Опухоли центральной нервной системы (ЦНС) являются основной причиной смерти от рака у детей, и локорегионарная иммунная терапия все чаще тестируется на пациентах в клинических испытаниях. В этом протоколе описываются методы локорегионарной имплантации канюли мышам для доклинической оценки иммунотерапевтических инфузий, нацеленных на опухоли ЦНС.
Опухоли ЦНС у детей являются причиной большинства смертей, связанных с раком, у детей и имеют плохие прогнозы, несмотря на достижения в области химиотерапии и лучевой терапии. Поскольку многие опухоли не имеют эффективных методов лечения, существует острая необходимость в разработке более перспективных терапевтических вариантов, таких как иммунотерапия; особый интерес представляет применение химерного антигенного рецептора (CAR) Т-клеточной терапии, направленной против опухолей ЦНС. Мишени на клеточной поверхности, такие как B7-H3, IL13RA2 и дисиалоганглиозид GD2, высоко экспрессируются на поверхности нескольких опухолей ЦНС у детей и взрослых, что повышает возможность использования терапии CAR-T-клетками против этих и других поверхностных мишеней. Для оценки повторной локорегионарной доставки CAR-Т-клеток на доклинических мышиных моделях была создана постоянная катетерная система, которая повторяет внутренние катетеры, которые в настоящее время используются в клинических испытаниях на людях. В отличие от стереотаксической доставки, постоянная катетерная система позволяет многократно дозировать без использования нескольких операций. Этот протокол описывает внутриопухолевое размещение фиксированной направляющей канюли, которая была использована для успешного тестирования серийных инфузий CAR-T-клеток на ортотопических мышиных моделях опухолей головного мозга у детей. После ортотопической инъекции и приживления опухолевых клеток у мышей внутриопухолевое размещение фиксированной направляющей канюли завершается на стереотаксическом аппарате и закрепляется винтами и акриловой смолой. Затем лечебные канюли вставляются через неподвижную направляющую канюлю для повторной доставки CAR-Т-клеток. Стереотаксическое размещение направляющей канюли может быть скорректировано для доставки CAR-T-клеток непосредственно в боковой желудочек или другие места в головном мозге. Эта платформа предлагает надежный механизм для доклинических испытаний повторных внутричерепных инфузий CAR-Т-клеток и других новых терапевтических средств для этих разрушительных педиатрических опухолей.
Несмотря на улучшения в химиотерапии, лучевой терапии и хирургии, опухоли центральной нервной системы (ЦНС) являются самыми смертоносными злокачественными новообразованиями в педиатрии1, что подчеркивает важную потребность в новых подходах с более успешными результатами. Благодаря значительным достижениям в области иммунотерапии подходы адоптивной клеточной терапии (ACT) показали многообещающие результаты при различных видах рака, особенно при гематологических злокачественных новообразованиях2. Терапия Т-клетками химерного антигена (CAR), специфический тип ACT, использует естественную способность иммунной системы распознавать и убивать вредные клетки, перенаправляя специфичность Т-клеток для генерации Т-клеток, нацеленных на опухоль3. Терапия CAR-Т-клетками продемонстрировала значительный успех в лечении лейкозов и лимфом4, что делает ее перспективным иммунотерапевтическим подходом и способствует ее исследованию при солидных опухолях. Однако до сих пор терапия CAR-Т-клетками при солидных опухолях достигла небольшого клинического успеха и сталкивается со многими проблемами, такими как неэффективное проникновение опухоли, ограниченное количество целевых антигенов и супрессивное микроокружение опухоли5.
Недавние клинические испытания начали оценивать терапию CAR-Т-клетками при опухолях ЦНС у детей, что обеспечивает доказательство концепции и ранние доказательства активности Т-клеток в предварительных отчетах 6,7,8. В то время как большинство первоначальных доклинических данных было сосредоточено на внутривенном введении CAR-T-клеток, последние доклинические данные свидетельствуют о превосходстве локорегионарной доставки в ЦНС9,10, которая также была успешно использована в нескольких клинических испытаниях 6,7,8,11 . Доклинические исследования на сегодняшний день, которые включали локорегиональную доставку CAR-Т-клеток в ЦНС, основывались на однократной внутричерепной дозе CAR-Т-клеток, доставляемой стереотаксически 9,10. Однако клинические испытания на людях потребовали повторных инфузий CAR-Т-клеток в ЦНС 6,7,8,11, что подчеркивает необходимость оценки многократных повторных инфузий в доклинической разработке. Целью этой процедуры является успешное тестирование серийных инфузий CAR-T-клеток с использованием катетера на ортотопических мышиных моделях опухолей головного мозга у детей. Преимущество этого метода заключается в том, что он избегает многократных хирургических процедур для повторного лечения внутри ЦНС. Канюли в основном использовались для микродиализного отбора проб нейротрансмиттеров и доставки нейроактивных веществ в нейробиологии и поведенческих исследованиях у грызунов12, с ограниченными сообщениями об их использовании для доставки противораковых терапевтических средств. Основываясь на предыдущих отчетах, этот протокол использует стереотаксически размещенную внутреннюю систему канюль для доставки CAR-Т-клеток в мышиные модели опухолей ЦНС с ксенотрансплантатом. Протокол может быть использован для тестирования дополнительных терапевтических средств на мышиных моделях неврологических или нейроонкологических расстройств и может быть полезен для тестирования новых терапевтических средств, где обход гематоэнцефалического барьера имеет решающее значение для эффективности.
CAR-Т-клеточная терапия произвела революцию в лечении гематологических онкологических заболеваний и показала многообещающую ценность в лечении солидных опухолей головного мозга 6,7,8. Этот протокол был разработан для доклинической оценки локорегионарной доставки CAR-T-клеток для лечения опухолей ЦНС у детей. Система канюль воспроизводит резервуар Ommaya или Rickham, внутрижелудочковую катетерную систему, которая в настоящее время используется в текущих клинических испытаниях терапии CAR-T-клетками при опухолях ЦНС у детей 6,7,8, что подчеркивает актуальность и трансляционный потенциал этих методов. Эта система обеспечивает повторную доставку CAR-T-клеток в обход гематоэнцефалического барьера, что также аналогично методам, используемым в текущих клинических испытаниях. Локорегиональная доставка может обеспечить максимальную эффективность в ЦНС9, а также может снизить риск системной токсичности, связанной с трафиком из циркуляции15. В то время как стереотаксическая доставка может обеспечить однократную дозу в ЦНС, преимущество этой системы заключается в возможности введения нескольких повторных доз в указанное место в ЦНС без необходимости проведения нескольких операций. Ограничения этой процедуры включают фиксированное место доставки без возможности изменить местоположение или внести коррективы после того, как канюля будет на месте, а также возможность смещения канюли.
Критическим шагом в этом протоколе является имплантация фиксированной направляющей канюли с координатой D/V, которая учитывает проекцию лечебных канюль. Лечебная канюля будет выступать за кончик направляющей канюли, поэтому необходимо позаботиться о том, чтобы размещение привело к доставке CAR-Т-клеток в интересующую область. Длину проекции лечебной канюли можно настроить, и, по опыту автора, 0,5 мм является полезной длиной проекции. Такая длина гарантирует, что терапевтическая канюля не останется в направляющей канюле при дозировании, но также не требует существенной корректировки координат D/V для направляющей канюли в интересующую область. Дополнительным важным этапом в этом протоколе является время, в течение которого лечебная канюля остается на месте после инфузии CAR-T-клеток. Лечебную канюлю следует удерживать на месте не менее 1 минуты после окончания инфузии, чтобы предотвратить утечки и потерю локорегионарной доставки терапии CAR-T-клетками.
Устранение неполадок с этим методом является простым, при этом большинство осложнений связано с трудностями при удалении фиктивной канюли или вставке лечебной канюли в неподвижную направляющую канюлю, вероятно, из-за засохшей крови на внутренней стороне направляющей канюли. Эту проблему можно легко решить, осторожно пропустив фиктивную канюлю через направляющую канюлю до тех пор, пока сопротивление не уменьшится и мусор не будет очищен. Акриловая смола может иногда выбиваться из черепа, что приводит к потере системы канюль. По нашему опыту, это, как правило, ограничивается забиванием черепа скальпелем и размещением двух винтов. Кроме того, удаляются любые предметы из клетки, которые могут случайно приложить силу к канюле во время движения мыши, например, специальные хижины для обогащения мышей с небольшими отверстиями.
В заключение здесь описан протокол введения системы канюль в мышиные модели опухолей ЦНС для повторной доставки CAR-Т-клеток. Размещение канюли может быть адаптировано к нескольким локорегиональным местам доставки, проверяя эффективность различных мест доставки. Кроме того, эта система может быть использована для дополнительных терапевтических средств, помимо CAR-T-клеток, для оценки эффективности при обходе гематоэнцефалического барьера, а также может быть полезна для оценки терапевтических средств на мышиных моделях неонкологических заболеваний.
The authors have nothing to disclose.
Финансирование этой работы было предоставлено Фондом Мэтью Ларсона, Фондом Грейсона Сейвса, Hyundai Hope on Wheels Young Investigator Award, Фондом Кортни Роуз, Национальными институтами здравоохранения NCI K12 CA076931-19 и 1K08CA263179-01 и Министерством обороны W81XWH-21-1-0221.
18 G needles | BD | 511097 | 1 1/2 inch metal hub |
Acrylic resin liquid | Lang Dental | B1323 | |
Acrylic resin powder | Lang Dental | B1323 | |
Alcohol wipes | BD | 326895 | |
Centrifuge 5240 | Eppendorf | 5420000040 | Centrifuge |
Cotton tipped swabs | Puritan | 826-WC | Handle Width = 2.11 mm (0.083), Head Width = 1.27 mm (0.050), Handle Length = 147.62 mm (5.812), Overall Length = 152.4 mm (6), Head Length = 12.7 mm (0.500) |
Drill bit holder | P1 Technologies | DH-1 | Drill bit holder for D56-D70 |
Drill bit | P1 Technologies | D58 | 1.07 mm |
Dummy cannula | P1 Technologies | C315DCS-5/SPC | Configuration: Small cap; Length: Cut 5.00 mm below pedestal; Projection: 0.50 mm |
Flat tip screwdriver | P1 Technologies | SD-80 | Screwdriver |
Graefe forceps | Fine Science Tools | 11051-10 | Forceps |
Guide cannula | P1 Technologies | C315GS-5/SPC | Configuration: 5.00 mm pedestal height; Length: Cut 5.00 mm below pedestal |
Hemostatic cotton pellets with racemic epinephrine | Pascal | 1151602 | |
MOXI Z Mini automated cell counter Kit | Moxi | MXZ001 | Cell counter |
NOD scid gamma (NSG) mice | Jackson Laboratory | 5557 | 6 to 12-week-old males and females |
Pasteur pipet | VWR | 14673-043 | |
PKG tubing | P1 Technologies | C313CT | Diameter: 0.58 mm x 1.27 mm |
Porcelain 12 well plate | Flinn Scientific | AP6064 | |
Povidone iodine | Medline | MDS093943 | |
Scalpel | World Precision Instrument | 50-822-457 | Disposable Scalpel, no.10, sterile, 10/box, Plastic Handle with 6" Ruler |
Screws | P1 Technologies | 0-80 X 3/32 | 2.4 mm |
Stereotaxic Frame | David Kopf Instruments | 940 | Model 940 Small Animal Stereotaxic Instrument with Digital Display Console |
Student fine scissors | Fine Science Tools | 91460-12 | Scissors |
Treatment cannula | P1 Technologies | C315IS-5/SPC | 33GA; Configuration: Standard internal; Length: Cut 5.00 mm below pedestal; Projection: 0.50 mm |
Treatment syringes | Hamilton | 87908 | 5 µL, Model 75 Cemented Needle Special (SN) Syringe, 75SN/22/0.5"/PT3 |
Vactrap XL | Foxx Life Sciences | 305-4401-FLS | Vacuum System |