La barriera ematoencefalica (BBB) forma un confine semipermeabile che separa il sistema nervoso centrale (SNC) dalla circolazione sanguigna. Raggiungere il CNS con terapie è tuttavia necessario nel contesto di varie malattie, come tumori cerebrali, Morbo di Alzheimer (AD) o morbo di Parkinson (PD) tra gli altri1. Questo diventa importante nello sviluppo di nuove terapie, soprattutto se il farmaco testato presenta scarsa permeabilità BBB o la sua esposizione sistemica può portare a tossicità pericolosa1,2. Alcuni degli anticorpi clinicamente utilizzati mostrano entrambe queste caratteristiche. Una soluzione a questo problema sarebbe quella di fornire le terapie direttamente dietro la BBB.
La consegna convezione-migliorato (CED) è una tecnica neurochirurgica che consente una perfusione efficace di grandi volumi cerebrali. Ciò si ottiene installando chirurgicamente uno o più cateteri nell'area di destinazione. Durante l'applicazione del farmaco, si forma un gradiente di pressione all'apertura del catetere, che diventa la forza motrice della dispersione infusate nel tessuto3,4. È quindi la durata dell'infusione e non i coefficienti di diffusione che determinano l'intervallo di perfusione2,4,5. Questo fornisce una consegna uniforme dell'infusate su un volume cerebrale molto più grande rispetto ai metodi convenzionali di iniezione intracerebrale basati sulla diffusione2,6. Allo stesso tempo, questa modalità di consegna ha un minor rischio di danni ai tessuti2. Di conseguenza, il CED può consentire una somministrazione sicura ed efficace della chemioterapeutica convenzionale per il trattamento dei tumori del SNC, nonché la somministrazione di agenti immunomodulatori o anticorpi agonistici e antagonisti in una moltitudine di altri disturbi del SNC2 ,7,8,9. CED è attualmente testato in terapie del morbo di Parkinson, Morbo di Alzheimer, così come glioma di alta qualità2,7,8,10,11.
Il design del catetere e il regime di iniezione sono tra i fattori più importanti che influenzano l'esito del CED 10,12,13,14,15,16. Inoltre, richiede specifiche proprietà fisiche dell'infusate, comprese le dimensioni moderate delle particelle, una carica anionica e una bassa affinità tissutale 10,17. Ognuno di questi parametri deve essere potenzialmente regolato in base alle caratteristiche istologiche della regione del cervello da mirare2,10,17.
Qui descriviamo la metodologia per l'esecuzione del CED di una soluzione anticorpale nel putamen caudato (striato) dei topi. Inoltre, il protocollo include la preparazione di cateteri a gradini in una configurazione di laboratorio, testandoli in vitro ed eseguendo il CED.
Ci sono più disegni di catetere disponibili nella letteratura, che differiscono per la forma della cannula, i materiali utilizzati e il numero di aperture catetere12,15,18,19,20 ,21,22. Stiamo usando un catetere a gradini fatto di un capillare di silice fuso sporgente 1 mm da un ago metallico finale smussato. Questo design catetere può essere facilmente prodotto in un laboratorio di ricerca e fornisce risultati cED riproducibili quando testato in vitro con blocchi di agarose con parametri fisici simili al parenchyma cerebrale in vivo23.
Inoltre, implementiamo un regime di rampa per la consegna di 5 LeL di infusate in vivo. In un protocollo di questo tipo il tasso di iniezione è aumentato da 0,2 a 0,8 l/min, riducendo così al minimo le probabilità di reflusso lungo il catetere e il rischio di danni ai tessuti16. Utilizzando questo protocollo, abbiamo somministrato con successo topi con fino a 20 g di anticorpi in 5 gradi l di PBS nel corso di 11 min 30 s.
Il protocollo può essere facilmente regolato per altri volumi di infusione o per iniettare varie altre sostanze, ad esempio chemioterapiche, citochine, particelle virali o liposomi2,10,14,18 ,22. In caso di utilizzo di infusate con proprietà fisiologiche drasticamente diverse rispetto a una soluzione salina tamponata da fosfato (PBS) o fluido cerebrospinale artificiale (aCSF) di anticorpi, si raccomandano ulteriori misure di convalida. Per l'assemblaggio del catetere, la convalida e il CED, descriviamo tutti i passaggi utilizzando un robot stereotassico con un'unità di perforazione e iniezione montata su un normale telaio stereotassico. Questa procedura può essere eseguita anche con un telaio stereotassico manuale collegato alla pompa a microinfusione programmabile che può guidare i microsiringi di vetro descritti.