$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Изучение заболеваний центральной нервной системы (ЦНС) известно своей сложностью из-за сложной мультимодальной межклеточной сигнализации, опосредованной интерстициальной жидкостью (ISF)1,2,3,4. Эта сложность особенно заметна при опухолях мозга, таких как глиобластома (GBM), где межклеточные сигналы передаются между неопластическими и стромическимиклетками 5,6,7,8,9. Во многих случаях аномальный обмен различными биомолекулами, включая метаболиты и белковые мессенджеры, способствует формированию этиологии патологий ЦНС. Эта исследовательская сложность усугубляется, особенно при GBM, тем, что молекулярный состав ISF является временно динамичным и эволюционирует на протяжении всего заболевания, а также в ответ на интервенционное лечение(10,11).
Традиционные доклинические методы исследования GBM включают in vitro исследования и модели с одним конечным видом животных. Характер этих подходов ограничивает их более широкое клиническое применение из-за неспособности охватить как характеристики микросреды опухоли, так и продольные временные изменения. Достижения, достигнутые в начале 1980-х годов, преодолели эти контекстуальные ограничения благодаря развитию внутримозгового микродиализа (cMD)12,13,14,15. С момента своего основания 45 лет назад cMD зарекомендовал себя как стандартный метод продольного отбора пробы интерстициальной жидкости (ISF) в живоммозге. Это достигается путем свободной диффузии и конвекции высококонцентрационных растворённых веществ ISF через полупроницаемую мембрану в непрерывно текущий перфузат с низкой концентрацией растворённых веществ, обычно искусственную спинномозговую жидкость (aCSF)17. Эти полупроницаемые мембраны состоят из различных биосовместимых полимеров с общими порогами молекулярного размера пор от 20 кДа до 3MDa18. Эта минимально инвазивная процедура позволяет продольно собирать in situ разнообразный спектр аналитов — от мелких молекул, таких как метаболиты или нейромедиаторы, до крупных белков, таких как антитела. Однако структурная пористость мембран cMD в сочетании с адсорбционной природой их составных полимеров может существенно влиять на относительное восстановление аналитов с определёнными биохимическими или размерными характеристиками, такими как липиды или антитела соответственно19,20.
Достижения по преодолению этого ограничения мембран cMD начались в начале 2010-х годов с разработки микроперфузии открытого потока мозга (cOFM)21. Функционируя по схожим общим принципам, что и cMD, cOFM устраняет биохимические ограничения, наложенные полупроницаемыми мембранами, заменяя их на пластиковый решётчатый зонд с макроскопическими отверстиями с низкой адсорбцией примерно 100 мкмразмером 20. Множество отчётов показали улучшенную полезность cOFM по сравнению с cMD благодаря сбору обнаруживаемых компонентов ISF, включая пептидные гормоны, нанотела/антитела, мелкие липофильные терапевтические средства и PEGилированныелипосомы 19,22,23,24,25. Предыдущие отчёты, изучающие реакцию физиологической ткани на имплантацию cOFM-направляющего зонда, показывают, что целостность гематоэнцефалического барьера восстанавливается через 15 дней после имплантации, а глиальные рубцы не образуются до 30 дней послеимплантации 26 дней. Благодаря замене мембран микродиализа на макроскопические отверстия исследователи также продемонстрировали инновационную способность направляющих зондов cOFM облегчать введение ксенотрансплантированных глиомных клеток в мозг иммунодефицитных крыс, так что атравматическое приживание и рост опухоли происходит непосредственно вокруг зоны отбораcOFM 27.
При использовании cOFM при изучении патологий ЦНС необходимо учитывать его методологические ограничения. Из-за зависимости от пассивной диффузии и конвекции анализируемых ISF в текущий перфусат, эти ограничения связаны с концентрацией анализируемого вещества и объёмомобразца 18. Отобранные компоненты ISF будут разбавлены внутри собранного перфусата cOFM по сравнению с эндогенными уровнями, что привело к сравнению относительных соотношений анализируемых веществ междуэкспериментальными условиями 28. Типичные расходы варьируются от 0,1 мкл/мин до 1,0 мкл/мин, что эквивалентно всего 6–60 мкл/ч. При учете времени зачистки в мёртвом пространстве труб также следует учитывать общую продолжительность отбора проб. Это особенно важно при проведении сбора cOFM у анестезированных животных, где необходимо тщательно решать вопросы благополучия животных. Более подробное описание этих и других аспектов доступно в предыдущем отчёте по методам команды разработчиковcOFM 29.
В этой рукописи мы предлагаем обновлённый протокол применения продольного cOFM-отбора в изучении неврологических заболеваний с акцентом на GBM. Протокол включает этапы имплантации канюли с помощью cOFM, инъекции опухолевых клеток и приживки через cOFM-гид, а также две конфигурации отбора cOFM у бодрствующих, свободно движущихся животных. Мы представляем репрезентативные данные, показывающие влияние лечения на метаболомные и протеомные компоненты ISF, измеряемые с помощью cOFM, влияние конфигурации выборки на концентрацию анализируемых веществ и эффективность имплантации опухолевых клеток, управляемых cOFM.