Summary
انقطاع الدم في الدماغ الحاجز يساعد على إيصال بعض الأدوية إلى الدماغ. سلمت مانيتول داخل الخلايا تنكمش arterially المحيطة الأوعية الدموية من أجل تعطيل جسديا الجدار.
Abstract
الخلايا البطانية مع منعطفات ضيقة على طول الغشاء القاعدي مع والقدمين نهاية نجمية تحيط الأوعية الدموية الدماغية لتشكيل حاجز الدم في الدماغ 1. حاجز انتقائي يستثني جزيئات من عبور بين الدم والدماغ على أساس حجمها والاتهام. وهذا يمكن أن تعرقل وظيفة تقديم العلاج للاضطرابات العصبية. وهناك عدد من الأدوية العلاج الكيميائي، على سبيل المثال، لن يعبر بشكل فعال حاجز الدم في الدماغ لتصل إلى الخلايا السرطانية 2. وهكذا، تحسين تقديم المخدرات عبر حاجز الدم في الدماغ هي منطقة ذات أهمية.
الأساليب الأكثر انتشارا لتعزيز إيصال الأدوية إلى الدماغ هي ضخ الدماغي المباشرة وحاجز الدم في الدماغ تعطل 3. ضمانات مباشرة داخل المخ التي التسريب العلاجات تصل إلى المخ، ولكن هذا الأسلوب لديه قدرة محدودة لتفريق المخدرات 4. انقطاع الدم في الدماغ حاجز (BBBD) سورةأدنى مستوى لتدفق المخدرات مباشرة من نظام الدورة الدموية في الدماغ، وبالتالي أكثر فعالية إلى الخلايا السرطانية المشرد. ثلاث وسائل للتعطيل حاجز تشمل التناضحي تعطيل الحاجز، حاجز تعطيل الدوائية، والموجات فوق الصوتية المركزة مع microbubbles. تعطل التناضحي، رائدها Neuwelt، ويستخدم حل مفرط التوتر من مانيتول 25٪ أن يجفف خلايا حاجز الدم في الدماغ مما يسبب لهم يتقلص وتعطيل تقاطعات ضيقة بهم. ويمكن أيضا أن يتحقق تعطيل حاجز دواء فعال في الأوعية مع مركبات مثل الهستامين 5 و 6 براديكينين. هذا الأسلوب، ومع ذلك، هو انتقائية في المقام الأول لحاجز الدماغ للورم 7. بالإضافة إلى ذلك، تم العثور على RMP-7، وهو التناظرية من الببتيد براديكينين، ليكون أدنى بالمقارنة رأسا لرأس مع BBBD التناضحي مع مانيتول 25٪ 8. كما تم طريقة أخرى، تركز الموجات فوق الصوتية (FUS) جنبا إلى جنب مع عوامل التباين microbubble الموجات فوق الصوتية، أظهرتلفتح عكسية حاجز الدم في الدماغ 9. بالمقارنة مع الفتح الرباطي، على الرغم من مانيتول 25٪ لديها أطول تاريخ في سلامة المرضى من البشر التي تجعل منه أداة ثبت للبحوث متعدية 10-12.
من أجل إنجاز BBBD، يجب أن يتم تسليم مانيتول بمعدل مرتفع للتداول مباشرة في الدماغ الشرايين. في البشر، ويسترشد قسطرة واللف إلى الدماغ حيث يمكن تحقيق سريع، وتدفق المباشر. BBBD هذه النماذج بروتوكول الإنسان عن كثب وقت ممكن. بعد قطع لأسفل والتشعب من الشريان السباتي المشترك، يتم إدراج قسطرة الوراء في اللجنة الاقتصادية لأفريقيا والتي استخدمت في نقل مانيتول مباشرة في الشريان السباتي الداخلي (ICA) الدورة الدموية. وتستخدم البروبوفول والتخدير N O 2 لقدرتها على تحقيق أقصى قدر من الفعالية من التعطيل حاجز 13. إذا نفذت بشكل صحيح، هذا الإجراء لديه القدرة على بأمان وفعالية، وفتح عكسية حاجز الدم في الدماغ ويمبروفه إيصال الأدوية التي لا تصل عادة الدماغ 8،13،14.
Protocol
1. إعداد الحيوانية والمعدات اللازمة لإجراء
- قبل البدء في الجراحة، واعداد منطقة الجراحية والحيوان. جعل القسطرة السباتي عن طريق إدخال إبرة قياس 23-حادة في واحدة من نهاية 12 "من PE50 الأنابيب. قص شطبة ° 45 تقريبا في الطرف الآخر من القسطرة. تعقيم المعدات قبل الإجراء. ارتداء غطاء الشعر، قناع جراحي ، وقفازات معقمة.
- وضع وسادة التدفئة على السطح حيث سيتم إجراء الجراحة. تفعيلها والسماح لها لتدفئة. تغطية المنطقة مع وسادة مقعد ماصة.
- تحقق من أن لديك مانيتول 25٪ في حل من دون البلورات. إذا بلورات موجودة، ويحل لهم عن طريق وضع القارورة في حمام الماء الساخن في C ° 80 و تهييج دوري.
- تسجيل الشامل للحيوان.
- جعل تخفيف البروبوفول للتسليم بنسبة 0.8 مغ / كغ / دقيقة بمعدل 0.1 مل / دقيقة.
- وضع الفئران في المربع التعريفي لمدة 3 دقائق. الإعدادات: 5٪ isoflurane، 2 لتر / دقيقةمعدل التدفق على التنفس الصناعي.
- على رأس منشفة واحدة، يحلق الرقبة والفخذين الداخلية على حد سواء.
2. ينبب الفأر
- وضع الحيوان مرة أخرى في المربع التعريفي لمدة 3 دقائق.
- إعداد أنبوب القصبة الهوائية الخاصة بك مع قسطرة IV. لهذا الحجم وسلالة من الفئران، ونحن استخدام القسطرة GA 18. يجب أن يكون الأنبوب كبيرة بما يكفي لتسمح بتدفق الهواء كافية، ولكن صغيرة بما يكفي لتناسب في القصبة الهوائية دون التسبب في اضرار. سحب الإبرة خارج للقسطرة بلاستيكية وكسر تقريبا بعناية الإبرة. 1 سم من طرفها الحاد. سوف تكون الإبرة bunted القلم الخاص بك. وضع إبرة في الظهر القسطرة.
- شنق الفئران من أنيابها على سطح الزاوية.
- تسليط الضوء مباشرة ضد رقبة الحيوان واصطف بين أذنيه.
- اضافة الى وجود حوالي ملعقة صغيرة. 3 سم في البلعوم. رفع إلى أعلى في حين سحب اللسان برفق من الفم.
- تصور افتتاح القصبة الهوائية. سوف تقوم SEعصام ثقب صغير فتح وإغلاق مع كل نفس.
- إدراج القسطرة برفق في الحفرة. يمكنك أن تشعر في بعض الأحيان البلاستيك أدخل غضروف القصبة الهوائية. القصبة الهوائية حساسة. لا قوة القسطرة.
- تعيين التنفس الصناعي إلى 1 لتر / دقيقة وBPM 60 وisoflurane إلى 2٪.
- توصيل القسطرة إلى التنفس الصناعي والشريط الأنبوب على سطح التشغيل.
- التحقق من الحيوان للتخدير عن طريق إجراء قرصة أخمص قدميه.
3. إنشاء البروبوفول IV التخدير
- تأمين الفئران عن طريق تسجيل جميع أطرافه الأربعة وذيل إلى السطح التشغيل.
- فرك الرقبة حلق والمواقع الفخذ مع الصابون الكلورهيكسيدين ثلاث مرات. ثم فرك مع الكلورهيكسيدين شطف ثلاث مرات.
- نعلق حقنة من البروبوفول لمجموعة التمديد الرابع. تحميل الحقنة على مضخة التسريب.
- باستخدام مشرط، وقطع من خلال الجلد من الفخذ حلق. تجنب قطع العضلات.
- فتح شق بقوةPS لتصور الوريد الفخذي.
- سحب بعيدا الأنسجة على الشريان لفضح السفينة.
- إدراج في 26 GA monoject قسطرة IV البيطرية في الوريد. عندما الإبرة ثقوب جدار الوريد سوف تشعر أنها تصبح أسهل لدفع. سحب الإبرة ودفع القسطرة في الإناء.
- بدء ضخ البروبوفول عند 0.1 مل / دقيقة.
- 3-5 دقيقة بعد بدء التسريب البروبوفول، والتحول إلى الغاز التخدير خليط من 50٪ O 2 و 50٪ N O 2 واغلاق isoflurane.
4. كشف والتشعب من الشريان السباتي المشترك
- إجراء شق خط الوسط في الرقبة مع شفرة المشرط.
- قطع ما بين الغدد اللعابية كبيرة مع 2 مقص أو مشرط.
- تشريح الأنسجة الجانبي بعيدا إلى خط الوسط لفضح الشريان السباتي. استخدام ملقط لفتح طبقات من الأنسجة. يمكنك استخدام مقص لإزالة القطع التي تعرض مع ملقط وتحديد أن تكون minimallذ الأوعية الدموية. السيطرة على النزيف بشاش، ومسحات القطن، والكي إذا لزم الأمر.
- 3 مل حقن IP المالحة إذا كان هناك نزيف حاد معتدلة إلى.
- استخدام الكامشات لسحب الأنسجة بعيدا عن السباتي. العثور على التشعب.
- فضح الشريان القذالي البعيدة لمجرد والتشعب. كوى من بين ملقط وفصلها مع كاو كهربي.
- استخدام ملقط للكشف تماما عن التشعب السباتي وأكبر قدر من اللجنة الاقتصادية لأفريقيا ممكن.
- فضح الشريان متفوقة الغدة الدرقية المتفرعة من اللجنة الاقتصادية لأفريقيا البعيدة إلى الشريان القذالي. كوى من بين ملقط وفصلها مع كاو كهربي.
5. يقثطر في الشريان السباتي الخارجي
- مكان 2 أطوال 4/0 في إطار اللجنة الاقتصادية لأفريقيا الحرير.
- الاستيلاء 1 طول الخيط مع مرقئ من الخاص والتراجع عن اللجنة الاقتصادية لأفريقيا نحو caudally الظهر (نحو قدم في الجرذ).
- اتخاذ خياطة الأخرى وربط بقدر cranially (نحو فم فأر) كما ث ممكنإيث الجراح عقدة. هذا يشكل ربطة دائم للتضحية اللجنة الاقتصادية لأفريقيا.
- إزالة مرقئ الأول (الذي تم تطبيق التوتر الذيلية) والاستيلاء على خياطة أخرى (واحد هو معقود حول ECA) وتطبيق التوتر طيف cranially مع مرقئ.
- ربط عقدة أخرى فضفاضة الجراح (لا تأمين - ترك تعادل بالكاد) البعيدة إلى التشعب والأقرب إلى ربطة دائمة.
- ري مع 1٪ ليدوكائين لتخفيف الشريان.
- ملء الخاص بك مع القسطرة المالحة heparinized.
- وضع مقطع سفينة مؤقتة في أقرب وقت ممكن إلى التشعب. المكان كليب السفينة بزاوية لزيادة المساحة للقسطرة. حرك عقدة فضفاضة نحو كليب.
- جعل بضع الشريان صغيرة (قطع) في اللجنة الاقتصادية لأفريقيا القريبة عادل للرباط باستخدام microscissors. ينبغي ألا يكون هناك نزيف وإذا ضمد مقطع آمنة.
- باستخدام ملقط للسيطرة على جدران اللجنة الاقتصادية لأفريقيا، وإطعام نهاية مشطوف للقسطرة في الإناء. تأمين القسطرة مع عقدة خياطة فضفاضة. ربط الشريان حول القسطرة.
- إزالة مقطع وتنظيف المنطقة مع مسحة القطن.
- دفع القسطرة إلى حوالي 1 مم القاصي إلى التشعب. عقد الشريان مع ملقط الأقرب إلى عقدة لضمان يجمد السفينة.
6. إدارة المانيتول
- ملء 8 التمديد الرابع "مجموعة وحقنة 6 مل مع مانيتول دون خلق أي فقاعات الهواء تخزين هذه في الحاضنة في 37 ° C. ملاحظة: العمل بسرعة مع مانيتول - سوف يعجل من حل بسهولة في درجة حرارة الغرفة.
- من أجل رؤية BBBD، قد صبغ إدارة ايفانز الأزرق ومشاهدته دخول مناطق الدماغ حيث تعطلت الجدار. للقيام بذلك، وإعطاء الحيوان 2 مل / كجم من الأزرق ايفانز 2٪ من خلال موقع IV جديدة على الساق المقابل إلى ضخ البروبوفول.
- إرفاق تمديد تعيين إلى 5 ميكرومترات تصفية وملء مع مانيتول لإزالة الهواء بوبBLES. ثم، تعلق ذلك إلى محبس دون خلق الفقاعات.
- إدارة مانيتول في ثوانى مل / ثانية لمدة 25 0.09. لمشاهدة مانيتول للوصول إلى التوازن مع تدفق في الشريان السباتي المشترك في نقطة القريبة عادل لICA. يجب أن يبدو كأنه ينبض مع معدل ضربات القلب في الجرذ. إذا كانت تدفقات مانيتول ببساطة أسفل نحو القلب والتغلب على ضغط الفئران كنت في الدم. هذا يمكن أن يسبب مضاعفات تهدد الحياة وBBBD الفقراء.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
الشكل 1. تصور الدم في الدماغ تعطل حاجز التسرب عبر ايفانز صبغة زرقاء. ايفانز الأزرق هو صبغة صبغ التي تربط لالزلال ولم يتم extravasated في الدماغ تحت الظروف الفسيولوجية. تعطيل حاجز الدم في الدماغ على جانب واحد من الدماغ يسمح ايفانز الأزرق للدخول وصمة عار في نصف الكرة الزرقاء تعطلت في حين أن نصف الكرة غير تعطلت لم يتغير. وبالتالي، فمن علامة مفيدة لتعطيل حاجز الدم في الدماغ. الشكل 1A هو مثال على الدماغ دون انقطاع حاجز الدم في الدماغ. 1B الشكل مثال زرقاء ملطخة الدماغ بعد BBBD التناضحي باستخدام مانيتول 25٪. نلاحظ أن اتسخت نصف الكرة الجنوبي الأزرق بينما لا يزال الاخر غير ملوثين. دخلت بعض الزرقاء نصف الكرة المخية الأيسر بالقرب من الشق الطولي الأنسي نتيجة لاختلاط تدفق الدم في رانه دائرة ويليس.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
هناك عدد قليل من وسائل تعظيم فعالية BBBD. من المهم للحد من النزيف أثناء مرحلة قطع أسفل. يمكن أن تتأثر ضغط الدم ومعدل ضربات القلب من نزيف كبير وتعرف هذه العوامل تؤثر على درجة BBBD 13. ويمكن تخفيض النزيف باستخدام الخيوط الجراحية لligate السفن الكبرى، مثل الغدة الدرقية متفوقة والشرايين القذالي، الذي يجب أن تقسم. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام كاو كهربي لتقسيم السفن وتشريح المناطق التي لديها إمدادات الدم الغني. من المهم أيضا للحفاظ على الهواء والمواد الصلبة من كل الخطوط وضعها في الحيوان - وخاصة قسطرة الشريان السباتي. العمل بسرعة مع مانيتول يساعد على ضمان أن لا تشكل بلورات داخل الحقنة أو أنابيب.
من المهم أن استخدام معدل تدفق مانيتول التي هي فعالة لحجم سلالة من الفئران والمستخدمة في هذه التجربة. يجب أن معدل تدفق ضخ مانيتول تطابق الضغط في caroti في الجرذ المشتركةد الشريان بحيث على نسبة عالية من تدفقات مانيتول إلى ICA دون يتدفق السباتي المشترك في القلب والرئتين، والتي يمكن أن تسبب الضرر. يجب على الباحثين اختيار حجم مختلف وسلالة من الفئران من تلك التي استخدمت في هذه الدراسة إجراء تجارب لإيجاد معدل التدفق الصحيح مانيتول.
واحدة من القيود من هذا الإجراء هو أنه يتطلب التضحية من اللجنة الاقتصادية لأفريقيا. بمجرد مقسطر اللجنة الاقتصادية لأفريقيا، يصبح من الصعب وغير موثوق بها ليقثطر مرة أخرى. وبالتالي، لا يمكن أن يؤديها هذا الإجراء مرتين على نفس نصف الكرة. بالإضافة إلى ذلك، لا بد من إعطاء مركبات BBBD بعد اختبار دقيق لمعرفة السمية العصبية. بعض الأدوية التي هي آمنة عادة تصبح خطرة بمجرد عبور حاجز الدم في الدماغ.
على الرغم من هذه القيود، وقد استخدم على نطاق واسع لدراسة BBBD تحسين تقديم العلاج الكيميائي لأورام المخ 8،15-18. قد يكون من المفيد أيضا للتطبيقات العلاجية الأخرى في ثhich دواء لا يعبر بشكل فعال حاجز الدم في الدماغ وكما هو معروف مانيتول بالإدارة أن تكون آمنة.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
الإعلان عن أي تضارب في المصالح.
Acknowledgments
وأيد هذا العمل من قبل مؤسسة مارشال JB.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Long Evans rat | Harlan Laboratories | 210-250 g, male | |
| PE 50 Tubing | Beckton-Dickinson | ||
| 18 gauge x 2.5" IV catheter | Terumo | For ET tube | |
| 30" IV extension sets | Abbott | ||
| 26 gauge veterinary IV catheter | Monoject | ||
| Evans blue dye | Sigma | E2129 | |
| Bipolar | Codman | ||
| Filter, 5 μm | Braun |
References
- Abbott, N. J., Patabendige, A. A. K., Dolman, D. E. M., Yusof, S. R., Begley, D. J. Structure and function of the blood-brain barrier. Neurobiology of disease. 37, 13-25 (2010).
- Smith, Q. R. The Blood-Brain Barrier. 89, 193-208 (2003).
- Kroll, R. A., Neuwelt, E. A. Outwitting the blood-brain barrier for therapeutic purposes: osmotic opening and other means. Neurosurgery. 42, 1083 (1998).
- Kroll, R. A., Pagel, M. A., Muldoon, L. L., Roman-Goldstein, S., Neuwelt, E. A. Increasing volume of distribution to the brain with interstitial infusion: dose, rather than convection, might be the most important factor. Neurosurgery. 38, 746-754 (1996).
- Butt, A. M., Jones, H. C. Effect of histamine and antagonists on electrical resistance across the blood-brain barrier in rat brain-surface microvessels. Brain research. 569, 100-105 (1992).
- Inamura, T., Black, K. L. Bradykinin selectively opens blood-tumor barrier in experimental brain tumors. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 14, 862-870 (1994).
- Matsukado, K., et al. Enhanced tumor uptake of carboplatin and survival in glioma-bearing rats by intracarotid infusion of bradykinin analog, RMP-7. Neurosurgery. 39, 125 (1996).
- Kroll, R. A., et al. Improving drug delivery to intracerebral tumor and surrounding brain in a rodent model: a comparison of osmotic versus bradykinin modification of the blood-brain and/or blood-tumor barriers. Neurosurgery. 43, 879 (1998).
- Kinoshita, M., McDannold, N., Jolesz, F. A., Hynynen, K. Noninvasive localized delivery of Herceptin to the mouse brain by MRI-guided focused ultrasound-induced blood-brain barrier disruption. Proceedings of the National Academy of Sciences. 103, 11719-11723 (2006).
- Neuwelt, E. A., Dahlborg, S. A. Chemotherapy administered in conjunction with osmotic blood-brain barrier modification in patients with brain metastases. Journal of neuro-oncology. 4, 195-207 (1987).
- Doolittle, N. D., et al. Safety and efficacy of a multicenter study using intraarterial chemotherapy in conjunction with osmotic opening of the blood-brain barrier for the treatment of patients with malignant brain tumors. Cancer. 88, 637-647 (2000).
- Guillaume, D. J., et al. Intra-arterial chemotherapy with osmotic blood-brain barrier disruption for aggressive oligodendroglial tumors: results of a phase I study. Neurosurgery. 66, 48 (2010).
- Remsen, L. G., et al. The influence of anesthetic choice, PaCO2, and other factors on osmotic blood-brain barrier disruption in rats with brain tumor xenografts. Anesthesia & Analgesia. 88, 559-559 (1999).
- Nilaver, G., et al. Delivery of herpesvirus and adenovirus to nude rat intracerebral tumors after osmotic blood-brain barrier disruption. Proceedings of the National Academy of Sciences. 92, 9829 (1995).
- Fortin, D., McCormick, C. I., Remsen, L. G., Nixon, R., Neuwelt, E. A. Unexpected neurotoxicity of etoposide phosphate administered in combination with other chemotherapeutic agents after blood-brain barrier modification to enhance delivery, using propofol for general anesthesia, in a rat model. Neurosurgery. 47, 199 (2000).
- Neuwelt, E. A., et al. Primary CNS lymphoma treated with osmotic blood-brain barrier disruption: prolonged survival and preservation of cognitive function. Journal of clinical oncology. 9, 1580 (1991).
- Remsen, L. G., Trail, P. A., Hellström, I., Hellström, K. E., Neuwelt, E. A. Enhanced delivery improves the efficacy of a tumor-specific doxorubicin immunoconjugate in a human brain tumor xenograft model. Neurosurgery. 46, 704 (2000).
- Neuwelt, E. A., Pagel, M. A., Kraemer, D. F., Peterson, D. R., Muldoon, L. L. Bone marrow chemoprotection without compromise of chemotherapy efficacy in a rat brain tumor model. Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. 309, 594-599 (2004).
