Livraison d’anticorps dans le cerveau à l’aide d’ultrasons à balayage focalisé

L’échographie thérapeutique est une technologie émergente visant à traiter les maladies du cerveau de manière non invasive, en partie en facilitant l’accès des agents thérapeutiques au ^cerveau1,2,3. Comme seule une petite fraction des anticorps thérapeutiques ciblant les maladies du cerveau sont absorbés et retenus dans le ^cerveau4, les ultrasons thérapeutiques offrent la possibilité d’augmenter leur absorption et leur engagement ^cible5,6.

Dans notre laboratoire, nous développons des approches thérapeutiques pour les maladies neurodégénératives dans lesquelles un anticorps de différents formats est délivré à travers la barrière hémato-encéphalique (BHE) à l’aide de microbulles. Pour ce faire, l’échographie est appliquée à travers le crâne dans le cerveau à plusieurs endroits en utilisant un mode de balayage que nous appelons échographie de balayage (SUS)⁷. L’interaction mécanique entre l’énergie ultrasonore, les microbulles injectées par voie intraveineuse et la vascularisation cérébrale sépare transitoirement les jonctions serrées du BHE dans un volume de sonication donné, permettant aux anticorps et autres cargaisons, y compris les agents thérapeutiques, de traverser efficacement cette ^{barrière7,8,9} . De plus, il a été démontré que les ultrasons facilitent l’absorption des anticorps du cerveau interstitiel dans les cellules du cerveau, telles que les neurones, où l’anticorps se distribue dans tout le corps cellulaire et même dans les processus neurigineux5,10.

La maladie d’Alzheimer est caractérisée par une pathologie β et tau ^amyloïde11, et une foule de modèles animaux sont disponibles pour disséquer les mécanismes pathogènes et valider les stratégies thérapeutiques. Une approche SUS, par laquelle l’échographie est appliquée de manière séquentielle sur l’ensemble du cerveau, lorsqu’elle est répétée au cours de plusieurs séances de traitement, peut réduire la pathologie de la plaque amyloïde dans le cerveau des souris mutantes de la protéine précurseur amyloïde β déposant l’amyloïde (APP) et activer la microglie qui absorbe l’amyloïde, conduisant à une amélioration de la fonction ^cognitive7. L’ouverture BBB avec ultrasons et microbulles réduit également la pathologie tau chez les souris transgéniques pR5, K3 et rTg4510 tau5,12,13. Il est important de noter que si les microglies éliminent les dépôts de protéines extracellulaires, l’un des mécanismes de clairance sous-jacents aux pathologies intraneuronales induites par le SUS est l’activation de l’autophagie ^neuronale12.

Ici, nous décrivons un processus expérimental, par lequel des anticorps marqués par fluorescence sont préparés, puis mélangés à des microbulles internes à base de lipides, suivis d’une injection rétroorbitaire dans des souris anesthésiées. L’injection rétroorbitaire est une alternative à l’injection de veine caudale qui, nous l’avons trouvée, est tout aussi efficace et plus simple à effectuer à plusieurs reprises. Ceci est immédiatement suivi par l’application de SUS au cerveau. Pour déterminer l’absorption d’anticorps thérapeutiques, les souris sont sacrifiées et l’augmentation de la concentration d’anticorps dans le cerveau est ensuite quantifiée. En tant que proxy du changement dans l’homéostasie cérébrale, l’activité phagocytaire microgliale est déterminée par l’histologie et la reconstruction 3D volumétrique.

Les données générées suggèrent que l’administration d’anticorps par échographie est une approche potentiellement attrayante pour traiter les maladies neurodégénératives. Le protocole peut être appliqué de la même manière à d’autres candidats médicaments, ainsi qu’à des cargaisons modèles telles que le dextrans marqué par fluorescence de tailles ^définies14.