De belofte van viraal-gemedieerde gentherapieën is de afgelopen jaren eindelijk gerealiseerd met de FDA-goedkeuring van behandelingen voor spinale musculaire atrofie, retinale dystrofie, factor IX hemofilie, kanker en meer 1,2,3,4. Talloze andere therapieën zijn momenteel in ontwikkeling. Gentherapie heeft tot doel een therapeutisch gen af te leveren aan de cellen van een patiënt. De producten van dit nieuwe gen kunnen de ontbrekende activiteit van een gebrekkig endogeen gen vervangen, een toxisch gen remmen, kankercellen doden of een andere gunstige functie bieden.
Voor ziekten die het centrale zenuwstelsel (CZS) aantasten, is het vaak wenselijk om de gentherapievector rechtstreeks aan het doelweefsel af te leveren. Niet-systemische benaderingen bieden twee voordelen: ze minimaliseren off-target bijwerkingen die kunnen worden veroorzaakt door perifere transductie, en ze verminderen de hoeveelheid vector die nodig is om adequate niveaus van transductie in hetdoelweefsel te bereiken aanzienlijk.
Er zijn verschillende benaderingen voor het afleveren van gentherapievectoren aan het CZS. Intraparenchymale injectie, de injectie van een vector rechtstreeks in het ruggenmerg of hersenweefsel, kan worden gebruikt voor toediening aan een bepaald gebied. Voor veel ziekten is echter een brede transductie van het CZS gewenst. Dit kan worden bereikt door een vector af te leveren aan de cerebrospinale vloeistof (CSF)5, de vloeistof die in en rond de hersenen en het ruggenmerg stroomt. Er zijn drie primaire manieren om vectoren aan de CSF te leveren. De meest invasieve benadering is intracerebroventriculaire toediening, waarbij een braamgat door de schedel wordt geboord en een naald door de hersenen in de laterale ventrikels wordt gebracht. Dit levert transductie op door de hele hersenen. De procedure kan echter intracraniële bloeding veroorzaken en de aanpak produceert over het algemeen slechts een beperkte transductie van het ruggenmerg6. Injectie in de cisterna magna aan de basis van de schedel is minder invasief, maar brengt het risico van schade aan de hersenstam met zich mee. Hoewel injectie in de cisterna magna vaak wordt gebruikt in dieronderzoek5, wordt het niet langer routinematig gebruikt in de kliniek7. Lumbaalpunctie is de minst invasieve benadering om toegang te krijgen tot de CSF. Dit omvat het plaatsen van een naald tussen twee lendenwervels en in de lumbale stortbak.
Lumbaalpunctie voor vectorafgifte wordt routinematig uitgevoerd bij volwassen ratten en muizen en bij neonatale muizen 8,9. De auteurs van deze studie hebben onlangs lumbaalpuncties uitgevoerd bij jonge ratten (28-30 dagen oud) om adeno-geassocieerde virusserotype 9 (AAV9) vectoren af te leveren. Bij volwassen ratten werd een neonatale lumbaalpunctienaald verticaal tussen de wervels L3 en L4 9geplaatst. De juiste plaatsing resulteert in een staartbeweging en CSF die omhoog stroomt in het naaldreservoir. Bij jonge ratten kon echter geen van deze uitlezingen worden bereikt. De auteurs probeerden vervolgens een procedure voor volwassen muizen aan te passen met behulp van een insulinespuit van 27 G die onder een hoek tussen L5 en L6 werd ingebracht10. Bij volwassen muizen, die doorgaans kleiner zijn dan P28-ratten, produceert dit geen staartbeweging, maar een onjuiste plaatsing van de naald is duidelijk te zien aan de terugstroming van het injectiemiddel. Bij juveniele ratten leidde deze aanpak er echter uniform toe dat het injectaat epiduraal werd toegediend, waarschijnlijk als gevolg van een verschillende elasticiteit tussen volwassen muizen en juveniele ratten van de weefsellagen rond het ruggenmerg. Vervolgens werden katheterbenaderingen geëvalueerd. In het bijzonder werd een katheter ingebracht via een incisie in de dura van de lumbale stortbak en tot aan het midden van het thoracale ruggenmerg; Deze aanpak leidde echter tot een aanzienlijke terugvloeiing van het injectaat uit de incisieplaats tijdens de bevalling. Pogingen om de katheter percutaan in de intrathecale ruimte te plaatsen met behulp van een geleidingsnaald waren ook niet succesvol. Vanwege de smalheid van de interlaminaire breedte zou de katheter waarschijnlijk de rostrale lamina raken en niet vooruitgaan.
Hier wordt een methode beschreven om een succesvolle en reproduceerbare toediening van de oplossing te bereiken via een lumbaalpunctie bij de jonge rat. Deze aanpak kan worden gebruikt voor virale vectoren, en waarschijnlijk ook voor cellen, geneesmiddelen en andere therapieën.