A metástase cerebral é uma neoplasia maligna prevalente associada a um prognóstico muito ruim 1,2. O padrão de atendimento para pacientes com metástases cerebrais é multimodal, consistindo em neurocirurgia, radioterapia de todo o cérebro e/ou radiocirurgia estereotáxica, dependendo do estado geral de saúde dos pacientes, da carga de doença extracraniana e do número e localização de tumores no cérebro 3,4. Pacientes com até três lesões intracranianas são elegíveis para ressecção cirúrgica ou radiocirurgia estereotáxica, enquanto a radioterapia de todo o cérebro é recomendada para pacientes com lesões múltiplas para evitar o risco de infecção e edema relacionados à cirurgia5. No entanto, a radioterapia de todo o cérebro pode infligir danos às estruturas cerebrais radiossensíveis, contribuindo para a má qualidade de vida6.
A terapia sistêmica é uma alternativa não invasiva e uma abordagem lógica para o tratamento de pacientes com lesões múltiplas7. No entanto, é menos considerado devido à noção de longa data de que as terapias sistêmicas têm baixa eficácia, pois a entrega passiva de drogas citotóxicas através da corrente sanguínea não pode atingir níveis terapêuticos no cérebro sem o risco de toxicidade insegura8. Esse paradigma está começando a mudar com a terapia sistêmica recentemente aprovada pela Food and Drug Administration (FDA) dos EUA (tucatinibe com trastuzumabe e capecitabina, indicada para metástase cerebral metastática com câncer de mama HER2+)9,10,11,12 e a atualização nas diretrizes de tratamento para incluir a consideração de opções de terapia sistêmica para pacientes com metástase cerebral 13,14.
Nesse contexto, os desenvolvimentos no campo da terapia molecular direcionada, imunoterapia e sistemas alternativos de liberação de medicamentos, como um portador de nanofármacos direcionado, podem potencialmente superar os desafios do tratamento de metástases cerebrais15,16,17,18. Além disso, abordagens químicas e mecânicas para melhorar a administração de fármacos via permeabilização da barreira crânio-tumoral também estão sendo investigadas19,20. Para estudar e otimizar tais abordagens para serem adequadas ao propósito, é crucial usar modelos pré-clínicos que não apenas espelhem a complexa fisiologia da metástase cerebral, mas também permitam a análise objetiva da resposta intracraniana a medicamentos.
Em termos gerais, as abordagens atuais para modelar metástases cerebrais in vivo envolvem injeção intracardíaca (ventrículo esquerdo), intravenosa (geralmente veia da cauda), intracraniana ou intracarótida (artéria carótida comum) de células cancerígenas em camundongos 21,22,23,24,25,26,27 . Além das estratégias de enxerto tumoral, modelos de camundongos geneticamente modificados em que a formação de tumores é desencadeada pela remoção de genes supressores de tumor ou ativação de oncogenes são úteis para a modelagem tumoral. No entanto, apenas alguns modelos de camundongos geneticamente modificados são relatados para produzir tumores secundários e ainda menos que produzem de forma confiável metástases cerebrais28,29,30.
Métodos de enxerto como injeção intracardíaca (ventrículo esquerdo) e intravenosa (geralmente veia da cauda) imitam a disseminação sistêmica do câncer. Esses modelos normalmente produzem lesões em múltiplos órgãos (por exemplo, cérebro, pulmões, fígado, rins, baço), dependendo do leito capilar que retém a maioria das células tumorais durante sua "primeira passagem" circulatória31. No entanto, taxas inconsistentes de enxerto cerebral exigirão mais animais para atingir o tamanho da amostra para o poder estatístico desejado. O número de células tumorais que eventualmente se estabelecem no cérebro através desses métodos de injeção intracardíaca e intravenosa é variável. Assim, a carga tumoral de metástase cerebral pode variar entre os animais e a diferença na progressão pode tornar a padronização da linha do tempo experimental e a interpretação dos resultados um desafio. A carga tumoral extracraniana pode levar à mortalidade por metástases não cerebrais, tornando esses modelos inadequados para avaliar a eficácia intracraniana. Linhagens celulares cérebro-trópicas têm sido estabelecidas usando processos de seleção clonal artificial para reduzir o estabelecimento extracraniano, mas as taxas de tomada têm sido inconsistentes, e o processo de seleção clonal pode reduzir a heterogeneidade normalmente encontrada em tumores humanos32.
Métodos de enxerto específicos do cérebro, como a injeção intracraniana e intracarótida, permitem uma modelagem de metástases cerebrais mais consistente e eficiente. No método intracraniano33, as células cancerosas são tipicamente injetadas no córtex cerebral frontal, o que gera crescimento tumoral rápido e reprodutível com baixo envolvimento sistêmico. Embora o procedimento seja bem tolerado com baixa mortalidade33, as ressalvas são de que é uma abordagem relativamente grosseira que introduz rapidamente um bolo (localizado) de células no cérebro e não modela a patogênese precoce da metástase cerebral. A agulha danifica a vasculatura do tecido cerebral, o que causa inflamação localizada 5,34. Por experiência, há uma tendência de células tumorais injetadas para refluxo durante a remoção da agulha, levando ao envolvimento leptomeníngeo. Alternativamente, o método intracarotídeo entrega células na artéria carótida comum com microvasculatura cerebral como o primeiro leito capilar a ser encontrado, modelando a sobrevivência na circulação, extravasamento e colonização24. Concordando com outros25, nossa experiência com esse método constatou que ele pode resultar em tumores faciais devido à entrega não intencional de células cancerígenas através da artéria carótida externa para leitos capilares nesses tecidos (dados não publicados). É possível prevenir tumores faciais ligando primeiro a artéria carótida externa antes da injeção da artéria carótida comum (Figura 1). No resto do artigo, este método é referido como a "injeção interna da artéria carótida". A partir da experiência, o método de injeção da artéria carótida interna gera consistentemente metástases cerebrais com muito poucos eventos sistêmicos e tem sido bem-sucedido na geração de modelos de metástases cerebrais de diferentes cânceres primários (por exemplo, melanoma, mama e câncer de pulmão) (Figura 1). As desvantagens são que é tecnicamente desafiador, demorado, invasivo e requer otimização cuidadosa do número de células e um cronograma de monitoramento. Em resumo, os métodos de injeção intracraniana e interna da artéria carótida produzem modelos de camundongos adequados para avaliar o impacto terapêutico no benefício de sobrevida relacionado ao tumor cerebral.
Este protocolo descreve o método de injeção da artéria carótida interna para produzir um modelo de metástase cerebral em camundongo com quase nenhum envolvimento sistêmico e, portanto, adequado para avaliação pré-clínica da distribuição de medicamentos e eficácia da terapêutica experimental.

Figura 1: Representação esquemática do protocolo de injeção da artéria carótida interna para metástase cerebral. A injeção interna da artéria carótida com ligadura externa da artéria carótida pode produzir de forma confiável um modelo de metástase cerebral de vários cânceres primários. Neste protocolo, três ligaduras são colocadas na artéria carótida (anotadas como L1-L3 na figura). Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.