La barrera hematoencefálica (BBB) se puede interrumpir temporalmente con ultrasonido enfocado mediado por microburbujas (FUS). Aquí, describimos un protocolo paso a paso para la apertura de BBB de alto rendimiento in vivo utilizando un sistema FUS modular accesible para expertos que no son de ultrasonido.
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Artículo de método
Un Alto Rendimiento De Imagen Guiada Por Neuronavegación Estereotáctica Y Sistema De Ultrasonido Enfocado Para La Apertura De La Barrera Hematoencefálica En Roedores
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Resumen
Resumen
La barrera hematoencefálica (BBB) ha sido un obstáculo importante para el tratamiento de diversas enfermedades cerebrales. Las células endoteliales, conectadas por uniones estrechas, forman una barrera fisiológica que impide que moléculas grandes (>500 Da) entren en el tejido cerebral. El ultrasonido enfocado mediado por microburbujas (FUS) se puede utilizar para inducir una apertura local transitoria de BBB, permitiendo que fármacos más grandes entren en el parénquima cerebral.
Además de los dispositivos clínicos a gran escala para la traducción clínica, la investigación preclínica para la evaluación de la respuesta a la terapia de los candidatos a fármacos requiere configuraciones de ultrasonido de animales pequeños dedicados para la apertura de BBB dirigida. Preferiblemente, estos sistemas permiten flujos de trabajo de alto rendimiento con alta precisión espacial, así como monitoreo de cavitación integrado, al tiempo que siguen siendo rentables tanto en la inversión inicial como en los costos de funcionamiento.
Aquí, presentamos un sistema FUS de animales pequeños estereotáctico guiado por bioluminiscencia y rayos X que se basa en componentes disponibles comercialmente y cumple con los requisitos mencionados anteriormente. Se ha hecho especial hincapié en un alto grado de automatización que facilita los desafíos que suelen encontrarse en los estudios preclínicos de alto volumen de evaluación de fármacos. Ejemplos de estos desafíos son la necesidad de estandarización para garantizar la reproducibilidad de los datos, reducir la variabilidad dentro del grupo, reducir el tamaño de la muestra y, por lo tanto, cumplir con los requisitos éticos y disminuir la carga de trabajo innecesaria. El sistema BBB propuesto se ha validado en el alcance de los ensayos de administración de fármacos facilitados por la apertura de BBB en modelos de xenoinjerto derivados de pacientes de glioblastoma multiforme y glioma difuso de línea media.
Introducción
La barrera hematoencefálica (BBB) es un obstáculo importante para la entrega de fármacos en el parénquima cerebral. La mayoría de los fármacos terapéuticos que se han desarrollado no cruzan el BBB debido a sus parámetros fisicoquímicos (por ejemplo, lipofilia, peso molecular, aceptores de enlaces de hidrógeno y donantes) o no se retienen debido a su afinidad por los transportadores de eflujo en el cerebro1,2. El pequeño grupo de fármacos que pueden atravesar el BBB son típicamente pequeñas moléculas lipofílicas, que sólo son eficaces en un número limitado de enfermedades cerebrales1,
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Protocolo
Todos los experimentos in vivo fueron aprobados por el comité ético holandés (número de permiso de licencia AVD114002017841) y el Organismo de Bienestar Animal de la Vrije Universiteit Amsterdam, Países Bajos. Los investigadores fueron entrenados en los fundamentos del sistema FUS con el fin de minimizar las molestias de los animales.
1. Sistema de ultrasonido enfocado
NOTA: La configuración descrita es un sistema de interrupción BBB construido en casa basado en componentes disponibles comercialmente e incluye un cono hecho a medida impreso en 3D y una plataforma estereotáctica desmontable. El sistema está diseñado....
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Resultados
El sistema FUS descrito(Figura 1 y Figura 2)y el flujo de trabajo asociado se han utilizado en más de 100 animales y han producido datos reproducibles en ratones sanos y osos. Sobre la base de la cavitación registrada y la densidad espectral en los armónicos en el momento pico de la inyección en bolo de microburbujas, la potencia espectral de cada frecuencia se puede calcular utilizando el análisis de Fourier como se explica en el paso 4 del Protocolo. Basado en.......
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Discusión
En este estudio, desarrollamos un sistema fus basado guiado imagen rentable para la interrupción transitoria de BBB para la entrega creciente de la droga en la parenquimia del cerebro. El sistema fue construido en gran parte con componentes disponibles comercialmente y en conjunto con rayos X y BLI. La modularidad del diseño propuesto permite el uso de varias modalidades de imágenes para la planificación y evaluación en flujos de trabajo de alto rendimiento. El sistema se puede combinar con modalidades de imágenes 3D de .......
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Divulgaciones
Los autores no tienen nada que revelar.
Agradecimientos
Este proyecto fue financiado por el KWF-STW (Drug Delivery by Sonoporation in Childhood Diffuse Intrinsic Pontine Glioma and High-grade Glioma). Damos las gracias a Ilya Skachkov y Charles Mougenot por sus aportaciones al desarrollo del sistema.
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Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Jeringa Luer-lock de 1 mL | Becton Dickinson | 309628 | Plastipak |
| Aguja 19 G | Terumo Agani | 8AN1938R1 | |
| Aguja 23 G | Terumo Agani | 8AN2316R1 | |
| 3M Cinta quirúrgica Transpore | Ciencia aplicada a | la vida 7000032707 | o similar |
| Generador de formas de onda arbitrarias | Siglent | n.a.SDG1025 | , 25 MHz, 125 Msa/s |
| Stereotact automatizado | de fabricación propia | n.a.Stereotact | con todos los elementos de fabricación propia |
| Bruker In-Vivo Xtreme | Bruker | n.a.Incluye | software |
| Solución de NaCl tamponada | B. Braun Melsungen AG | 220/12257974/110 | |
| Clorhidrato de buprenorfina | Indivior UK limitado | n.a.0.324 | mg |
| Enriquecimiento de la jaula: pulpa de papel hogar inteligente | servicios | n.a.Filtro | |
| carbón | Bickford | NC0111395 | Omnicon f/air |
| Cuchara de cerámica | n.a | n.a.Hisopos | |
| de algodón | n.a.n.a.D-luciferina | ||
| , sal de potasio | Gold Biotechnology | LUCK-1 | |
| Etanol | VUmc farmacia | n.a.70 | % |
| Evans Blue | Sigma Aldrich | E2129 | |
| Fresenius NaCl 0.9% | Fresenius Kabi | n.a.NaCl | 0.9 %, 1000 mL |
| Histoacryl | Braun Surgical | n.a.Histoacryl | 0.5 mL |
| Hydrophone | Precision Acoustics | n.a.Jeringa | |
| insulina | Becton Dickinson | 324825/324826 | 0.5 mL y 0.3 mL |
| Isoflurano | TEVA Pharmachemie BV | 8711218013196 | 250 mL |
| Ketamina | Alfasan | n.a.10 | %, 10 mL |
| Alimento para ratones: Teklad global 18% proteína dieta para roedores | Envigo | 2918-11416M | |
| Catéter de neoflón | Becton Dickinson | 391349 | 26 GA 0,6 x 19 mm |
| Osciloscopio | Keysight technologies | n.a.InfiniiVision | DSOX024A |
| Tubos de plástico | Greiner bio-one | 210261 | 50 mL |
| Amplificador de potencia | Electrónica & Innovation Ltd | 210L | Modelo 210L |
| Preamplificador Acoplador de CC | Precision Acoustics | n.. | Número de serie: DCPS94 |
| Tijeras | Sigma Aldrich | S3146-1EA | o similar |
| Sedazine | AST Farma | n.a.2 | % |
| SonoVue microburbujas | Bracco | n.a.8 | & l/ml |
| Agua estéril | Fresenius Kabi | n.a.1000 | mL |
| Jeringa | n.a.n.a.se | pueden utilizar varias jeringas | |
| Temgesic | Indivior UK limitado | n.a.3 | mg/ml |
| Transductor | Precision Acoustics | n.a.1 | MHz |
| Pinzas | Sigma Aldrich | F4142-1EA | o similar |
| Gel de ultrasonido | Laboratorios Parker Inc. | 01-02 | Aquasonic 100 |
| Vidisic gel | Bausch + Lomb | n.a.10 | g |
Referencias
- Lipinski, C. A. Lead- and drug-like compounds: the rule-of-five revolution. Drug Discovery Today: Technologies. 1 (4), 337-341 (2004).
- Pardridge, W. M. Blood-brain barrier delivery. Drug Discovery Today. 12 (1-2), 54-61 (2007).
- Alli, S., et al.
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Reimpresiones y permisos
