Glioblastoma (GBM) jest najczęstszym pierwotnym nowotworem mózgu u dorosłych, charakteryzującym się bardzo niską medianą przeżycia wynoszącą zaledwie 12-15 miesięcy1,2,3,4,5. Przeżywalność nie uległa znaczącej poprawie od 2005 roku, kiedy wprowadzono obecny standard kliniczny polegający na maksymalnej resekcji chirurgicznej, po której następowało naświetlanie oraz towarzysząca i uzupełniająca chemioterapia temozolomidem6,7. Choć leczenie to zapewnia pacjentom tymczasową ulgę w objawach, standardowa opieka niezmiennie prowadzi do nawrotu choroby, ponieważ inwazyjne ogniska nowotworowe unikają resekcji i są chronione przed terapiami systemowymi przez barierę krew-mózg (BBB). Pilnie potrzebne są strategie ukierunkowane na inwazyjne ogniska guza, które omijają BBB, aby móc skutecznie walczyć z tą agresywną i wyniszczającą chorobą.
Ludzkie mezenchymalne komórki macierzyste (MSC) wykazują potencjał jako nośniki leków w terapii GBM ze względu na ich naturalny tropizm do guza8,9. MSC posiadają receptory i migrują w kierunku rozpuszczalnych czynników wydzielanych przez guzy, w tym między innymi czynnika pochodzenia komórek zrębu 1α (SDF-1α), metaloproteinazy macierzy-1 (MMP-1) oraz białka chemocytokinowego monocytów-1 (MCP-1)10,11,12,13. Modyfikacje genetyczne MSC w celu ekspresji i sekrecji leków cytotoksycznych pozwalają na ich wykorzystanie jako nośników leków kierowanych do guza. Zmodyfikowane MSC przemieszczają się w stronę inwazyjnych ognisk nowotworowych i dostarczają białka terapeutyczne. Podejście to wykazało wykonalność w różnych przedklinicznych modelach GBM9,14. Jednakże zdecydowana większość tych modeli nie uwzględnia resekcji chirurgicznej, mimo klinicznego znaczenia tego etapu. Nowsze badania z wykorzystaniem nowych modeli resekcji wykazały, że chirurgiczne usunięcie guza zmniejsza przeżywalność komórek macierzystych wstrzykiwanych bezpośrednio do jamy pooperacyjnej15. Utrata żywotności doprowadziła do zmniejszenia skuteczności, co prawdopodobnie wynika z redukcji dawki i czasu dostarczania leku do inwazyjnych ognisk nowotworowych.
Aby zwiększyć żywotność komórek macierzystych i wydajność dostarczania leków, MSC można wysiać na rusztowania przed implantacją. W niniejszym protokole jako rusztowanie dla MSC zastosowano biokompatybilny i wchłanialny nanowłóknisty kwas polimlekowy (PLA) otrzymany metodą elektroprzędzenia. PLA zgina się i dopasowuje do kształtu jamy po resekcji podczas implantacji, co maksymalizuje zasięg terapeutyczny i minimalizuje dystans, jaki MSC muszą pokonać, aby dotrzeć do komórek nowotworowych. MSC pozostają na rusztowaniu podczas implantacji, a następnie migrują z niego w kierunku komórek nowotworowych po implantacji16,17. Następnie MSC oraz niesione przez nie leki cytotoksyczne gromadzą się w ogniskach nowotworowych. Dostarczenie leku cytotoksycznego do guza wymaga żywotności i przetrwania MSC, co jest wspomagane przez implantację na rusztowaniach.
W niniejszej procedurze wektory lentiwirusowe są wykorzystywane do indukowania stabilnej ekspresji markerów fluorescencyjnych (śledzenie in vitro) i bioluminescencyjnych (śledzenie in vivo) w liniach komórek nowotworowych oraz macierzystych. Ludzka linia GBM U87 jest infekowana mCherry oraz lucyferazą świetlikową (U87 mCh-Fl), a nieterapeutyczne MSC GFP i lucyferazą renilla (MSC GFP-Rluc). Wariant terapeutyczny MSC wykazuje ekspresję liganda indukującego apoptozę związanego z TNFα (MSC-TRAIL). TRAIL, będący białkiem wydzielanym konstytutywnie, wiąże się z pobliskimi receptorami śmierci na komórkach nowotworowych i inicjuje apoptozę zależną od kaspaz18.
W niniejszym materiale przedstawiamy protokół przedklinicznej chirurgicznej resekcji GBM z prowadzeniem obrazowym oraz implantacji rusztowań zasiedlonych MSC. W skrócie, u myszy nago wykonuje się kraniotomię, po której po trzech dniach następuje stereotaktyczne wstrzyknięcie ortotopowe komórek U87 mCh-Fl w celu wytworzenia guza pierwotnego. Przeszczepiony guz rośnie przez okres około jednego tygodnia. Rusztowania PLA są zasiedlane MSC na 48 h przed operacją resekcji. Następnie guz jest resekowany pod kontrolą fluorescencyjną, a rusztowanie obciążone MSC jest implantowane do jamy po resekcji. Po operacji obciążenie guzem oraz przeżywalność myszy są monitorowane za pomocą obrazowania bioluminescencyjnego (BLI). Harmonogram tych procedur przedstawiono poniżej (Rycina 1).

Rysunek 1: Harmonogram procedur. Myszy otrzymują początkowo okno czaszkowe (Dzień 0). Po trzydniowym okresie rekonwalescencji następuje implantacja guzów (Dzień 3), które rosną przez około tydzień. Rusztowania są zasiewane komórkami MSC (Dzień 8) na dwa dni przed procedurą resekcji guza i implantacji (Dzień 10). Następnie progresja guza i skuteczność terapeutyczna są oceniane za pomocą obrazowania pooperacyjnego (Dzień 10+). Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tego rysunku.