Доставка антител в мозг с помощью сфокусированного сканирующего ультразвука

Терапевтический ультразвук – это новая технология, направленная на лечение заболеваний головного мозга неинвазивным способом, в частности путем облегчения доступа терапевтических агентов к мозгу1,2,3. Поскольку только небольшая часть терапевтических антител, нацеленных на заболевания головного мозга, поглощается и удерживается в ^мозге4, терапевтический ультразвук дает возможность увеличить их поглощение и целевое ^{вовлечение5,6}.

В нашей лаборатории мы разрабатываем терапевтические подходы к нейродегенеративным заболеваниям, при которых антитело в различных форматах доставляется через гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) с помощью микропузырьков. Чтобы достичь этого, ультразвук применяется через череп в мозг в нескольких местах с использованием режима сканирования, который мы называем сканирующим ультразвуком (SUS)⁷. Механическое взаимодействие между ультразвуковой энергией, внутривенно вводимыми микропузырьками и сосудистой системой мозга временно разделяет плотные соединения ГЭБ в заданном объеме ультразвука, позволяя антителам и другим грузам, включая терапевтические агенты, эффективно преодолевать этот ^{барьер7,8,9} . Кроме того, было показано, что ультразвук облегчает поглощение антител из интерстициального мозга в клетки мозга, такие как нейроны, где антитело распространяется по всему телу клетки и даже в невритические ^{процессы5,10}.

Болезнь Альцгеймера характеризуется амилоидно-β и тау-патологией11, и доступно множество животных моделей для вскрытия патогенных механизмов и проверки терапевтических стратегий. Подход SUS, при котором ультразвук применяется последовательно по всему мозгу при повторении в течение нескольких сеансов лечения, может уменьшить патологию амилоидных бляшек в мозге амилоидно-β мутантных мышей-предшественников амилоида (APP) и активировать микроглию, которая поглощает амилоид, что приводит к улучшению когнитивной ^{функции7}. Открытие ГЭБ с ультразвуком и микропузырьками также уменьшает патологию тау у pR5, K3 и rTg4510 тау трансгенных мышей5,12,13. Важно отметить, что в то время как микроглия удаляет внеклеточные белковые отложения, одним из основных механизмов клиренса для внутринейрональных патологий, индуцированных SUS, является активация нейрональной аутофагии12.

Здесь мы описываем экспериментальный процесс, с помощью которого получают флуоресцентно меченые антитела, а затем смешивают с собственными микропузырьками на основе липидов с последующей ретроорбитальной инъекцией анестезированным мышам. Ретроорбитальная инъекция является альтернативой инъекции в хвостовую вену, которая, как мы обнаружили, одинаково эффективна и проста в многократном выполнении. За этим сразу же следует применение SUS к мозгу. Чтобы определить поглощение терапевтических антител, мышей приносят в жертву, а затем количественно оценивают повышенную концентрацию антител в мозге. Как прокси изменения гомеостаза мозга, фагоцитарная активность микроглии определяется гистологией и объемной 3D-реконструкцией.

Полученные данные свидетельствуют о том, что ультразвуковая доставка антител является потенциально привлекательным подходом к лечению нейродегенеративных заболеваний. Протокол может быть аналогичным образом применен к другим кандидатам в лекарства, а также к модельным грузам, таким как флуоресцентно меченый декстранс определенных ^{размеров14}.