Administración de anticuerpos en el cerebro mediante ultrasonido de barrido enfocado

La ecografía terapéutica es una tecnología emergente dirigida a tratar las enfermedades cerebrales de forma no invasiva, en parte facilitando el acceso de agentes terapéuticos al ^cerebro1,2,3. Dado que solo una pequeña fracción de los anticuerpos terapéuticos dirigidos a las enfermedades cerebrales son absorbidos y retenidos en el ^cerebro4, el ultrasonido terapéutico ofrece la posibilidad de aumentar su captación y compromiso ^objetivo5,6.

En nuestro laboratorio, estamos desarrollando enfoques terapéuticos para enfermedades neurodegenerativas en las que se administra un anticuerpo en varios formatos a través de la barrera hematoencefálica (BBB) utilizando microburbujas. Para lograr esto, el ultrasonido se aplica a través del cráneo hacia el cerebro en múltiples puntos utilizando un modo de escaneo al que nos referimos como ultrasonido de escaneo (SUS)⁷. La interacción mecánica entre la energía ecográfica, las microburbujas inyectadas por vía intravenosa y la vasculatura cerebral separa transitoriamente las uniones estrechas del BBB en un volumen de sonicación dado, permitiendo que los anticuerpos y otras cargas, incluidos los agentes terapéuticos, crucen eficazmente esta ^barrera7,8,9 . Además, se ha demostrado que la ecografía facilita la captación de anticuerpos del cerebro intersticial hacia las células cerebrales, como las neuronas, donde el anticuerpo se distribuye por todo el cuerpo celular e incluso en los procesos neuríticos5,10.

La enfermedad de Alzheimer se caracteriza por una patología de β y tau ^amiloide11, y se dispone de una gran cantidad de modelos animales para diseccionar los mecanismos patógenos y validar las estrategias terapéuticas. Un enfoque SUS, mediante el cual el ultrasonido se aplica en un patrón secuencial en todo el cerebro, cuando se repite durante varias sesiones de tratamiento, puede reducir la patología de la placa amiloide en los cerebros de ratones mutantes mutantes de proteína precursora amiloide (APP) que depositan β amiloide y activar la microglía que absorbe el amiloide, lo que lleva a una mejora en la función ^cognitiva7. La apertura BBB con ultrasonido y microburbujas también reduce la patología tau en ratones transgénicos tau pR5, K3 y rTg45105555551085,12,13. Es importante destacar que, si bien la microglía elimina los depósitos de proteínas extracelulares, uno de los mecanismos de aclaramiento subyacentes para las patologías intraneuronales inducidas por el SUS es la activación de la autofagia ^neuronal12.

Aquí, describimos un proceso experimental, mediante el cual se preparan anticuerpos marcados fluorescentemente y luego se mezclan con microburbujas internas a base de lípidos, seguidas de una inyección retroorbital en ratones anestesiados. La inyección retroorbital es una alternativa a la inyección de la vena de la cola que hemos encontrado que es igualmente eficaz y más simple de realizar repetidamente. Esto es seguido inmediatamente por la aplicación de SUS en el cerebro. Para determinar la absorción de anticuerpos terapéuticos, se sacrifican ratones y luego se cuantifica el aumento de la concentración de anticuerpos en el cerebro. Como un proxy del cambio en la homeostasis cerebral, la actividad fagocítica microglial está determinada por la histología y la reconstrucción volumétrica en 3D.

Los datos generados sugieren que la administración de anticuerpos por ultrasonido es un enfoque potencialmente atractivo para tratar enfermedades neurodegenerativas. El protocolo se puede aplicar de manera similar a otros fármacos candidatos, así como a modelos de dextrans etiquetados fluorescentemente de tamaños ^definidos14.