ここでは、患者のOmmaya貯留層に機能的に類似したマウス異種移植片モデルについて述べる。私たちは、普遍的に致命的なレプトメニンゲール病の新しい治療法を研究するためにマウスオンマヤを開発しました。
レプトメニンゲレス病(LMD)は、脳脊髄液(CSF)に対する中枢神経系(CNS)のまれなタイプの転移である。LMDを引き起こす最も一般的な癌は、乳癌および肺癌および黒色腫である。LMDと診断された患者は予後が非常に悪く、一般的に数週間または数ヶ月間しか生き残らない。LMDに対する全身療法の有効性の欠如の1つの考えられる理由は、脈絡叢を横切る無傷で比較的不浸透性の血液脳関門(BBB)または血液CSFバリアのためにCSF中の薬物の治療的に有効な濃度を達成できなかったことである。したがって、直接、これらの障壁を克服し得る内耳通りまたは心室内の薬物を投与する。このグループは、慢性的に治療(すなわち、薬物、抗体、細胞療法)の効果的な送達を可能にするモデルを開発し、CSFの薬物濃度および標的変調を決定するCSFの繰り返しサンプリング(腫瘍微小環境がマウスを標的とする場合)を可能にする。このモデルは、臨床的に使用される磁気共鳴画像性のOmmayaリザーバーに相当するマウスです。このモデルは、頭蓋骨に貼り付けられ、「ネズミのオンマヤ」に指定されています。治療的な概念実証として、ヒト表皮成長因子受容体2抗体(クローン7.16.4)をマウス・オンマヤを介してCSFに送達し、ヒト表皮成長因子受容体2陽性乳癌からLMDを用いたマウスを治療した。マウス・オムマヤは、ミニチュアアクセスポートを使用して薬物送達の効率を高め、過剰な薬物の浪費を防ぎます。分子および免疫学的研究のためにCSFのサンプリングを妨げない。マウス・オムマヤは、LMDの実験モデルで新しい治療薬をテストするのに有用である。
レプトメニンゲ症候群(LMD)は、CNSの積極的な後期転移であり、腫瘍細胞がCSFにアクセスし、脳および脊髄1の表面に浸透する。LMDを引き起こす最も一般的な癌は、黒色腫と同様に、乳癌および肺のものが含まれる。LMDは、頭痛、脳神経麻痺、肩こり、ラジカルパチーなどの神経学的症状や徴候の数をもたらします。LMD患者の予後は、一般的に非常に悪い(平均生存率は週単位で測定される)、普遍的に致命的な3、4、5、6、7である。手術、放射線、全身化学療法による治療は緩和的です。LMDに対する全身療法は、脈絡叢1を横切る無傷のBBBまたは血液CSFバリアを横切るCSFへの不十分な薬物浸透のために失敗する可能性がある。
従って、がん治療薬(例えば、チェックポイント阻害剤および細胞療法を含む薬物および抗体ベースの治療法)を直接CSFに投与することは、この制限8を克服し得る。患者からのCSFへのアクセスおよびサンプリングは頭皮の下に埋め込まれるOmmayaの貯蔵所を通して可能である。この装置は、脊髄タップを行わずに、癌剤(例えば、メトトレキサートおよびトラスツズマブ)の投与と診断研究のためのCSFのサンプリング(例えば、治療への応答を監視するLMDの細胞学的診断)を可能にする。マウスオンマヤ貯水池は、臨床的に使用されるものを模倣するように設計されました.貯蔵所は、アクセスポートとスペーサー部品の組み立てとマウスの缶取技術の変更を必要とし、薬物研究の期間中、デバイスを永久にそのまま残すことができます。この装置は「ネズミのオンマヤ」として指定されています。
浸透圧注入ポンプ技術とは対照的に、チューブ内の空きスペースを予め充填するために余分な液体量を調製し、頻繁な注射9に対する連続注入を必要とする、マウス・オンマヤは薬物溶液の浪費を最小限に抑える。ハミルトンシリンジ、ミニチュアアクセスポート、自動インジェクタを使用して、一定の時間に少量(3〜7 μL)で複数の治療をCSFに効果的に投与できます。リアルタイムでは、LMDに対する試験薬の有効性は、イメージングによって決定することができる。このアプローチを用いて、様々な化学療法、抗体、および細胞免疫療法(単一または複合剤として)をLMDに対してテストし、生体内所見を患者の合理的な治療戦略に変換することができる。LMDの患者由来異種移植片(PDX)モデルのイメージング能力をさらに向上させるために、組み立てを必要とせず、使用する準備ができているM.ingmayaの磁気共鳴画像(MRI)互換バージョンを開発するためにメーカーとのコラボレーションが行われました。MRI機能は、特にCSFからの循環腫瘍細胞(CTC)の量が制限因子であるPDXモデルに対して有益であり、しばしばCTCの事前標識が不可能な場合である。
このペーパーでは、LMD を使用してマウスをレンダリングする CTC の注入から始まる詳細なプロトコルについて説明します。その後、マウス・オンマヤを外科的に移植し、マウス・オンマヤを介して複数の薬物治療ステップが行われる。実証の概念実証として、in vivoを並べて比較し、マウスヒト表皮成長因子受容体2(Her2)抗体をクローン7.16.4(ヒト相当トラスツズマブ)と呼んで10を送達した。抗体は、マウス・オンマヤ(直接標的療法または内皮療法)または腹腔内注射(全身療法)のいずれかを介してHer2+ 乳癌細胞を標的とする。その結果、直接頭蓋内免疫療法を受けたLMDを有するマウスは、同じ治療を全身的に治療したものよりも有意に長く生きていたことが示された。マウス・オンマヤを介して治療されたマウスのCNS転移は、治療の第3週の第3用量によってほぼ完全に後退し、全体的な生存率を改善した。
ここで、マウス・オンマヤは、LMDおよび他のCNS関連疾患の前臨床モデルにおけるCSF空間への抗癌剤の繰り返し投与を可能にする信頼できるモデルとして説明されている。CSFは、デバイスがまだ中断することなく取り付けられている間にマウスからサンプリングされた。この直接標的療法異種移植片モデルは、LMDの合理的な治療戦略を開発し、テストする上で重要なステップです。水槽マグナ注射からLMDの初期徴候までの時間は、がん細胞の種類によって異なります。LMDおよびCNS転移は、CTC接種後約1〜2週間で形成され始める。増殖性の高いがん細胞株を使用すると、<7日で転移が起こり得る。この場合、腫瘍の増殖による血管化は、時々マウス・オンマヤの移植を困難にする可能性がある。この課題の1つの解決策は、CSF空間への注入のための癌細胞の数を減らし、腫瘍の発症前により多くの時間を与える。さらに、このプロトコルは、最初の治療の前にマウスが手術から回復するのに十分な時間を確保するために、水槽マグナ注射後72時間までにマウスオンマヤを移植するように最適化されています。研究者は、治療レジメンを計画する前に、異種移植片モデルにおけるCTCの成長率を計算する必要があります。
上記9のように、浸透圧ポンプシステムやイントレーレブロナーリ(ICV)ボーラス注射を使用するなど、他の直接の心室内送達方法があるが、M).M.Ommayaモデルを使用することにはいくつかの利点がある。例えば、ICVボーラス注射は単一の送達で行われるのに対し、Min Ommayaは、単一の薬剤として与えられるか、または併用療法として与えられたかどうかにかかわらず、いつでも複数の用量の治療を可能にする。浸透ポンプはポンプが交換を必要とする前に14、28、または42日まで持続するように設計され、時にはより小さいポンプを有する小さいマウスが使用される場合より頻繁に。浸透圧ポンプを変更するには外科的処置が必要であり、腫瘍を持つマウスにストレスを加える。マウスオンマヤの交換は、デバイスがそのまま残っている限り、長期間の実験には必要ありません。また、ポンプ9の変更によって生じる潜在的な変動性を最小限に抑えます。実験マウスに埋め込まれたマウス・オンマヤスは42日以上そのまま残り、この持続期間は長生き治療レジメンに対して可能となった。
これまでの知見は、CSFへの間欠的な投薬は、注入による長期の薬物送達プロセスよりもLMDに対する有効性が高いことを示唆している。浸透圧ポンプシステムを使用して、単回投与注射を繰り返すことは不可能であろう.各注入の後に残りの閉じ込められた液体を洗い流す容易な方法がない。浸透性ポンプは、互換性のあるまたは単一の薬物の混合物を送達することに限定され、通常、連続注入のための薬物製剤の量が多く必要です。対照的に、マウス・オンマヤは、死空間を考慮することなく、わずか3〜7μLの正確なマイクロ注射用に設計されており、免疫細胞療法を含む研究者が使用できる薬物の種類に制限はありません。また、特定のサンプルが貴重な場合は試薬の無駄を最小限に抑え、その資源の使用を最大限に活用します。複数の抗癌療法を必要とする治療レジメンでは、マウス・オンマヤは使いやすく、感染や外科的誤用のリスクは最小限で、CSFに外科的に、または針で繰り返し送達する代替アプローチを用いる。マウス・オムマヤは、薬物濃度と服用頻度を調整し、対象の研究に応じて研究のターゲット変調と持続時間を評価する柔軟性を研究者に提供します。
マウス・オンマヤの制限は、研究者が小さなマウスにデバイスを埋め込むのが難しいかもしれないということです。したがって、少なくとも8〜10週齢のマウスを使用する方が良いです。移植ステップ中に装置が頭蓋骨に固定されておらず、接着剤が摩耗した場合、またはマウスが研磨剤によって改ざんされた場合、治療試験中にマウス・オンマヤが外れる可能性があります。後者のシナリオは、複数のマウスが同じケージに収容された場合に発生します。したがって、治療スケジュールの期間中、ケージごとに2匹以下のマウス・オンマヤ移植マウスを収容することをお勧めします。このプロトコルは、スペーサーにシアノクリレート滅菌接着剤を適用するように変更されました, これは、頭蓋骨表面にスペーサーを接着し、マウスオンマヤが外れるのを防ぐための最も効果的な接着剤であることが判明しました.結果は、LMDマウスがマウスオンマヤを介して直接の内腔内療法の恩恵を受け、全体的な生存率が増加したことを示した。単一マイクロリットルの体積は、BBBをバイパスして安全に投与することができ、それによって薬物製剤の量を減少させる。最も重要なことは、Her2抗体免疫療法研究からCNS転移を治癒したマウスは健康なままである。
LMDのPDXモデルのためのマウス・オンマヤのMRI互換バージョンを開発することを目的としたメーカーとのコラボレーション。このプロトタイプ版はスペーサーが組み込まれているので、組み立ては必要ないので、頭蓋骨へのより良い付着を可能にする。このプロトタイプの制限は、デバイスはMRI互換ですが、デバイスが挿入される場所にシャドウを生成し、定量分析のための画像の可視性を低下させることです。MRI互換バージョンは、ex vivo CTC サンプリングが制限因子であり、セルの事前ラベル付けが不可能な場合に適した代替ツールです。LMD異種移植片モデルとマウス・オンマヤ法の組み合わせは、BBBをバイパスする直接標的薬の有効性を研究するのに有益である。これらのインビボ研究の結果は、LMD患者のための合理的な治療戦略を設計するのに臨床的に関連しています。
The authors have nothing to disclose.
ミケーレ・L・ダニエルソン、トリシア・フェイバーズ=ワトソン、そして南フロリダ大学の比較医学チームの残りの部分に、彼らの技術的なサポートと動物の維持に感謝したいと思います。インステック・ラボラトリーズ社は、MRI互換のマウス・オンマヤの開発を要請し、当社と協力してくださった努力に感謝します。この研究は、国立衛生研究所(NIH)R21 CA216756(K.S..Mスモーリーへ)、国防総省(DOD)W81XWH1910675(B.チェルニエッキとP.カリンスキーへ)、モフィットがんセンターCBMM革新的賞(P.フォーサイスとダケット)によってサポートされています。編集支援は、ポール・フレッチャー博士とデイリー・ドラッカー博士によってモフィットがんセンターの科学執筆局によって提供されました。通常の給料を超える報酬は与えられなかった。
1 mm spacer disc | Alzet, Durect Corporation | #0008670 | Spacer disc only |
4-0 ethilon nylon suture | Any vendor | n/a | |
Automatic syringe pumps | Harvard Syringe Pumps (or any vendor) | #70-4505 | Pump 11 Elite |
Bead sterilizer | Braintree Scientific Inc. (or any vendor) | #GER 5287-120V | Germinator 500 |
Buprenorphine Sustained-Release (Bup-SR) | Zoopharm | DEA controlled | |
Cyanoacrylate sterile adhesive | Any vendor | ||
Gas inhalation anestehsia system | VeteEquip | #901812 | COMPAC5 |
Hamilton microliter syringes | Hamilton | 10, 25, 50, and 100 μL | 30 G for cisterna magna injection |
Hydrogen peroxide | Any vendor | n/a | |
IVIS 200 imaging system | Caliper Life Sciences | n/a | |
Magnifying glass with light | Any vendor | n/a | |
Microdrill | Stoelting (or any vendor) | #51555M | |
MRI imaging | Bruker | BioSpec series | Optional |
Murine Ommaya (MRI-compatible) prototype | Instech Laboratories, Inc. | #VAB620-25MRI-3.3 | |
Phosphate-buffered saline (PBS) | Any vendor | n/a | 0.1 mm Sterile-Filtered |
PinPort injector | Instech Laboratories, Inc. | #PNP3M-50 | |
PinPort | Instech Laboratories, Inc. | #1-PNP3F28-50 | |
Rodent Surgical Instruments (Scissors, Forceps) | Roboz Surgical Instrument (or any vendor) | ||
Stereotaxic device | Stoelting (or any vendor) | #51730M | |
Sterile blue paper/ drape covering | Any vendor | n/a | n/a |
Sterile cotton sticks | Any vendor | n/a |