교모세포종 환자에게는 새로운 치료법과 효과적인 치료법이 필요하다. 이 프로토콜은 현재 임상 번역을 위해 광범위한 조사를 진행 중인 교모세포종에 대한 전임상 FUS 매개 치료법을 설명했습니다. SDT는 흥미로운 잠재력을 가지고 있지만 전임상 환경에서 이해하고 최적화해야 할 것이 여전히 많습니다.
이 프로토콜의 가장 중요한 구성 요소 중 하나는 MR 유도 FUS를 활용하여 종양을 표적으로 삼아 효능을 극대화하는 것입니다. 팬텀을 사용하여 축 MRI 슬라이스의 각 픽셀에 좌표를 할당할 수 있는 3D 좌표 공간을 생성할 수 있습니다. 그런 다음 MR 이미지에서 초음파 처리 위치를 선택하는 간단한 절차를 통해 변환기가 조준할 위치를 알려줍니다. 사용되는 전임상 FUS 시스템은 매우 다재다능하며 영상 확인 없이는 표적화하기 어려운 더 깊은 종양을 포함하여 종양과 같은 특정 병리의 위치를 표적화해야 할 때 적용할 수 있습니다. 가돌리늄을 조영제로 사용하면 종양을 명확하게 시각화할 수 있어 사용자가 표적을 선택할 때 정보에 입각한 결정을 내릴 수 있습니다. SDT가 다른 많은 치료법에 비해 갖는 장점은 종양 특이적 치료법이라는 것입니다. 저강도 FUS는 종양 조직만을 표적으로 삼아야 하며, 건강한 뇌 실질은 상대적으로 건드리지 않아야 한다 3,8.
이 실험의 결과는 이 프로토콜의 장점이 SDT에 대한 문헌의 다른 발견과 유사한 치료 결과로 이어질 수 있음을 강조합니다. 그림 5 는 치료일 후 24시간 이내에 치료된 코호트에서 종양 성장이 느려졌음을 보여줍니다. 이 작은 표본 크기를 사용하면 중요하지 않지만 동물 수가 많을수록 유의성이 발생할 수 있습니다. 이러한 종양 성장 지연은 Wu et al.(2019)의 선구적인 논문에서 밝혀진 것과 유사한데, 이 논문은 치료된 동물에서 시간이 지남에 따라 종양 성장이 느려지고 생존 시간이 증가한 것으로 나타났다9.
이 프로토콜을 설계할 때 고려 사항에는 동물 균주, 종양 유형 및 초음파 감작제 선택이 포함되었습니다. 흉선성 누드 마우스는 여러 가지 이유로 이 프로토콜에 선택되었습니다. 첫째, 누드 마우스는 머리카락이 없기 때문에 감쇠를 방지하기 때문에 초음파 처리가 더 쉽습니다. 또한 면역 체계가 없기 때문에 환자 유래 이종이식(PDX)을 이식할 수 있으므로 종양 모델이 임상 상황과 더 유사합니다. 무흉선 모델을 사용하는 것의 단점은 면역 체계를 특성화할 수 없기 때문에 SDT에서 생성된 면역 반응은 이 연구에서 측정되지 않는다는 것입니다10. 선택된 종양 라인은 공격적이고 빠르게 성장하는 PDX 라인입니다. 종양의 확립을 확인해야 하지만 종양 부담이 두개골 반구를 채우지 않아야 하기 때문에 치료 시간이 매우 중요합니다. 세포주마다 전임상 실험을 위한 최적의 크기의 종양을 얻기 위해 서로 다른 배양 시간이 필요합니다. 이 프로토콜에서 5-ALA는 교모세포종 종양에서 우선적으로 흡수되기 때문에 초음파감작제로 사용되었으며, 이는 이전 실험(미공개 데이터)에서 이 세포주에 대해 시험관 내에서 확인되었습니다. 다른 초음파 감작제를 치환하고 테스트하여 효능 및 안전성에 가장 적합한 화합물을 결정할 수 있습니다. 마지막으로, 치료는 5-ALA 주사 후 3시간 후에 시작되었는데, 이는 이전 문헌에서 이 주사 용량(5)이 최적의 시기임을 보여주었다.
이 프로토콜에서 선택된 FUS 파라미터(각 타겟 위치에서 515kHz에서 2분 동안 10W/cm2)는 이전 문헌 및 초기 실험 4,9의 검토를 기반으로 결정되었습니다. 전체 종양에 걸쳐 ROS 효과를 생성하기 위해 전체 종양을 덮는 초음파 처리 지점의 그리드를 선택했습니다. 여기에 사용된 강도는 다른 간행물보다 높지만, 짧은 시간 범위에서, 최대 25W/cm2의 강도가 심각한 부작용 없이 마우스 모델에서 성공적으로 사용되었기 때문에, 이는 온도와 관련된 어떠한 악영향도 초래하지 않을 것으로 예상된다11. 중요한 것은 표준화되거나 최적화된 FUS 파라미터 세트가 문헌에 발표되지 않았다는 것입니다. 따라서 여기에 보고된 특정 값을 조정하여 최적의 매개변수 세트를 결정할 수 있으며, 이를 통해 안전성을 유지하면서 종양 조직을 최대한 줄일 수 있습니다. 또한 세포주에 따라 혈관 형성 및 저산소증 수준이 다르기 때문에 이 치료법을 조정해야 할 수도 있습니다. SDT 치료 후 24시간 이내에 종양 성장이 전반적으로 감소한 것으로 나타났지만(그림 5), 이 치료의 최대 효과를 결정하기 위해서는 파라미터를 최적화하고 더 많은 동물을 테스트해야 합니다. 치료 후 MRI 스캔에서는 건강한 조직에서 FUS 치료로 인해 생성된 병변이 나타나지 않으며 그 효과는 종양 조직에 국한되어 있습니다(그림 6). 또한 SDT를 혈액-뇌장벽의 일시적인 투과와 같은 다른 FUS 기술과 결합하여 종양에서 5-ALA 흡수를 극대화할 수 있는 기회도 있다12. 이 프로토콜은 구조적 수준에서 안전성과 효능을 확인하기 위해 다양한 조직학 기술을 수행함으로써 추가로 보완될 수 있습니다. 헤마톡실린 및 에오신(H&E) 염색을 수행하여 구조적 손상 또는 종양 손상13을 확인할 수 있으며, 말단 데옥시뉴클레오티딜 전이효소 dUTP 닉엔드 라벨링(TUNEL) 염색을 수행하여 세포 사멸14을 확인할 수 있다. 어쨌든, 이 프로토콜은 SDT로 치료된 종양과 치료되지 않은 종양의 성장률을 비교하고 초음파 처리 전후의 종양 절편을 비교함으로써 명백한 치료 후 24시간에도 변화가 눈에 띄는 안전한 종양별 치료를 제공합니다.
모든 프로토콜에는 항상 고려해야 할 단점이나 한계가 있습니다. 현재 프로토콜의 주요 한계는 시간과 비용입니다. 한편, 이 프로토콜의 장점 중 하나는 자동화된 집중 조준입니다. 이 집중 절차를 수행하려면 각 개별 동물에 대해 MRI 스캔을 수행하여 종양의 표적화가 정확한지 확인해야 하며, 이 과정은 시간과 비용이 많이 소요될 수 있습니다. 또한 원하는 초점의 수에 따라 이 프로토콜을 수행하는 데 걸리는 시간이 몇 마리의 동물에 대해서도 몇 시간이 걸릴 수 있으므로 실험 동물의 수가 줄어들 수 있습니다. 이러한 단점에도 불구하고, 이 표적 비침습적 프로토콜은 개복 수술 옵션과 비교할 때 여전히 실현 가능한 선호 사항으로 남아 있습니다.
결론적으로, 이 프로토콜은 전임상 마우스 모델에서 건강한 신경 조직을 유지하면서 치료 후 24시간 이내에 뇌의 종양 성장을 줄이는 SDT 치료의 능력을 보여주었습니다. 이 치료법을 임상적으로 적합하게 만들기 위해서는 SDT의 효과에 대한 연구와 ROS 생성을 증가시키기 위한 다양한 매개변수의 최적화가 필요합니다. SDT를 비침습적 치료 모델로 사용하기 위한 새로운 방법을 모색해야 합니다.