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L'ecografia terapeutica è una tecnologia emergente volta a trattare le malattie del cervello in modo non invasivo, in parte facilitando l'accesso di agenti terapeutici al cervello1,2,3. Poiché solo una piccola frazione degli anticorpi terapeutici che prendono di mira le malattie cerebrali viene assorbita e trattenuta nel cervello4, gli ultrasuoni terapeutici offrono la possibilità di aumentarne l'assorbimento e l'impegno target5,6.
Nel nostro laboratorio, stiamo sviluppando approcci terapeutici per le malattie neurodegenerative in cui un anticorpo in vari formati viene consegnato attraverso la barriera emato-encefalica (BBB) utilizzando microbolle. Per raggiungere questo obiettivo, gli ultrasuoni vengono applicati attraverso il cranio nel cervello in più punti utilizzando una modalità di scansione a cui ci riferiamo come ultrasuoni di scansione (SUS)7. L'interazione meccanica tra l'energia ultrasonica, le microbolle iniettate per via endovenosa e la vascolarizzazione cerebrale separa transitoriamente le giunzioni strette della BBB in un dato volume di sonicazione, consentendo agli anticorpi e ad altri carichi, compresi gli agenti terapeutici, di attraversare efficacemente questa barriera7,8,9 . Inoltre, gli ultrasuoni hanno dimostrato di facilitare l'assorbimento di anticorpi dal cervello interstiziale nelle cellule cerebrali, come i neuroni, dove l'anticorpo si distribuisce in tutto il corpo cellulare e persino nei processi neuritici5,10.
La malattia di Alzheimer è caratterizzata da una patologia amiloide-β e tau11 e una serie di modelli animali è disponibile per sezionare meccanismi patogenetici e convalidare strategie terapeutiche. Un approccio SUS, con il quale gli ultrasuoni vengono applicati in un modello sequenziale su tutto il cervello, se ripetuti in diverse sessioni di trattamento, possono ridurre la patologia della placca amiloide nel cervello dei topi mutanti della proteina precursore dell'amiloide-β-depositante l'amiloide (APP) e attivare microglia che assorbono l'amiloide, portando a un miglioramento della funzione cognitiva7. L'apertura BBB con ultrasuoni e microbolle riduce anche la patologia tau nei topi transgenici tau pR5, K3 e rTg4510 tau5,12,13. È importante sottolineare che, mentre la microglia rimuove i depositi proteici extracellulari, uno dei meccanismi di clearance alla base delle patologie intraneuronali indotte dalla SUS è l'attivazione dell'autofagia neuronale12.
Qui, delineiamo un processo sperimentale, mediante il quale vengono preparati anticorpi marcati fluorescentemente e quindi miscelati con microbolle a base lipidica interne, seguite da iniezione retroorbitale in topi anestetizzati. L'iniezione retroorbitale è un'alternativa all'iniezione della vena della coda che abbiamo trovato ugualmente efficace e più semplice da eseguire ripetutamente. Questo è immediatamente seguito dall'applicazione di SUS al cervello. Per determinare l'assorbimento terapeutico degli anticorpi, i topi vengono sacrificati e l'aumento della concentrazione di anticorpi nel cervello viene quindi quantificato. Come proxy del cambiamento nell'omeostasi cerebrale, l'attività fagocitica microgliale è determinata dall'istologia e dalla ricostruzione volumetrica 3D.
I dati generati suggeriscono che la somministrazione di ultrasuoni di anticorpi è un approccio potenzialmente attraente per il trattamento delle malattie neurodegenerative. Il protocollo può essere applicato in modo simile ad altri farmaci candidati, nonché a carichi modello come dextrans etichettati fluorescentemente di dimensioni definite14.