Метастазы в мозге — самые распространённые злокачественные опухоли, поражающие центральную нервную систему (ЦНС), встречающиеся чаще, чем первичные опухоли мозга. Рак легких, рак молочной железы и меланома — основные виды рака, которые чаще всего метастазируют в мозг. 1. Среди них метастазы в мозге при раке молочной железы (BCBM) представляют собой серьёзную клиническую проблему, затрагивая 10–30% пациентов с метастазом и демонстрируя растущую частоту заболеваемости благодаря улучшенным системным методам терапии и достижениям внейровизуализации 2. Прогноз для пациентов с BCBM остаётся плохим, поскольку доступные методы лечения — включая хирургию, лучевую терапию и химиотерапию — в основном паллиативные, а неврологические симптомы серьёзно влияют на качествожизни 3. Хотя таргетные и иммунотерапии рассматриваются как дополняющие стратегии, клиническая польза иммунотерапии при метастазах в мозге остаётсяограниченной 4,5,6.
Недавние исследования усовершенствовали наше понимание иммунитета мозга и возобновили интерес к функциональным лимфатическим путям, связанным с ЦНС, включая лимфатические сосуды вмозговых мозгах 7 ислизистой слизистой носа 8. Эти структуры образуют непрерывную лимфатическую сеть, окружающую мозг и простирающуюся рядом с обонятельной луковицей и крибриформной пластинкой, в конечном итоге соединяясь с шейными лимфатическими узлами. Эта система играет ключевую роль в гомеостазе жидкости, иммунном надзоре и транспорте иммунных клеток между ЦНС и периферическими лимфоиднымиорганами 9. По мере роста интереса к иммунотерапевтическим подходам к опухолям и метастазам мозга эти лимфатические и иммунные интерфейсы становятся перспективными, но всё ещё недостаточно изученными путями, через которые системный иммунитет может взаимодействовать с внутричерепными поражениями. Кроме того, механизмы, регулирующие набор иммунных клеток в микросреду опухоли мозга, и то, как эти клетки взаимодействуют в этой уникальной среде, остаются плохо изученными. В совокупности эти пробелы подчёркивают необходимость доклинических моделей и процедур, позволяющих всесторонний анализ взаимодействий между опухолью и иммунным взаимодействием и поддерживающих разработку стратегий по улучшению противоопухолевой иммунитета против метастазов в мозге.
Здесь мы описываем протокол, который сочетает создание воспроизводимой, иммунокомпетентной модели мышей BCBM посредством стереотаксичной внутричерепной инокуляции клеток E0771 с выделением и диссоциацией мозговых мозгов и обонятельной луковицы для иммунофенотипирования с помощью спектральной цитометрии. Этот подход позволяет проводить контролируемое моделирование BCBM для оценки безопасности и эффективности терапевтических вмешательств, а также позволяет глубоко охарактеризовать иммунные и стромальные популяции на интерфейсе лимфатического и иммунного мозга, предоставляя представление о клеточных факторах, формирующих микроокружение опухолей мозга и влияющих на ответы на лечение.
Животные модели остаются незаменимыми для изучения метастазов в мозге, поскольку многие критически важные аспекты прогрессирования метастатического цикла невозможно воспроизвести in vitro. Было разработано несколько моделей мышей in vivo для генерации метастазов в мозге, каждая из которых имеет свои преимущества и ограничения10. Модели спонтанных метастазов, включая ортотопную имплантацию или генетически модифицированные мышиные модели, более близко имитируют клиническое прогрессирование заболевания, но редко вызывают внутричерепные поражения, требуют длительных экспериментальных сроков и часто обеспечивают высокую изменчивость из-за широко распространённых экстракраниальных заболеваний. Системные методы, включая интракардиакальные, интракаротидные или хвостовые вены, вводят опухолевые клетки в кровообращение и лучше имитируют гематогенное распространение, экстравазацию гематоэнцефалического барьера и колонизацию. Однако эти модели не охватывают ранние стадии первичного вторжения в опухоли и часто приводят к обширным и изменчивым экстракраниальным метастазам, особенно в лёгких. Среди системных моделей интрасонная инъекция имеет наименьшую вариабельность, но требует продвинутых хирургических знаний. Альтернативно, внутричерепная инъекция обладает рядом преимуществ, включая точный контроль расположения опухоли, быстрое и воспроизводимое развитие опухоли, а также снижение вариабельности между экспериментами. Этот подход также может дополняться ортотопической первичной опухолью, а затем хирургической резекцией для более точного имитации метастатического процесса. Хотя внутричерепная инъекция не воспроизводит полный метастатический каскад и не подходит для изучения ранней инвазии и распространения, она предоставляет надёжную модель для оценки терапевтической эффективности при выявленных поражениях и для изучения взаимодействий в микроокружении мозга. Известное ограничение заключается в том, что сама инъекция может вызывать локальное нейровоспаление, потенциально влияя на иммунные показатели, которые можно оценить, сравнивая иммунные профили у инъекционных и неинъекционных мышей.
Иммунная характеристика мозговых мозгов и обонятельной лукови остаётся относительно новой и малоизученной областью исследований. Большинство исследований опираются на образцы целого мозга или шейных лимфатическихузлов 11, которые не отражают характерный клеточный состав и специализированные иммунные функции этих лимфатических тканей. Восстановление обеих структур даёт более широкий и информативный взгляд на иммунитет мозга. В сочетании с мультипараметрической спектральной потоковой цитометрией этот рабочий процесс поддерживает высокопроизводительное профилирование многочисленных и редких иммунных клеток, участвующих в периферической иммунной коммуникации ЦНС. Это включает количественную оценку поверхностных и внутриклеточных маркеров для выявления подмножеств клеток, оценки состояний активации и изменений, вызванных лечением. Другие методологии иммунного анализа ЦНС, не охватываемые этим протоколом, включают иммуногистохимию (IHC) и иммунофлуоресценцию (IF), которые сохраняют пространственное распределение иммунных клеток, но ограничены низкомаркерным мультиплексированием, субъективной количественной оценкой и недостаточной представленностью редких типовклеток 12. В последнее время секвенирование одноклеточной РНК (scRNA-seq) расширило возможности профилирования иммунных популяций ЦНС, позволяя открывать клеточные состояния и транскрипционные программы с высоким разрешением. Несмотря на мощное транскриптомическое понимание, scRNA-seq ограничен стоимостью, артефактами диссоциации, выпадением транскрипта и потерей разрешения на уровнебелка 13,14. Потоковая цитометрия, хотя и не обладает пространственным анализом и чувствительна к эффектам, связанным с диссоциацией, обеспечивает превосходное фенотипическое разрешение благодаря продвинутой мультипараметрической панели и обеспечивает надёжное количественное иммунное профилирование.
В совокупности описанные здесь методологии предоставляют гибкую и мощную платформу для моделирования BCBM и анализа иммунной динамики на лимфатических интерфейсах ЦНС, поддерживая доклиническую разработку терапии, направленных как на микроокружение опухолей мозга, так и на связанные с ней иммуннорегуляторные пути.