גרורות מוח הן הגידולים הממאירים הנפוצים ביותר המשפיעים על מערכת העצבים המרכזית (CNS), ומתרחשים בתדירות גבוהה יותר מגידולי מוח ראשוניים. סרטן ריאות, סרטן השד ומלנומה הם סוגי הסרטן העיקריים שמתפשטיםלרוב למוח. מבין אלה, גרורות מוח בסרטן השד (BCBM) מהוות אתגר קליני משמעותי, המשפיעות על 10%–30% מהמטופלות עם מחלה גרורתית ומראות שכיחות גוברת בעקבות טיפולים מערכתיים משופרים והתקדמות בהדמיה מוחית2. הפרוגנוזה אצל חולי BCBM נותרת חלשה, שכן טיפולים זמינים – כולל ניתוח, רדיותרפיה וכימותרפיה – הם ברובם פליאטיביים, ותסמינים נוירולוגיים משפיעים קשות על איכות החיים3. למרות שטיפולים ממוקדים ואימונותרפיות נחקרים כאסטרטגיות משלימות, התועלת הקלינית של אימונותרפיה בגרורות מוח נותרת מוגבלת 4,5,6.
עבודות עדכניות חידדו את הבנתנו את מערכת החיסון המוחי ואת העניין מחדש במסלולים לימפתיים תפקודיים הקשורים למערכת העצבים המרכזית, כולל כלי הלימפה בקרום המוח7 ורירית האף8. מבנים אלו יוצרים רשת לימפה רציפה שמקיפה את המוח ומתפרסת בסמוך לפקעת הריח וללוח הקריבריפורם, ולבסוף מתחברת לבלוטות הלימפה הצוואריות. מערכת זו ממלאת תפקידים מרכזיים בהומאוסטזיס נוזלים, במעקב חיסוני ובתנועת תאי חיסון בין מערכת העצבים המרכזית לאיברי הלימפה ההיקפיים. ככל שהעניין בגישות אימונותרפיות לגידולים במוח וגרורות גובר, הממשקים הלימפתיים-חיסוניים הללו מתגלים כנתיבים מבטיחים, אך עדיין לא נחקרו מספיק, שבאמצעותם מערכת החיסון עשויה לתקשר עם נגעים תוך-גולגולתיים. בנוסף, המנגנונים השולטים בגיוס תאי מערכת החיסון למיקרו-סביבת גידולי המוח וכיצד תאים אלה מתקשרים בסביבה הייחודית הזו עדיין אינם מובנים היטב. יחד, פערים אלו מדגישים את הצורך במודלים ופרוצדורות פרה-קליניות המאפשרים ניתוח מקיף של אינטראקציות גידול-חיסון ותומכים בפיתוח אסטרטגיות לשיפור החסינות נגד גידולים נגד גרורות מוח.
כאן, אנו מתארים פרוטוקול המשלב יצירת מודל עכבר BCBM חיסוני שניתן לשחזור באמצעות חיסון תוך-גולגולתי סטריאוטקסי של תאי E0771 עם בידוד וניתוק של קרום המוח והפקעת הריח לאימונופנוטיפ באמצעות ציטומטריית זרימה ספקטרלית. גישה זו מאפשרת מידול מבוקר של BCBM כדי להעריך את בטיחות ויעילות ההתערבויות הטיפוליות ומאפשרת אפיון מעמיק של אוכלוסיות החיסון והסטרומליות בממשק הלימפתי-חיסוני של המוח, ומספקת תובנות לגבי השחקנים התאים המעצבים את מיקרו-סביבת גידול המוח ומשפיעים על תגובות הטיפול.
מודלים של בעלי חיים נשארים חיוניים לחקר גרורות במוח, שכן היבטים קריטיים רבים של התקדמות גרורות אינם ניתנים לשכפול במבחנה. פותחו מספר מודלים של עכברים במצב חי ליצירת גרורות מוח, כל אחת עם יתרונות ומגבלות ספציפיים10. מודלים של גרורות ספונטניות, כולל השתלה אורתוטופית או מודלים מהונדסים גנטית של עכברים, מחקים בצורה קרובה יותר התקדמות מחלה קלינית אך לעיתים נדירות יוצרים נגעים תוך-גולגולתיים, דורשים לוחות זמנים ניסיוניים ארוכים, ולעיתים קרובות מניבים שונות גבוהה בשל מחלות חוץ-גולגולתיות נרחבות. גישות מערכתיות, כולל הזרקות תוך-לבבי, תוך-קרוטידי או זריקות זנב, מכניסות תאי גידול למחזור הדם ומדמות טוב יותר הפצה המטוגנית, אקסטרווזציה של מחסומי דם-מוח וקולוניזציה. עם זאת, מודלים אלו אינם תופסים את השלבים הראשונים של פלישת הגידול הראשוני ולעיתים קרובות מייצרים גרורות חוץ-גולגולתיות נרחבות ומשתנות, במיוחד בריאות. מבין המודלים המערכתיים, להזרקה תוך-קרוטידית יש את השונות הנמוכה ביותר, אך היא דורשת מומחיות כירורגית מתקדמת. לחילופין, הזרקה תוך-גולגולתית מציעה מספר יתרונות, כולל שליטה מדויקת במיקום הגידול, התפתחות מהירה וניתנת לשחזור גידול, והפחתת שונות בין ניסויים. גישה זו עשויה להיות גם מושלמת על ידי השתלת גידול ראשוני אורטופופי ואחריה כריתה כירורגית, כדי לחקות בצורה מדויקת יותר את מהלך הגרורות. למרות שהזרקה תוך-גולגולתית אינה משחזרת את כל מפל הגרורות ואינה מתאימה לחקר פלישה והפצה מוקדמת, היא מספקת מודל חזק להערכת יעילות טיפולית נגד נגעים מבוססים ולבחינת אינטראקציות בתוך מיקרו-סביבת המוח. מגבלה ידועה היא שההזרקה עצמה עלולה לגרום לדלקת עצבית מקומית, שעלולה להשפיע על קריאות מערכת החיסון, שניתן להעריך אותן על ידי השוואת פרופיל חיסון בעכברים שהוזרקו ולא הוזרקו.
האפיון החיסוני של קרום המוח והפקעת הריחית נותר תחום מחקר יחסית חדש ופחות נחקר. רוב המחקרים מסתמכים על דגימות11 של בלוטת לימפה במוח או צוואר הרחם, שאינן מצליחות ללכוד את הרכב התאים הייחודי ואת תפקודי החיסון המיוחדים של רקמות אלו הקשורות ללימפה. שיקום שני המבנים מספק מבט רחב ומעשיר יותר על מערכת החיסון המוחית. כאשר משולבים עם ציטומטריית זרימה ספקטרלית רב-פרמטרית, זרימת עבודה זו תומכת בפרופילינג מהיר של אוכלוסיות תאי חיסון רבות ונדירות המעורבות בתקשורת חיסונית היקפית בין מערכת העצבים המרכזית. זה כולל כימות של סמנים פני שטח ותוך-תאים לזיהוי תת-קבוצות תאים, הערכת מצבי הפעלה והערכת שינויים שנגרמו על ידי טיפול. שיטות נוספות לניתוח מערכת החיסון של מערכת העצבים המרכזית שאינן מכוסות בפרוטוקול זה כוללות אימונוהיסטוכימיה (IHC) ואימונופלואורסצנציה (IF), אשר שומרות על התפלגות מרחבית של תאי החיסון אך מוגבלות על ידי ריבוב סמנים נמוך, כימות סובייקטיבי וייצוג חסר של סוגי תאים נדירים12. לאחרונה, ריצוף RNA חד-תאי (scRNA-seq) הרחיב את היכולת לפרופיל אוכלוסיות חיסוניות במערכת העצבים המרכזית על ידי גילוי מצבים תאיים ותוכניות שעתוק ברזולוציה גבוהה. למרות שמספק תובנות טרנסקריפטומיות חזקות, scRNA-seq מוגבל על ידי עלות, ארטיפקטים של דיסוציאציה, ניתוק תמלול ואובדן רזולוציה ברמת חלבון13,14. ציטומטריית זרימה, אף שהיא חסרת ניתוח מרחבי ורגישה להשפעות הקשורות לדיסוציאציה, מציעה רזולוציה פנוטיפית גבוהה יותר באמצעות פאנל רב-פרמטרי מתקדם ומספקת פרופיל חיסון כמותי חזק.
ביחד, המתודולוגיות המתוארות כאן מספקות פלטפורמה גמישה ועוצמתית למידול BCBM ולבחינת דינמיקת החיסון בממשקי הלימפה של מערכת העצבים המרכזית, התומכות בפיתוח פרה-קליני של טיפולים המיועדים הן למיקרו-סביבת גידולי המוח והן למסלולי הוויסות החיסונית הנלווים לו.