Dla pacjentów z GBM konieczne są nowe opcje terapeutyczne i skuteczne leczenie. W protokole tym przedstawiono przedkliniczne leczenie GBM za pośrednictwem FUS, które jest obecnie poddawane szeroko zakrojonym badaniom w celu zastosowania klinicznego. Chociaż SDT ma ekscytujący potencjał, wciąż pozostaje wiele do zrozumienia i optymalizacji w warunkach przedklinicznych.
Jednym z najważniejszych elementów tego protokołu jest wykorzystanie FUS pod kontrolą MR do celowania w guz w celu uzyskania maksymalnej skuteczności. Za pomocą fantomu można utworzyć przestrzeń współrzędnych 3D, w której każdemu pikselowi osiowych wycinków MRI można przypisać współrzędną. Następnie, prosta procedura wyboru miejsca sonikacji na obrazie MR informuje przetwornik, gdzie należy celować. Zastosowany przedkliniczny system FUS jest bardzo wszechstronny i ma zastosowanie, gdy konieczne jest celowanie w lokalizacje określonej patologii, takie jak guz, w tym guzy głębiej osadzone, które byłyby trudne do namierzenia bez potwierdzenia obrazowego. Stosując gadolin jako środek kontrastowy, uzyskuje się wyraźną wizualizację guza, co pozwala użytkownikowi podejmować świadome decyzje przy wyborze celów. Przewagą SDT nad wieloma innymi metodami leczenia jest to, że jest to terapia specyficzna dla nowotworu. FUS o niskiej intensywności powinien być ukierunkowany tylko na tkankę nowotworową, pozostawiając zdrowy miąższ mózgu stosunkowo nietknięty 3,8.
Wyniki tego eksperymentu podkreślają, w jaki sposób zalety tego protokołu mogą prowadzić do wyników terapeutycznych, które są podobne do innych odkryć w literaturze dotyczącej SDT. Rycina 5 pokazuje, że w ciągu zaledwie 24 godzin od dnia leczenia nastąpiło spowolnienie wzrostu guza w leczonej kohorcie. Chociaż jest to nieistotne przy użyciu tej małej próby, istotność może wynikać z większej liczby zwierząt. To opóźnienie wzrostu guza jest podobne do tego, co wykazano w pionierskim artykule na ten temat autorstwa Wu i in. (2019), w którym wykazano spowolniony wzrost guza w czasie u leczonych zwierząt, a także wydłużony czas przeżycia9.
Rozważania, które zostały wzięte pod uwagę podczas projektowania tego protokołu, obejmowały szczep zwierzęcy, typ guza i dobór czynnika sonouczulającego. Atymiczne nagie myszy zostały wybrane do tego protokołu z wielu powodów. Po pierwsze, naga mysz jest łatwiejsza do sonikacji, ponieważ brak włosów zapobiega jakiemukolwiek tłumieniu. Ponadto brak układu odpornościowego pozwala na wszczepienie ksenoprzeszczepów pochodzących od pacjenta (PDX), dzięki czemu model guza bardziej przypomina sytuację kliniczną. Wadą stosowania modelu atymicznego jest to, że nie można scharakteryzować układu odpornościowego, więc żadna odpowiedź immunologiczna generowana przez SDT nie będzie mierzona w tych badaniach10. Wybrana linia nowotworowa to agresywna i szybko rosnąca linia PDX. Czas leczenia jest bardzo ważny, ponieważ ustalenie guza musi być zweryfikowane, ale obciążenie guzem nie powinno wypełniać półkuli czaszki. Różne linie komórkowe wymagają różnych czasów inkubacji, aby uzyskać optymalną wielkość guza do eksperymentów przedklinicznych. W tym protokole 5-ALA został użyty jako sonosensybilizator ze względu na jego preferencyjny wychwyt w nowotworach GBM, co zostało potwierdzone in vitro dla tej linii komórkowej w poprzednich eksperymentach (dane niepublikowane). Inne sonosensybilizatory mogą być podstawione i przetestowane w celu określenia związku najbardziej odpowiedniego pod względem skuteczności i bezpieczeństwa. Ostatecznie leczenie rozpoczęto 3 godziny po wstrzyknięciu 5-ALA, ponieważ wcześniejsza literatura wykazała, że jest to optymalny czas przy tej dawceiniekcyjnej 5.
Parametry FUS wybrane w tym protokole (10 W/cm2 przez 2 min przy 515 kHz w każdym miejscu docelowym) zostały ustalone na podstawie przeglądu dotychczasowej literatury i wstępnych doświadczeń 4,9. Wybrano siatkę punktów sonikacji obejmujących cały guz w celu wygenerowania efektu ROS w całym guzie. Zastosowana tutaj intensywność jest wyższa niż w innych publikacjach, ale w krótkim okresie czasu nie oczekuje się, że doprowadzi to do żadnych niekorzystnych skutków związanych z temperaturą, ponieważ intensywności do 25 W/cm2 zostały z powodzeniem zastosowane w modelu mysim bez znaczących skutków ubocznych11. Co ważne, w literaturze nie opublikowano wystandaryzowanego ani zoptymalizowanego zestawu parametrów FUS. W związku z tym konkretne wartości, które są tutaj podawane, można dostosować w celu określenia optymalnego zestawu parametrów, co prowadzi do maksymalnej redukcji tkanki nowotworowej przy zachowaniu bezpieczeństwa. Dodatkowo, ponieważ różne linie komórkowe mają różny poziom unaczynienia i niedotlenienia, leczenie to może wymagać dostosowania. Wykazaliśmy ogólny zmniejszony wzrost guza (ryc. 5) w ciągu 24 godzin od leczenia SDT, chociaż parametry muszą zostać zoptymalizowane i należy przebadać więcej zwierząt, aby określić maksymalny efekt tego leczenia. Skany MRI po leczeniu nie wykazują pojawienia się zmian powstałych w wyniku leczenia FUS w zdrowej tkance, z efektem zlokalizowanym w tkance nowotworowej (ryc. 6). Istnieje również możliwość połączenia SDT z innymi technikami FUS, takimi jak przejściowa przepuszczalność bariery krew-mózg, w celu maksymalizacji wychwytu 5-ALA w guzie12. Protokół ten można dodatkowo uzupełnić poprzez wykonanie różnych technik histologicznych w celu sprawdzenia bezpieczeństwa i skuteczności na poziomie strukturalnym. Barwienie hematoksyliną i eozyną (H&E) można wykonać w celu sprawdzenia uszkodzeń strukturalnych lub nowotworowych13, podczas gdy barwienie końcowym deoksynukleotydylotransferazą dUTP (TUNEL) można wykonać w celu sprawdzenia apoptozy komórkowej14. Niezależnie od tego, protokół ten przedstawia bezpieczne i specyficzne dla nowotworu leczenie, w którym zmiany są zauważalne nawet 24 godziny po leczeniu, co jest widoczne poprzez porównanie tempa wzrostu guzów leczonych SDT i guzów nieleczonych, a także porównanie wycinków guza przed i po sonikacji.
W przypadku każdego protokołu zawsze istnieją wady lub ograniczenia, które należy rozważyć. Głównym ograniczeniem obecnego protokołu jest czas i koszty. Tymczasem jedną z zalet tego protokołu jest jego zautomatyzowany, skoncentrowany cel. Aby przeprowadzić tę ukierunkowaną procedurę, należy wykonać skany MRI dla każdego zwierzęcia z osobna, aby upewnić się, że celowanie w guz jest prawidłowe, co może być zarówno czasochłonne, jak i kosztowne. Dodatkowo, w zależności od pożądanej liczby ognisk, czas potrzebny na wykonanie tego protokołu może wynosić godziny nawet dla zaledwie kilku zwierząt, co skutkuje niską liczbą zwierząt doświadczalnych. Pomimo tych wad, ten ukierunkowany nieinwazyjny protokół pozostaje realną preferencją w porównaniu z otwartymi opcjami chirurgicznymi.
Podsumowując, protokół ten wykazał zdolność leczenia SDT do zmniejszania wzrostu guza w mózgu w ciągu 24 godzin od leczenia przy jednoczesnym utrzymaniu zdrowej tkanki nerwowej w przedklinicznym modelu myszy. Badania nad skutecznością SDT i optymalizacja różnych parametrów w celu zwiększenia produkcji ROS są konieczne, aby leczenie to było klinicznie odpowiednie. Należy zbadać nowe możliwości wykorzystania SDT jako nieinwazyjnego modelu terapeutycznego.