Le metastasi cerebrali sono i tumori maligni più comuni che colpiscono il sistema nervoso centrale (SNC), verificandosi più frequentemente dei tumori cerebrali primari. Il cancro ai polmoni, il cancro al seno e il melanoma sono i tumori principali che più spesso metastatizzano alcervello 1. Tra queste, le metastasi cerebrali per il cancro al seno (BCBM) rappresentano una sfida clinica importante, colpendo dal 10%–30% delle pazienti con malattia metastatica e mostrando un'incidenza crescente grazie al miglioramento delle terapie sistemiche e ai progressi nellaneuroimaging 2. La prognosi per i pazienti con BCBM rimane negativa, poiché i trattamenti disponibili – inclusi chirurgia, radioterapia e chemioterapia – sono in gran parte palliativi, e i sintomi neurologici incidono gravemente sulla qualitàdella vita 3. Sebbene terapie mirate e immunoterapie siano esplorate come strategie complementari, il beneficio clinico dell'immunoterapia nelle metastasi cerebrali rimanelimitato 4,5,6.
Lavori recenti hanno affinato la nostra comprensione dell'immunità cerebrale e rinnovato l'interesse per le vie linfatiche funzionali associate al SNC, inclusi i vasi linfatici nellemeningi 7 e nella mucosanasale 8. Queste strutture formano una rete linfatica continua che circonda il cervello e si estende adiacente al bulbo olfattivo e alla lamina cribriforme, collegandosi infine ai linfonodi cervicali. Questo sistema svolge ruoli chiave nell'omeostasi dei fluidi, nella sorveglianza immunitaria e nel traffico cellulare immunitario tra il SNC e gli organi linfoidiperiferici. Con la crescita dell'interesse per approcci immunoterapeutici per tumori cerebrali e metastasi, queste interfacce linfatico-immunitarie stanno emergendo come vie promettenti, ma ancora poco studiate, attraverso cui l'immunità sistemica può comunicare con lesioni intracraniche. Inoltre, i meccanismi che regolano il reclutamento delle cellule immunitarie nel microambiente tumorale cerebrale e come queste cellule interagiscono in questo ambiente unico rimangono poco compresi. Insieme, queste lacune sottolineano la necessità di modelli e procedure precliniche che permettano un'analisi completa delle interazioni tumore-immunità e supportino lo sviluppo di strategie per migliorare l'immunità antitumorale contro le metastasi cerebrali.
Qui descriviamo un protocollo che combina la generazione di un modello topino BCBM riproducibile e immunocompetente tramite l'inoculazione intracranica stereotassica delle cellule E0771 con l'isolamento e la dissociazione delle meningi e del bulbo olfattivo per l'immunofenotipizzazione tramite citometria a flusso spettrale. Questo approccio consente la modellazione controllata del BCBM per valutare la sicurezza e l'efficacia degli interventi terapeutici e consente una caratterizzazione approfondita delle popolazioni immunitarie e stromali all'interfaccia cerebro-linfatica-immune, fornendo una comprensione dei fattori cellulari che plasmano il microambiente tumorale cerebrale e influenzano le risposte terapeutiche.
I modelli animali rimangono indispensabili per studiare le metastasi cerebrali, poiché molti aspetti critici della progressione metastatica non possono essere replicati in vitro. Sono stati sviluppati diversi modelli murini in vivo per generare metastasi cerebrali, ciascuno con vantaggi e limitazioni specifiche10. I modelli di metastasi spontanea, inclusi impianti ortotopici o modelli murini geneticamente modificati, imitano più da vicino la progressione clinica della malattia ma raramente generano lesioni intracraniche, richiedono lunghi tempi sperimentali e spesso producono un'elevata variabilità a causa di una diffusa malattia extracranica. Gli approcci sistemici, inclusi iniezioni intracardiache, intracarotide o nelle vene caudali, introducono cellule tumorali nella circolazione e mimetizzano meglio la diffusione ematogena, l'estravasazione della barriera emato-encefalica e la colonizzazione. Tuttavia, questi modelli non cogliono le fasi iniziali dell'invasione tumorale primaria e producono frequentemente metastasi extracraniche estese e variabili, in particolare nei polmoni. Tra i modelli sistemici, l'iniezione intracarotide presenta la minore variabilità, ma richiede competenze chirurgiche avanzate. In alternativa, l'iniezione intracranica offre diversi vantaggi, tra cui un controllo preciso della localizzazione del tumore, uno sviluppo tumorale rapido e riproducibile e una minore variabilità tra gli esperimenti. Questo approccio può anche essere integrato da un impianto tumorale primario ortotopico seguito da una resezione chirurgica per imitare più accuratamente il decorso metastatico. Sebbene l'iniezione intracranica non ricapitoli l'intera cascata metastatica e non sia adatta allo studio dell'invasione e della diffusione precoce, fornisce un modello robusto per valutare l'efficacia terapeutica contro lesioni consolidate e per indagare le interazioni all'interno del microambiente cerebrale. Una limitazione nota è che l'iniezione stessa può indurre neuroinfiammazione locale, influenzando potenzialmente le letture immunitarie, che possono essere valutate confrontando i profili immunitari nei topi iniettati e non iniettati.
La caratterizzazione immunitaria delle meningi e del bulbo olfattivo rimane un campo di ricerca relativamente nuovo e poco esplorato. La maggior parte degli studi si basa su campioni di linfonodi interi del cervelloo cervicali 11, che non riescono a catturare la composizione cellulare distinta e le funzioni immunitarie specializzate di questi tessuti associati ai linfatici. Il recupero di entrambe le strutture offre una visione più ampia e informativa dell'immunità cerebrale. Quando combinato con la citometria a flusso spettrale multiparametrico, questo flusso di lavoro supporta la profilazione ad alta capacità di popolazioni immunitarie abbondanti e rare coinvolte nella comunicazione immunitaria CNS-periferia. Ciò include la quantificazione dei marcatori di superficie e intracellulari per identificare sottoinsiemi cellulari, valutare gli stati di attivazione e valutare i cambiamenti indotti dal trattamento. Altre metodologie per l'analisi immunitaria del SNC non coperte da questo protocollo includono immunoistochimica (IHC) e immunofluorescenza (IF), che preservano la distribuzione spaziale delle cellule immunitarie ma sono limitate da multiplexazione a basso marcatore, quantificazione soggettiva e sotto-rappresentazione dei tipi cellularirari 12. Più recentemente, il sequenziamento dell'RNA a singola cellula (scRNA-seq) ha ampliato la capacità di profilare le popolazioni immunitarie del SNC permettendo la scoperta di stati cellulari e programmi di trascrizione ad alta risoluzione. Nonostante offra una potente intuizione trascrictomica, scRNA-seq è limitata da costi, artefatti di dissociazione, perdita del trascritto e perdita di risoluzione a livelloproteico 13,14. La citometria a flusso, pur priva di analisi spaziale ed è sensibile agli effetti legati alla dissociazione, offre una risoluzione fenotipica superiore grazie a un pannello multiparametrico avanzato e fornisce un robusto profiling immunitario quantitativo.
Insieme, le metodologie descritte qui forniscono una piattaforma flessibile e potente per modellare il BCBM e interrogare le dinamiche immunitarie alle interfacce linfatiche del SNC, supportando lo sviluppo preclinico di terapie che mirano sia al microambiente del tumore cerebrale sia alle relative vie di regolazione immunitaria.