Heterotope Mucosal engrafting Procedure voor Direct Drug Delivery naar de hersenen in Muizen
July 16th, 2014
Een muis model van menselijke endoscopische schedelbasis reconstructie is ontwikkeld dat een semi-permeabel interface tussen de hersenen en de neus met behulp van nasale mucosale enten creëert. Deze methode staat onderzoekers aflevering aan het centrale zenuwstelsel van hoogmoleculaire geneesmiddelen die anders zijn uitgesloten door de bloed-hersenbarrière bij systemisch toegediend bestuderen.
Het algemene doel van deze procedure is om met succes een heterotrofe mucosale graft-chirurgie uit te voeren voor het toedienen van verbindingen in de hersenen. Dit wordt bereikt door eerst een neusseptumgraft van een donormuis te isoleren. De tweede stap is om het mucosale membraan van het septum te transplanteren op een schedeldefect op een ontvangende muis.
Vervolgens wordt de hersenen gedurende een gewenste periode door de graft gedoseerd. De laatste stap is om de gevolgen van de hersendoseringsprocedure te analyseren door middel van fluorescentie, microscopie of immunohistochemie om de diffusie van de toegediende verbindingen in de hersenen te tonen. Parenchyma. Het gebruik van neurofarmaceutische middelen is sterk beperkt vanwege de aanwezigheid van de bloed-hersenbarrière.
We hebben een techniek ontwikkeld op basis van endoscopische transnasale chirurgie bij mensen waarbij we mucosa in een gat in de bloed-hersenbarrière kunnen plaatsen en dit gebruiken als een leiding voor directe medicijntoediening aan de hersenen. Hierbij gaat Richie Komen, een postdoctoraal student in Han's Lab aan de Boston University, deze techniek demonstreren in een muismodel. Begin deze procedure door de huid rond het neusgebied van een geëuthanasieerde muis te verwijderen om de schedel bloot te leggen.
Markeer vervolgens drie lijnen met de pneumatische boor. Twee van de lijnen flankeren lateraal het neusgebied en de derde lijn staat loodrecht in lijn met de ogen, die de twee lijnen verbinden. Boor vervolgens ventraal naar beneden.
Om het neusseptum te scheiden van het omringende weefsel, snijdt u het septum vrij van elk weefsel dat eraan vastzit. Bewaar het vervolgens in een steriele zoutoplossing onder de microscoop, maak de graft schoon en verwijder eventueel aangehecht weefsel. De ideale situatie is om alle bindweefsel succesvol te verwijderen zonder de mucosale membranen aan beide zijden van het kraakbeenachtige septum te beschadigen.
Nadat een muis is geanesthetiseerd met behulp van standaard aseptische spiegelchirurgieprocedures die in een theologische frame zijn gemonteerd, brengt u zalf aan op de ogen om uitdroging te voorkomen. Vervolgens wordt de schedel blootgelegd en wordt het hoofd genivelleerd. Snijd vervolgens een rond gaatje van 1,25 millimeter diameter in de schedel met behulp van een pneumatische boor.
Bij het targeten van de atu, maakt u het geboorde gebied nat met steriele zoutoplossing en gebruikt u een scheermes om de schedel te verwijderen. Vervolgens verwijdert u de dura handmatig met de punt van een 30 gauge naald. Plaats vervolgens het mucosale membraan boven het hersenoppervlak, waarbij u uiterst voorzichtig bent om de epitheliale zijde van de wond weg te houden.
Gebruik de punt van een paar chirurgische schaar om het membraan van het kraakbeen te houden en op de schedel en het hersenoppervlak om alle botranden van de craniotomie-site royaal te overlappen. Dek vervolgens de graft af met een steriele nitrilstuk. Dit voorkomt dat de huid tijdens het genezingsproces aan de graft hecht.
Trim overtollig membraan indien nodig en vermijd enige beweging van het nitril zodra het in contact is gekomen met de graft. Sluit vervolgens de huid met een hechting en laat de muis drie tot zeven dagen herstellen voordat u doorgaat naar de volgende stap. Zorg ervoor dat passende post-operatieve behandelingen worden uitgevoerd en regelmatige analgetica worden toegediend om het dier te doseren.
Nadat de geanesthetiseerde muis in het stereotaxische frame is bevestigd, snijdt u de hechting met schaar en verwijdert u overtollige huid rond de schedel. Verwijder de nitrilbarrière en maak het oppervlak van de schedel schoon. Gebruik steriele zoutoplossing en wattenstaafjes om het gebied schoon te maken totdat de graft zichtbaar is.
Het kan nodig zijn om de graft met het scheermes te snijden als deze groter is dan het gewenste oppervlak. Plaats vervolgens de put boven de graft zodat de randen in contact komen met de schedel. Breng vervolgens cyanoacrylaatlijmstof aan op de verbinding tussen de put en de schedel.
Vul de put met steriele zoutoplossing en controleer of er geen lekken zijn. Breng vervolgens cement aan op de schedel om de put op zijn plaats te bevestigen. Verwijder daarna het zoutje uit de put met een pipette.
Was de put meerdere keren om te verifiëren dat het lijmstof niet is gelekt. Voeg vervolgens 50 microliters fluorescerende dextran toe. Sluit de bovenkant van de put af met een rond stuk nitril dat met cyanoacrylaatlijmstof aan de bovenkant is bevestigd en zorg ervoor dat het lijmstof niet in contact komt met de inhoud van de put.
Na de gewenste tijd, euthaniseer het dier en verwijder de implantaat en de hersenen. Zorg ervoor dat de graft op zijn plaats blijft. Eenmaal verwijderd, bevriest u de hersenen snel in een oplossing van isobutaan die is afgekoeld in een droogijsbad, begraaft u de hersenen in OCT-oplossing en snijdt u in plakken van 50 micrometer.
Plaats de gewenste plakken direct op een microscoopglasplaat. Beeld vervolgens de plak af met behulp van een fluorescerende microscoop zodra de OCT-oplossing is opgedroogd. Dit is een fluorescerende microscoopfoto van een muisbreinplaat na transmucosale dosering.
Met 40 kilodalton tetraethyl Rumine geconjugeerd dextran gedurende 24 uur, is de mucosale graft zichtbaar op het oppervlak van de hersenen. Eenmaal beheerst, zou deze techniek in totaal vier uur operatietijd moeten duren om goed uit te voeren. Na het bekijken van deze video, zou men in staat moeten zijn om een neusseptum te isoleren en een mucosaal membraan over een craniotomie-site over te brengen voor het doel van medicijntoediening aan de hersenen.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Overzicht
Deze studie presenteert een nieuw muismodel voor humane endoscopische reconstructie van de schedelbasis, waarbij nasale mucosale grafts worden gebruikt om een semipermeabele interface tussen de hersenen en de neus te creëren. Deze innovatieve aanpak vergemakkelijkt het onderzoek naar de levering van therapeutische middelen met hoog molecuulgewicht aan het centrale zenuwstelsel, waarbij de beperkingen van de bloed-hersenbarrière worden overwonnen.
Belangrijke studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschappen
- Biomedische Technologie
- Therapeutische Levering
Achtergrond
- De bloed-hersenbarrière beperkt de toegang van veel therapeutische verbindingen tot de hersenen.
- Huidige methoden voor geneesmiddelafgifte aan het centrale zenuwstelsel zijn beperkt.
- Heterotrofe mucosale grafts bieden een potentiële oplossing voor het verbeteren van de geneesmiddelafgifte.
- Deze studie heeft als doel een nieuwe chirurgische benadering te verkennen met behulp van nasale grafts.
Doel van de studie
- Om een muismodel te ontwikkelen voor het bestuderen van geneesmiddelafgifte aan de hersenen.
- Om nasale mucosale grafts te gebruiken voor het creëren van een afgifte-interface.
- Om de diffusie van verbindingen in de hersenen te analyseren.
Gebruikte methoden
- Isolatie van een neustussenschot-graft van een donormuis.
- Transplantatie van het mucosale membraan op een schedeldefect bij een ontvangermuis.
- Dosering van de hersenen via de graft gedurende een bepaalde duur.
- Analyse van de diffusie van verbindingen met behulp van fluorescensie, microscopie of immunohistochemie.
Belangrijkste resultaten
- Succesvolle transplantatie van nasale mucosale grafts op schedeldefecten.
- Aangetoonde diffusie van verbindingen in het hersenparenchym.
- Fluorescensie en microscopie bevestigden de effectiviteit van de afgiftemethode.
- Bijgedragen aan inzichten in het overwinnen van de bloed-hersenbarrière voor therapeutische toepassingen.
Conclusies
- Het ontwikkelde model biedt een veelbelovende aanpak voor het bestuderen van geneesmiddelafgifte aan de hersenen.
- Nasale mucosale grafts kunnen de afgifte van therapeutische middelen met hoog molecuulgewicht verbeteren.
- Deze methode kan de weg vrijmaken voor nieuwe therapeutische strategieën bij de behandeling van aandoeningen van het centrale zenuwstelsel.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
Overcoming the blood-brain barrier remains a critical challenge in CNS drug development, limiting the translation of high molecular weight therapeutics. This murine mucosal engraftment model provides a semipermeable interface for direct brain delivery, enabling preclinical evaluation of compounds otherwise excluded by BBB impermeability. The approach supports mechanistic de-risking and predictive confidence in early discovery by validating brain exposure of therapeutic candidates.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses by confirming brain parenchyma delivery of high molecular weight compounds.
- Operational Value: Provides a reproducible surgical model for assessing CNS exposure independent of BBB permeability.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates quantitative fluorescence readouts to compare compound diffusion across experimental conditions.
- Operational Value: Standardizes graft preparation and dosing procedures for scalable compound screening workflows.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Supports disease-relevant testing of neuropsychiatric therapeutics by validating direct brain access.
- Operational Value: Facilitates continuity from discovery to preclinical validation through consistent dosing and readout methods.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into early discovery workflows by enabling direct compound delivery to the brain, bypassing BBB-dependent absorption limitations.
- Discovery Biology: Supports target validation by confirming brain exposure of novel therapeutics.
- Screening: Enables assay-ready delivery of compounds for fluorescence-based quantification.
- Analytics: Provides microscopy and immunohistochemistry outputs for spatial and temporal diffusion analysis.
- Translational Research: Aligns with preclinical modeling of neurological disorders requiring CNS-penetrant therapeutics.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable surgical platform for iterative compound testing across discovery campaigns.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces mechanistic ambiguity in CNS delivery by demonstrating direct graft-mediated compound transport.
- Operational Value: Enhances reproducibility through standardized graft implantation and well-based dosing.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by delivering empirical brain exposure data early in discovery.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of CNS therapeutics based on validated delivery efficiency.
Implementation Considerations
- Requires microsurgical expertise in graft isolation, craniotomy, and mucosal membrane handling.
- Depends on sterile surgical instrumentation, pneumatic drills, and fluorescence microscopy infrastructure.
- Necessitates cross-team standardization between surgery, imaging, and pharmacology groups for consistent readouts.
- Involves adaptation considerations for graft size and well placement across mouse strains and ages.
- Limited by postoperative recovery time (3–7 days) before dosing can begin, affecting study timelines.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Title
1:29
Harvesting of the Mucosal Graft
2:43
Surgical Implantation of Mucosal Graft
4:49
Administration of Dosing Solution
6:44
Analysis of Transmucosal Delivery
7:32
Results: Fluorescent Microscope Image of a Mouse Brain Slice Following Transmucosal Dosing
7:57
Conclusion
