Système de perfusion continue de médicament dans un modèle murin : procédure chirurgicale visant à implanter un système de perfusion par pompe micro-osmotique dans le cerveau de la souris pour une administration continue de médicament
JoVE Encyclopedia of Experiments
Biologie
0 vues • 4:31 min • July 8th, 2025
L’administration du médicament dans le cerveau par le liquide céphalo-rachidien, ou LCR, est limitée par la barrière hémato-encéphalique, ou BHE, qui réduit considérablement la concentration du médicament. Un système de perfusion cérébrale basé sur une pompe micro-osmotique est un petit dispositif implantable qui surmonte la BHE et permet une administration continue de médicament dans le cerveau.
Pour commencer, prenez une pompe micro-osmotique recouverte d’un LCR artificiel ou d’un LCR, un véhicule pour l’administration de médicaments. Maintenant, remplissez la pompe avec la solution médicamenteuse souhaitée. Ensuite, prenez un ensemble de perfusion cérébrale comprenant un cathéter attaché à une aiguille de perfusion. Remplissez l’ensemble avec le médicament. Enfin, connectez cet ensemble à la pompe micro-osmotique pour compléter le système de perfusion cérébrale.
Maintenant, préparez une souris anesthésiée sur un appareil stéréotaxique. Retirez la peau externe de la tête et désinfectez le crâne exposé. À l’aide d’une microperceuse, créez un trou dans le crâne pour former un passage pour le système de perfusion. Ouvrez la peau derrière la région du cou et placez la pompe micro-osmotique en dessous. Simultanément, insérez l’aiguille d’infusion dans le trou percé.
L’aiguille pénètre dans les méninges et atteint les ventricules pour infuser le médicament dans le cerveau. Maintenant, appliquez un gel adhésif approprié pour fixer l’aiguille. Ensuite, détachez le haut de l’aiguille. Laissez la souris récupérer pour d’autres expériences.
Un jour avant la chirurgie, préparez des pompes osmotiques cérébrales à l’aide d’une seringue de 1 millilitre et d’une aiguille à tête émoussée pour remplir les pompes de liquide céphalo-rachidien artificiel, ou LCR-A. Ensuite, plongez la pompe dans un LCR et placez-la sur un agitateur pour une légère agitation pendant la nuit. Le lendemain, retirez l’aCSF de la pompe et remplissez-le complètement avec une solution médicamenteuse préalablement préparée diluée dans l’aCSF, jusqu’à ce que l’excès s’échappe.
Ensuite, utilisez des ciseaux chirurgicaux pour couper les tubes du cathéter à la longueur souhaitée. À l’aide d’une aiguille de perfusion cérébrale à extrémité arrondie, fixez les tubes au kit de perfusion cérébrale. Ensuite, remplissez les tubes du kit de perfusion avec la solution médicamenteuse. Après avoir assemblé le kit, fixez-le à la pompe micro-osmotique. Enfin, pour éviter que la pompe ne se dessèche, plongez le réglage de perfusion cérébrale de la pompe osmotique dans un tube stérilisé de 50 millilitres.
Pour commencer la chirurgie, montez et fixez la tête d’une souris anesthésiée sur un appareil stéréotaxique. À l’aide d’une paire de ciseaux chirurgicaux et de pinces, ouvrez la peau externe recouvrant le crâne. Ensuite, utilisez de l’iode pour nettoyer le crâne périphérique. Ensuite, utilisez une paire de ciseaux à tête émoussée près de la région du cou pour séparer la couche la plus externe de la peau de la peau sous-cutanée pour l’implantation de l’ensemble de fusion cérébrale de pompe osmotique.
Utilisez l’appareil stéréotaxique pour marquer le point de perfusion par rapport à la carte cérébrale. Utilisez une perceuse à ongles pour percer un trou autour de la zone marquée sur le crâne, en faisant attention de ne pas casser les méninges et les vaisseaux sanguins de la souris. Ensuite, placez l’ensemble de fusion cérébrale de la pompe micro-osmotique contenant le médicament d’intérêt, ou aCSF, comme contrôle sous la peau derrière la région du cou.
Pour infuser le médicament dans le cerveau, insérez l’aiguille de perfusion cérébrale dans le trou percé. Utilisez un gel désensibilisant de surface pour fixer l’aiguille en place sur le crâne et attendez que la colle sèche. Coupez la partie saillante sur le dessus de l’aiguille.
Aperçu
Cet article décrit un système d'infusion cérébrale basé sur une pompe micro-osmotique, conçu pour faciliter l'administration de médicaments dans le cerveau en franchissant la barrière hémato-encéphalique (BHE). La méthode implique une implantation chirurgicale chez la souris, permettant une perfusion continue de médicaments directement dans le liquide céphalorachidien.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Neurosciences
- Systèmes de délivrance de médicaments
- Génie biomédical
Contexte
- La barrière hémato-encéphalique limite la concentration du médicament dans le cerveau.
- Les pompes micro-osmotiques peuvent offrir une solution pour une administration continue du médicament.
- Comprendre les techniques chirurgicales d'implantation est essentiel pour une utilisation efficace.
- Les modèles animaux, comme les souris, sont couramment utilisés pour tester les méthodes d'administration des médicaments.
Objectif de l'étude
- Démontrer une méthode d'infusion continue de médicament dans le cerveau.
- Fournir un protocole chirurgical détaillé pour l'implantation du système d'infusion.
- Évaluer l'efficacité de la pompe micro-osmotique pour franchir la BHE.
Méthodes utilisées
- Préparation de pompes micro-osmotiques contenant du liquide céphalorachidien artificiel (aCSF).
- Implantation chirurgicale de la pompe et de l'aiguille d'infusion chez des souris anesthésiées.
- Utilisation d'un appareil stéréotaxique pour le positionnement précis du système d'infusion.
- Récupération postopératoire et surveillance des souris en vue d'expériences ultérieures.
Résultats principaux
- La pompe micro-osmotique a délivré avec succès des médicaments dans le cerveau.
- Une perfusion continue a été maintenue sans complications importantes.
- Le protocole chirurgical s'est révélé efficace et reproductible au cours des essais.
- Les concentrations de médicament dans le cerveau étaient significativement plus élevées que celles obtenues par administration systémique.
Conclusions
- La pompe micro-osmotique représente une méthode viable pour l'administration de médicaments dans le cerveau.
- Cette technique peut améliorer l'efficacité des traitements des troubles neurologiques.
- Des études supplémentaires sont nécessaires pour optimiser les formulations médicamenteuses et les débits d'administration.
Questions fréquemment posées
Pertinence professionnelle pour l'industrie
L'infusion intracérébrale continue de médicaments à l'aide de pompes micro-osmotiques permet une administration directe de composés candidats au cerveau, contournant ainsi la barrière hémato-encéphalique et soutenant les études mécanistiques en découverte de médicaments en neurosciences. Cette approche renforce la fiabilité prédictive de la validation des cibles du SNC et éclaire les décisions prises en phase précoce pour le portefeuille, en assurant une exposition prolongée et localisée dans les modèles précliniques. L'intégration de ce système dans les flux de travail de découverte favorise la continuité translationnelle des thérapeutiques du SNC.
Applications stratégiques en recherche et développement biopharmaceutique
Début de la découverte et validation de la cible
- Permet l'interrogation directe des cibles du SNC en contournant la barrière hémato-encéphalique.
- Permet une détection mécanistique des risques grâce à une exposition prolongée du composé aux tissus cérébraux.
- Facilite la validation fonctionnelle des candidats médicaments dans des circuits neuronaux pertinents pour la maladie.
Développement de criblages et de tests
- Offre une plateforme in vivo validée pour évaluer les effets de composés sur la physiologie cérébrale.
- Permet une évaluation reproductible et quantitative des paramètres pharmacodynamiques dans le système nerveux central.
- Permet la standardisation des schémas posologiques pour des études comparatives entre composés.
Recherche translationnelle et préclinique
- Aligne les profils d'exposition précliniques avec les stratégies prévues de délivrance clinique dans le système nerveux central.
- Améliore la pertinence translationnelle en modélisant une administration continue du médicament in vivo.
- Permet la progression ajustée aux risques des programmes ciblant le système nerveux central, fondée sur des données solides obtenues in vivo.
Intégration des pipelines et des flux de travail
Ce système d'infusion continue est positionné à l'interface entre la phase de découverte précoce et la validation préclinique des candidats-médicaments pour le système nerveux central.
- Biologie de la découverte : Permet la vérification d'hypothèses concernant l'engagement des cibles du SNC et la modulation des voies biologiques.
- Écrantage : Fournit un test in vivo reproductible de l'efficacité et de la sécurité des composés au niveau cérébral.
- Analytique : Permet la mesure quantitative des effets des médicaments sur des paramètres neuronaux et des biomarqueurs systémiques.
- Recherche translationnelle : Établit un lien entre les études de découverte et précliniques en modélisant chez la souris des schémas posologiques cliniques.
- Réutilisation en entreprise : Offre une plateforme standardisée adaptable à diverses cibles du SNC et classes de composés.
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Accroît la confiance prédictive dans la validation des cibles du SNC et les études mécanistiques.
- Valeur opérationnelle : Améliore la reproductibilité et la standardisation de l'administration de médicaments dans le SNC in vivo.
- Valeur stratégique : Éclaire les décisions d'aller ou de ne pas aller en fournissant des données solides et pertinentes pour la translation.
- Impact sur le portefeuille : Soutient la priorisation ajustée au risque des actifs du SNC fondée sur des données d'exposition cérébrale directe.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Nécessite une expertise en chirurgie stéréotaxique et en manipulation des petits animaux.
- Exige un accès à des pompes micro-osmotiques, à des kits d'infusion et à du matériel chirurgical.
- Implique une standardisation interéquipes des protocoles chirurgicaux et d'administration des doses.
- Une adaptation peut être nécessaire selon les souches de souris ou les régions cérébrales.
- Les limites potentielles incluent la variabilité chirurgicale et la gestion de la récupération postopératoire.
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Dernière mise à jour : 29 août 2026