异位黏膜移植程序直接给药到小鼠的大脑
July 16th, 2014
已开发人力内镜颅底重建的小鼠模型，会使用鼻腔粘膜移植大脑和鼻子之间的半透界面。这种方法使研究人员能够研究发货到全身给药时，被排除在外，否则由血脑屏障高分子量治疗中枢神经系统。
该程序的总体目标是成功进行异养粘膜移植手术，将化合物输送到大脑中。这是通过首先从供体小鼠中分离鼻中隔移植物来实现的。第二步是将粘膜从隔膜移植到受体小鼠的颅骨缺损上。
接下来，通过移植物对大脑进行所需的时间给药。最后一步是通过使用荧光、显微镜或免疫组织化学来显示递送化合物向大脑中的扩散，从而分析大脑给药程序的结果。实质。由于血脑屏障的存在，神经药物的使用受到高度限制。
我们开发了一种基于人类内窥镜经鼻手术的技术，我们可以将粘膜绘制成血脑屏障上的一个孔，并将其用作将药物直接输送到大脑的管道。在这里，波士顿大学 Han 实验室的博士后学生 Richie Komen 将在小鼠模型中演示这项技术。通过去除安乐死小鼠鼻部周围的皮肤以露出头骨来开始此过程。
然后用气钻标记三行。其中两条线横向位于鼻部区域两侧，第三条与眼睛成一直线，垂直连接两条线。接下来，向腹侧向下钻取。
为了将鼻中隔与周围组织分开，请将鼻中隔从粘附在其上的任何组织中切下。然后将其储存在显微镜下的无菌盐水溶液中，清洁移植物并去除任何连接的组织。理想的情况是成功去除所有结缔组织，而不会损坏软骨隔两侧的粘膜。
使用安装在神学框架中的标准无菌镜像外科手术程序麻醉小鼠后，在眼睛上涂抹软膏以防止干燥。接下来，露出头骨并调平头部。然后使用气动钻头在颅骨上切一个直径为 1.25 毫米的圆孔。
当瞄准 atu 时，用无菌盐水润湿钻孔区域，并使用剃须刀片去除颅骨。之后，使用 30 号针头的尖端手动去除硬脑膜。随后，将粘膜置于大脑表面上方，格外小心，使上皮侧远离伤口。
使用一把手术剪刀的尖端，将膜从软骨上固定下来，放在颅骨和大脑表面，以充分重叠开颅手术部位的所有骨边缘。接下来，用一块无菌丁腈覆盖移植物。这可以防止皮肤在愈合过程中粘附在移植物上。
如有必要，修剪多余的膜，并避免丁腈与移植物接触后的任何运动。然后用缝合线缝合皮肤，让鼠标恢复 3 到 7 天，然后再进行下一步。确保进行适当的术后治疗，并定期服用镇痛药给动物服用。
将麻醉的小鼠固定在立体定位框架中后，用剪刀剪断缝合线并去除颅骨周围多余的皮肤。去除丁腈屏障并清洁颅骨表面。使用无菌生理盐水和棉签清洁该区域，直到看到移植物。
如果嫁接物长得大于所需的表面积，则可能需要用剃刀切割移植物。接下来，将孔放在移植物上方，使边缘与颅骨接触。然后在孔和颅骨之间的交界处涂上氰基丙烯酸酯胶粘剂。
用无菌盐水填充孔并检查以确保没有泄漏。随后，在头骨上涂抹水泥以将井固定到位。然后，用移液管从孔中取出盐水。
将孔清洗数次，以确认胶粘剂未泄漏。然后加入 50 μL 荧光葡聚糖。使用一块用氰基丙烯酸酯粘合剂固定在顶部的圆形丁腈盖住孔的顶部，并确保粘合剂不与孔内容物接触。
所需时间过后，对动物实施安乐死并移除植入物和大脑。小心将移植物固定到位。取出后，闪蒸，冷冻大脑在干冰浴中冷却的异丁烷溶液中，将大脑嵌入 OCT 溶液中，并以 50 微米的速度切片。
将所需的切片直接放在显微镜载玻片上。然后在 OCT 溶液干燥后立即使用荧光显微镜对切片进行成像。这是经粘膜给药后小鼠脑切片的荧光显微镜图像。
用 40 道尔顿四乙基瘤胃嘟嘟结合的葡聚糖 24 小时，粘膜移植物在大脑表面可见。一旦掌握，这项技术总共需要四个小时的手术时间才能正常执行。观看此视频后，应该能够分离鼻中隔并将粘膜转移到开颅部位，以便将药物输送到大脑。
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概述
本研究提出了一种新型的人类内窥镜颅底重建小鼠模型，利用鼻黏膜移植物在大脑和鼻子之间创建一个半透性界面。这种创新方法促进了高分子量治疗药物输送到中枢神经系统的研究，克服了血脑屏障所带来的限制。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 生物医学工程
- 治疗药物输送
背景
- 血脑屏障限制了许多治疗化合物进入大脑。
- 当前输送药物到中枢神经系统的方法是有限的。
- 异源性黏膜移植提供了增强药物输送的潜在解决方案。
- 本研究旨在探索使用鼻腔移植物的新型手术方法。
研究目的
- 开发一个研究大脑药物输送的小鼠模型。
- 利用鼻黏膜移植物创建输送界面。
- 分析化合物进入大脑的扩散。
使用的方法
- 从供体小鼠分离鼻中隔移植物。
- 将黏膜移植物移植到受体小鼠的颅骨缺损处。
- 通过移植物对大脑进行指定时间的给药。
- 使用荧光、显微镜或免疫组织化学分析化合物的扩散。
主要结果
- 成功将鼻黏膜移植物移植到颅骨缺损处。
- 证明了化合物进入大脑实质的扩散。
- 荧光和显微镜确认了输送方法的有效性。
- 提供了克服血脑屏障以用于治疗应用的见解。
结论
- 开发的模型为研究大脑药物输送提供了一种有前景的方法。
- 鼻黏膜移植可以增强高分子量治疗药物的输送。
- 这种方法可能为治疗中枢神经系统疾病的新策略铺平道路。
常见问题
Executive Industry Relevance
Overcoming the blood-brain barrier remains a critical challenge in CNS drug development, limiting the translation of high molecular weight therapeutics. This murine mucosal engraftment model provides a semipermeable interface for direct brain delivery, enabling preclinical evaluation of compounds otherwise excluded by BBB impermeability. The approach supports mechanistic de-risking and predictive confidence in early discovery by validating brain exposure of therapeutic candidates.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses by confirming brain parenchyma delivery of high molecular weight compounds.
- Operational Value: Provides a reproducible surgical model for assessing CNS exposure independent of BBB permeability.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates quantitative fluorescence readouts to compare compound diffusion across experimental conditions.
- Operational Value: Standardizes graft preparation and dosing procedures for scalable compound screening workflows.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Supports disease-relevant testing of neuropsychiatric therapeutics by validating direct brain access.
- Operational Value: Facilitates continuity from discovery to preclinical validation through consistent dosing and readout methods.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into early discovery workflows by enabling direct compound delivery to the brain, bypassing BBB-dependent absorption limitations.
- Discovery Biology: Supports target validation by confirming brain exposure of novel therapeutics.
- Screening: Enables assay-ready delivery of compounds for fluorescence-based quantification.
- Analytics: Provides microscopy and immunohistochemistry outputs for spatial and temporal diffusion analysis.
- Translational Research: Aligns with preclinical modeling of neurological disorders requiring CNS-penetrant therapeutics.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable surgical platform for iterative compound testing across discovery campaigns.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces mechanistic ambiguity in CNS delivery by demonstrating direct graft-mediated compound transport.
- Operational Value: Enhances reproducibility through standardized graft implantation and well-based dosing.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by delivering empirical brain exposure data early in discovery.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of CNS therapeutics based on validated delivery efficiency.
Implementation Considerations
- Requires microsurgical expertise in graft isolation, craniotomy, and mucosal membrane handling.
- Depends on sterile surgical instrumentation, pneumatic drills, and fluorescence microscopy infrastructure.
- Necessitates cross-team standardization between surgery, imaging, and pharmacology groups for consistent readouts.
- Involves adaptation considerations for graft size and well placement across mouse strains and ages.
- Limited by postoperative recovery time (3–7 days) before dosing can begin, affecting study timelines.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Title
1:29
Harvesting of the Mucosal Graft
2:43
Surgical Implantation of Mucosal Graft
4:49
Administration of Dosing Solution
6:44
Analysis of Transmucosal Delivery
7:32
Results: Fluorescent Microscope Image of a Mouse Brain Slice Following Transmucosal Dosing
7:57
Conclusion
