Hersenmetastasen zijn de meest voorkomende kwaadaardige tumoren die het centrale zenuwstelsel (CZS) aantasten en vaker voorkomen dan primaire hersentumoren. Longkanker, borstkanker en melanoom zijn de belangrijkste kankers die het vaakst uitzaaien naarde hersenen. Hiervan vormen borstkanker-hersenmetastasen (BCBM) een grote klinische uitdaging, die 10%–30% van de patiënten met metastaserende ziekte treft en een toenemende incidentie vertoont door verbeterde systemische therapieën en vooruitgang in neuroimaging2. De prognose voor patiënten met BCBM blijft slecht, aangezien beschikbare behandelingen – waaronder chirurgie, radiotherapie en chemotherapie – grotendeels palliatief zijn en neurologische symptomen een ernstige impact hebben op de levenskwaliteit3. Hoewel gerichte therapieën en immunotherapieën worden onderzocht als complementaire strategieën, blijft het klinische voordeel van immunotherapie bij hersenmetastasen beperkt 4,5,6.
Recent werk heeft ons begrip van hersenimmuniteit verfijnd en de interesse in functionele lymfebanen die samenhangen met het CZS vernieuwd, waaronder lymfevaten in het meninges7 en neusmucosa8. Deze structuren vormen een continu lymfenetwerk rondom de hersenen en lopend naast de reukbol en de cribriforme plaat, en verbinden uiteindelijk met de cervicale lymfeklieren. Dit systeem speelt een sleutelrol in vloeistofhomeostase, immuunsurveillance en de overdracht van immuuncellen tussen het CZS en perifere lymfoïde organen9. Naarmate de interesse in immunotherapeutische benaderingen voor hersentumoren en metastasen toeneemt, komen deze lymfatisch-immuun interfaces naar voren als veelbelovende, maar nog onderbelichte, routes waarlangs systemische immuniteit kan communiceren met intracraniële laesies. Daarnaast zijn de mechanismen die de rekrutering van immuuncellen in de hersentumormicroomgeving regelen en hoe deze cellen in deze unieke omgeving interageren nog slecht begrepen. Samen onderstrepen deze hiaten de noodzaak van preklinische modellen en procedures die een uitgebreide analyse van tumor-immuuninteracties mogelijk maken en de ontwikkeling van strategieën ondersteunen om de antitumorimmuniteit tegen hersenmetastasen te verbeteren.
Hier beschrijven we een protocol dat de generatie van een reproduceerbaar, immunocompetent BCBM-muismodel combineert via stereotaxische intracraniële inoculatie van E0771-cellen met de isolatie en dissociatie van de meningen en de olfactorische bol voor immunofenotypie door spectrale flowcytometrie. Deze aanpak maakt gecontroleerde modellering van BCBM mogelijk om de veiligheid en effectiviteit van therapeutische interventies te beoordelen en maakt diepgaande karakterisering mogelijk van immuun- en stromale populaties op het lymfatisch-immuun interface van de hersenen, wat inzicht geeft in de cellulaire actoren die de microomgeving van hersentumoren vormen en de behandelingsresponsen beïnvloeden.
Diermodellen blijven onmisbaar voor het bestuderen van hersenmetastasen, aangezien veel cruciale aspecten van metastatische progressie niet in vitro kunnen worden gerepliceerd. Verschillende in vivo muismodellen zijn ontwikkeld om hersenmetastases te genereren, elk met specifieke voordelen en beperkingen10. Spontane metastasemodellen, waaronder orthotopische implantatie of genetisch gemodificeerde muismodellen, bootsen de klinische ziekteprogressie nauwer na, maar veroorzaken zelden intracraniële laesies, vereisen lange experimentele tijdlijnen en leveren vaak hoge variabiliteit op door wijdverspreide extracraniële ziekten. Systemische benaderingen, waaronder intracardiale, intracarotid- of staartveninjecties, brengen tumorcellen in de circulatie en bootsen zo hematogene verspreiding, bloed-hersenbarrière-extravasatie en kolonisatie beter na. Deze modellen vatten echter niet de vroege stappen van de primaire tumorinvasie en veroorzaken vaak uitgebreide en variabele extracraniële metastasen, met name in de longen. Onder systemische modellen heeft intracarotisinjectie de laagste variabiliteit, maar vereist geavanceerde chirurgische expertise. Alternatief biedt intracraniële injectie verschillende voordelen, waaronder nauwkeurige controle over de locatie van de tumor, snelle en reproduceerbare tumorontwikkeling en verminderde variabiliteit tussen experimenten. Deze aanpak kan ook worden aangevuld met orthotopische primaire tumorimplantatie gevolgd door chirurgische resectie om het metastatische verloop nauwkeuriger na te bootsen. Hoewel intracraniële injectie de volledige metastatische cascade niet herhaalt en niet geschikt is voor het bestuderen van vroege invasie en verspreiding, biedt het een robuust model om therapeutische effectiviteit te evalueren tegen gevestigde laesies en om interacties binnen de hersenmicro-omgeving te onderzoeken. Een bekende beperking is dat de injectie zelf lokale neuro-ontsteking kan veroorzaken, wat mogelijk invloed heeft op immuunuitslagen, die kunnen worden beoordeeld door immuunprofielen te vergelijken bij geïnjecteerde en niet-geïnjecteerde muizen.
De immuunkarakterisering van de meninges en de reukbol blijft een relatief nieuw en onderontwikkeld onderzoeksgebied. De meeste studies baseren zich op monstersvan de hele hersenen of cervicale lymfeklieren, die er niet in slagen de specifieke cellulaire samenstelling en gespecialiseerde immuunfuncties van deze lymfatisch geassocieerde weefsels te vatten. Het terugvinden van beide structuren biedt een breder en informatiever beeld van de hersenimmuniteit. In combinatie met multiparametrische spectrale flowcytometrie ondersteunt deze workflow high-throughput profilering van overvloedige en zeldzame immuuncelpopulaties die betrokken zijn bij CNS-perifere immuuncommunicatie. Dit omvat kwantificering van oppervlakte- en intracellulaire markers om celsubsets te identificeren, activatietoestanden te beoordelen en door behandeling veroorzaakte veranderingen te evalueren. Andere methodologieën voor CNS-immuunanalyse die niet door dit protocol worden behandeld, zijn onder andere immunohistochemie (IHC) en immunofluorescentie (IF), die de ruimtelijke verdeling van immuuncellen behouden maar worden beperkt door lage markermultiplexing, subjectieve kwantificatie en ondervertegenwoordiging van zeldzame celtypen12. Meer recentelijk heeft single-cell RNA-sequencing (scRNA-seq) het vermogen om CNS-immuunpopulaties te profileren uitgebreid door de ontdekking van cellulaire toestanden en transcriptieprogramma's met hoge resolutie mogelijk te maken. Ondanks het bieden van krachtige transcriptomische inzichten, wordt scRNA-seq beperkt door kosten, dissociatieartefacten, transcriptuitval en verlies van eiwitresolutie13,14. Flowcytometrie, hoewel het ruimtelijke analyse ontbreekt en gevoelig is voor dissociatie-gerelateerde effecten, biedt superieure fenotypische resolutie via een geavanceerd multiparametrisch paneel en biedt robuuste kwantitatieve immuunprofilering.
Samen bieden de hier beschreven methodologieën een flexibel en krachtig platform voor het modelleren van BCBM en het onderzoeken van immuundynamiek op lymfatische interfaces van het centraal zenuwstelsel, ter ondersteuning van preklinische ontwikkeling van therapieën gericht op zowel de hersentumormicro-omgeving als de bijbehorende immuunregulerende routes.