإنفطن في الأنسجة3،4. وبالتالي فإن مدة التسريب وليس معاملات الانتشار هي التي تحدد نطاق التسريب2و4و5 . وهذا يوفر تسليم موحد من infusate على حجم الدماغ أكبر بكثير بالمقارنة مع التقليدية, انتشار على أساس أساليب الحقن داخل الدماغ2,6. في الوقت نفسه، هذه الطريقة التسليم لديه خطر أقل من تلف الأنسجة2. وبناء على ذلك، يمكن أن تمكن CED الإدارة الآمنة والفعالة من العلاج الكيميائي التقليدي لعلاج أورام الجهاز العصبي المركزي، فضلا عن تسليم العوامل المناعية أو الأجسام المضادة المؤلمة والعدائية في العديد من اضطرابات الجهاز العصبي المركزي الأخرى2 ،7،8،9. يتم اختبار CED حاليا في علاجات مرض باركنسون، مرض الزهايمر، فضلا عن الورم الدبقي عالية الجودة2،7،8،10،11.
تصميم القسطرة ونظام الحقن هي من أهم العوامل التي تؤثر على نتيجة CED 10،12،13،14،15،16. وعلاوة على ذلك، فإنه يتطلب خصائص فيزيائية كيميائية محددة من إينفوسات، بما في ذلك حجم معتدل من الجسيمات، وتهمة الأنيونية، وانخفاض تقارب الأنسجة 10،17. كل من هذه المعلمات يجب أن تكون قابلة للتكيف وفقا للسمات النسيجية لمنطقة الدماغ لتكون مستهدفة2،10،17.
هنا نقوم بوصف منهجية لأداء CED من محلول الأجسام المضادة في putamen caudate (striatum) من الفئران. وعلاوة على ذلك، يتضمن البروتوكول إعداد قسطرة الخطوة في إعداد المختبر، واختبارها في المختبر وإجراء CED.
هناك العديد من تصاميم القسطرة المتاحة في الأدب، وتختلف على شكل قنية، والمواد المستخدمة وعدد فتحات القسطرة12،15،18،19،20 ،21،22. نحن نستخدم قسطرة خطوة مصنوعة من السيليكا الشعيرات الدموية المنصهرة جاحظ 1 ملم من إبرة معدنية نهاية حادة. هذا التصميم القسطرة يمكن تصنيعها بسهولة في مختبر البحوث وreproducibly يعطي نتائج جيدة CED عند اختبارها في المختبر مع كتل أغاروز مع المعلمات المادية تشبه parenchyma الدماغ في الجسم الحي23.
وعلاوة على ذلك، نقوم بتنفيذ نظام منحدر لتقديم 5 ميكرولتر من الإنفتوسات في الجسم الحي. في مثل هذا البروتوكول يتم زيادة معدل الحقن من 0.2 ميكرولتر / دقيقة إلى حد أقصى قدره 0.8 ميكرولتر / دقيقة، وبالتالي تقليل فرص الجزر الإنفذي على طول القسطرة وكذلك خطر تلف الأنسجة16. باستخدام هذا البروتوكول، قمنا بإدارة الفئران بنجاح مع ما يصل إلى 20 ميكروغرام من الأجسام المضادة في 5 ميكرولتر من PBS على مدى 11 دقيقة 30 ثانية.
ويمكن تعديل البروتوكول بسهولة لأحجام التسريب الأخرى أو لحقن مواد أخرى مختلفة، مثل العلاج الكيميائي، السيتوكينات،الجسيمات الفيروسية أو liposomes 2،10،14،18 ،22. في حالة استخدام الإنفتوسات مع خصائص كيميائية نباتية مختلفة بشكل كبير مقارنة بمحلول ملحي مُسحَرَّص بالفوسفات (PBS) أو السائل النخاعي الاصطناعي (aCSF)، يوصى بخطوات إضافية للتحقق من صحة الأجسام. لتجميع القسطرة، والتحقق من الصحة وCED، ونحن نصف جميع الخطوات باستخدام الروبوت مجسمة مع وحدة الحفر والحقن شنت على إطار مجسم منتظم. ويمكن أيضا أن يتم تنفيذ هذا الإجراء مع إطار مجسم يدوي متصل بمضخة التسريب الصغير القابلة للبرمجة التي يمكن أن تدفع المحاقن الدقيقة الزجاج الموصوفة.
Protocol
Representative Results
Discussion
الولادة المعززة الحمل الحراري، أو ضخ المخدرات بوساطة الضغط في الدماغ، واقترح لأول مرة في أوائل عام 19903. هذا النهج وعود التسريب من كميات كبيرة من الدماغ وراء حاجز الدم في الدماغ بطريقة تسيطر عليها2. ومع ذلك، حتى الآن، تم إجراء عدد قليل فقط من التجارب السريرية باستخ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم دعم هذا العمل بمنح من جامعة زيوريخ (FK-15-057)، ومؤسسة نوفارتيس للبحوث الطبية والبيولوجية (16C231) وأبحاث السرطان السويسرية (KFS-3852-02-2016، KFS-4146-02-2017) إلى يوهانس فوم بيرغ وبريدج بروف للمفهوم (20B1-1) _177300) إلى ليندا شيلهامر.
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).
