Nieuwe therapeutische en effectieve behandelingsopties zijn noodzakelijk voor patiënten met GBM. Dit protocol heeft een preklinische FUS-gemedieerde behandeling voor GBM geschetst die momenteel uitgebreid wordt onderzocht voor klinische vertaling. Hoewel SDT een opwindend potentieel heeft, valt er nog veel te begrijpen en te optimaliseren in de preklinische setting.
Een van de belangrijkste componenten van dit protocol is het gebruik van MR-geleide FUS om de tumor aan te pakken voor maximale werkzaamheid. Met behulp van een fantoom kan een 3D-coördinatenruimte worden gecreëerd, waaraan elke pixel van axiale MRI-segmenten een coördinaat kan worden toegewezen. Vervolgens informeert een eenvoudige procedure voor het selecteren van de sonicatielocatie op het MR-beeld de transducer waar hij op moet richten. Het gebruikte preklinische FUS-systeem is zeer veelzijdig en toepasbaar wanneer het nodig is om locaties met specifieke pathologie zoals een tumor aan te pakken, inclusief dieper zittende tumoren die moeilijk te bereiken zouden zijn zonder beeldvormingsbevestiging. Door gadolinium als contrastmiddel te gebruiken, is er een duidelijke visualisatie van de tumor, waardoor de gebruiker weloverwogen beslissingen kan nemen bij het kiezen van doelen. Het voordeel dat SDT heeft ten opzichte van veel andere behandelingen is dat het een tumorspecifieke therapie is. FUS met een lage intensiteit mag zich alleen richten op het tumorweefsel, terwijl het gezonde hersenparenchym relatief onaangeroerd blijft 3,8.
De resultaten van dit experiment laten zien hoe de voordelen van dit protocol kunnen leiden tot therapeutische resultaten die vergelijkbaar zijn met andere bevindingen in de literatuur voor SDT. Figuur 5 laat zien dat er binnen slechts 24 uur na de dag van de behandeling een vertraging van de tumorgroei was in het behandelde cohort. Hoewel onbeduidend met deze kleine steekproefomvang, kan significantie het gevolg zijn van een groter aantal dieren. Deze vertraging in tumorgroei is vergelijkbaar met wat werd aangetoond in het baanbrekende artikel over dit onderwerp van Wu et al. (2019), dat een vertraagde tumorgroei in de loop van de tijd bij behandelde dieren vertoonde, evenals verhoogde overlevingstijden9.
Overwegingen die werden gemaakt bij het ontwerpen van dit protocol waren onder meer de dierstam, het tumortype en de selectie van sonosensibiliserende middelen. Athymische naaktmuizen werden om meerdere redenen gekozen voor dit protocol. Ten eerste is de naaktmuis gemakkelijker te sonificeren, omdat het ontbreken van haar elke verzwakking verhindert. Ook maakt het ontbreken van een immuunsysteem de implantatie van van patiënten afgeleide xenotransplantaten (PDX'en) mogelijk, zodat het tumormodel meer lijkt op de klinische situatie. Het nadeel van het gebruik van een athymisch model is dat het immuunsysteem niet kan worden gekarakteriseerd, dus een SDT-gegenereerde immuunrespons zal in deze onderzoeken niet wordengemeten10. De gekozen tumorlijn is een agressieve en snelgroeiende PDX-lijn. Het tijdstip van de behandeling is erg belangrijk omdat de vestiging van de tumor moet worden geverifieerd, maar de tumorbelasting mag de schedelhelft niet vullen. Verschillende cellijnen hebben verschillende incubatietijden nodig om een tumor van optimale grootte te bereiken voor preklinische experimenten. In dit protocol werd 5-ALA gebruikt als sonosensibilisator vanwege de preferentiële opname in GBM-tumoren, wat in vitro is bevestigd voor deze cellijn in eerdere experimenten (niet-gepubliceerde gegevens). Andere sonosensibilisatoren kunnen worden vervangen en getest om de verbinding te bepalen die het meest geschikt is voor werkzaamheid en veiligheid. Ten slotte werd de behandeling 3 uur na de 5-ALA-injectie gestart, aangezien eerdere literatuur heeft aangetoond dat dit het optimale moment is met die injectiedosering5.
De FUS-parameters die in dit protocol zijn gekozen (10 W/cm2 gedurende 2 minuten bij 515 kHz op elke doellocatie) werden bepaald op basis van een overzicht van eerdere literatuur en initiële experimenten 4,9. Er werd gekozen voor een raster van sonicatiepunten die de hele tumor bedekken om het ROS-effect door de hele tumor te genereren. De intensiteit die hier wordt gebruikt is hoger dan in andere publicaties, maar in korte tijd zal dit naar verwachting niet leiden tot nadelige temperatuurgerelateerde effecten, aangezien intensiteiten tot 25 W/cm2 met succes zijn gebruikt in een muismodel zonder significante bijwerkingen11. Belangrijk is dat er in de literatuur geen gestandaardiseerde of geoptimaliseerde set FUS-parameters is gepubliceerd. Daarom kunnen de specifieke waarden die hier worden gerapporteerd worden aangepast om de optimale set parameters te bepalen, wat leidt tot de maximale vermindering van tumorweefsel met behoud van veiligheid. Bovendien, aangezien verschillende cellijnen verschillende niveaus van vascularisatie en hypoxie hebben, kan het nodig zijn deze behandeling aan te passen. We hebben een algehele verminderde tumorgroei aangetoond (Figuur 5) binnen 24 uur na SDT-behandeling, hoewel de parameters moeten worden geoptimaliseerd en meer dieren moeten worden getest om het maximale effect van deze behandeling te bepalen. MRI-scans na de behandeling laten geen laesies zien die zijn ontstaan door FUS-behandeling in gezond weefsel, waarbij het effect gelokaliseerd is in tumorweefsel (Figuur 6). Er is ook de mogelijkheid om SDT te combineren met andere FUS-technieken, zoals het tijdelijk permeabiliseren van de bloed-hersenbarrière, om de opname van 5-ALA in de tumor te maximaliseren12. Dit protocol kan verder worden aangevuld door verschillende histologietechnieken uit te voeren om de veiligheid en werkzaamheid op structureel niveau te controleren. Een hematoxyline- en eosinekleuring (H&E) kan worden uitgevoerd om te controleren op structurele of tumorschade13, terwijl een terminale deoxynucleotidyltransferase dUTP nick end labeling (TUNEL)-kleuring kan worden uitgevoerd om te controleren op cellulaire apoptose14. Hoe dan ook, dit protocol biedt een veilige en tumorspecifieke behandeling waarbij veranderingen zelfs 24 uur na de behandeling merkbaar zijn, wat duidelijk wordt door de groeisnelheid van tumoren die zijn behandeld met SDT en onbehandelde tumoren te vergelijken, evenals door tumorplakjes voor en na sonicatie te vergelijken.
Bij elk protocol zijn er altijd nadelen of beperkingen die moeten worden afgewogen. De belangrijkste beperking van het huidige protocol zijn tijd en kosten. Ondertussen is een van de voordelen van dit protocol het geautomatiseerde gerichte doel. Om deze gerichte procedure uit te voeren, moeten voor elk individueel dier MRI-scans worden gemaakt om ervoor te zorgen dat de tumor correct wordt gericht, een proces dat zowel tijdrovend als duur kan zijn. Bovendien, afhankelijk van het aantal gewenste brandpuntsafstanden, kan de hoeveelheid tijd om dit protocol uit te voeren uren zijn voor zelfs maar een paar dieren, wat resulteert in een laag aantal proefdieren. Ondanks deze nadelen blijft dit gerichte niet-invasieve protocol een haalbare voorkeur in vergelijking met open chirurgische opties.
Concluderend toonde dit protocol het vermogen van SDT-behandeling aan om tumorgroei in de hersenen binnen 24 uur na de behandeling te verminderen met behoud van gezond neuraal weefsel in een preklinisch muismodel. Studies naar de effectiviteit van SDT en het optimaliseren van de verschillende parameters om de ROS-productie te verhogen zijn nodig om deze behandeling klinisch geschikt te maken. Er moeten nieuwe wegen worden verkend voor het gebruik van SDT als een niet-invasief therapeutisch model.