Heterotope Mucosal engrafting Procedure voor Direct Drug Delivery naar de hersenen in Muizen
Summary
Een muis model van menselijke endoscopische schedelbasis reconstructie is ontwikkeld dat een semi-permeabel interface tussen de hersenen en de neus met behulp van nasale mucosale enten creëert. Deze methode staat onderzoekers aflevering aan het centrale zenuwstelsel van hoogmoleculaire geneesmiddelen die anders zijn uitgesloten door de bloed-hersenbarrière bij systemisch toegediend bestuderen.
Abstract
Levering van geneesmiddelen in de hersenen wordt belemmerd door de aanwezigheid van de bloed-hersenbarrière (BBB) die de doorgang van polaire en hoog molecuulgewicht uit de bloedbaan en in het hersenweefsel beperkt. Sommige directe levering succes bij mensen is bereikt via de implantatie van transcraniële katheters; maar deze methode is zeer invasief en geassocieerd met talrijke complicaties. Een minder invasief alternatief zou zijn om de hersenen te doseren via een chirurgisch geïmplanteerde, semipermeabel membraan zoals neusslijmvlies die wordt gebruikt om schedelbasis gebreken te herstellen na endoscopische transnasal tumorverwijdering chirurgie in mensen. Geneesmiddeloverdracht hoewel dit membraan zou effectief omzeilen de BBB en diffuse direct in de hersenen en de cerebrospinale vloeistof. Geïnspireerd door deze aanpak, een chirurgische benadering in muizen ontwikkeld die een donor septum slijmvlies geënt op een extracraniale chirurgische BBB defect gebruikt. Dit model is aangetoond effectieflaten de passage van verbindingen met hoog molecuulgewicht in de hersenen. Aangezien vele kandidaat-geneesmiddelen zijn in staat die de BBB, dit model is waardevol voor preklinisch testen van nieuwe therapieën voor neurologische en psychiatrische ziekten.
Introduction
De behandeling van neurologische en psychiatrische ziekten wordt ernstig belemmerd door de aanwezigheid van de bloed-hersenbarrière (BBB) dat meer dan 95% van alle mogelijke farmaceutische middelen voorkomt bereiken het centrale zenuwstelsel 1-3. Bijvoorbeeld, gliale afgeleide neurotrofe factor (GDNF) is effectief gebleken bij de behandeling van de ziekte van Parkinson als rechtstreeks geïnjecteerd in de hersenen te zijn, maar werkt niet als systemisch afgegeven, omdat deze niet kan doordringen de BBB 4-6.
Talrijke benaderde zijn ontwikkeld om te proberen dit probleem te omzeilen. Verbetering van systemische toediening van neurotheraputics is aangetoond met geneesmiddel conjugaten met antilichamen selectief voor transporteiwitten op de hersenen capillaire endotheel; deze werkwijze echter niet aangetoond toepasbaar voor een breed scala van geneesmiddelen 7,8 te zijn. Daarnaast heeft osmotische opening van de BBB gebruikt kliniekally, maar deze methode lijdt aan systemische dosis van het geneesmiddel in tegenstelling tot een gerichte aflevering aan de hersenen interessegebied 9. Aanzienlijke inspanningen werden in het optimaliseren transnasal levering in de hoop direct gericht op de hersenen 10-12 zetten. Hoewel enig succes is geboekt, zijn overtuigende resultaten alleen verkregen voor geneesmiddelen met endogene receptoren, zoals insuline 13,14 bezitten. Verder is het mechanisme van transnasal levering is controversieel met aanwijzingen indirecte binnenkomst in de hersenen via olfactorische neuron opname of via de bloedbaan 11 geweest. Direct transcraniële productietijd middels implanteerbare katheters is bereikt, maar deze procedure is zeer invasief en geassocieerd met talrijke complicaties 15,16. Tot op heden is er geen algemeen minimaal invasieve methode hoog molecuulgewicht leveren in de hersenen.
Die hierin is een muizen chirurgische ingreepdat zorgt voor een halfdoorlaatbare interface met de hersenen. Dit wordt bereikt door enten een slijmvlies explantaat 17 via een chirurgische craniotomie defect in een muis. Met deze procedure is aangetoond dat oplosbare verbindingen tot 500 kDa in het centrale zenuwstelsel (direct in het hersenparenchym en in cerebrospinale vloeistof) zowel tijd molecuulgewicht afhankelijke wijze 18 worden geleverd. Deze methode van het omzeilen van de BBB is een model voor schedelbasis defect reparaties bij mensen die vascularized mucosale enten gebruikt om gaten in de schedel te herstellen volgende transnasal endoscopische chirurgie 19,20.
Protocol
Representative Results
Discussion
De lastigste stap van de hierin beschreven werkwijze is de succesvolle overdracht van een voldoende groot slijmvlies op het hersenoppervlak. Deze stap wordt aanzienlijk vergemakkelijkt indien het geoogste neustussenschot is groot genoeg en goed schoongemaakt. Als het ventrale gedeelte van het septum wordt afgekapt, moet een nieuw implantaat worden verkregen. De boorhoek moet loodrecht op de muis zijn hoofd dat de mucosale membraan niet beschadigd door de boor. Indien een groter dan aanbevolen boorbaan genomen zal het ve…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Deze studie werd gefinancierd door de Mcihael J. Fox Foundation voor onderzoek 2011 Rapid Response Innovations Parkinson Awards Program. De financiers hadden geen rol in onderzoeksopzet, gegevensverzameling en-analyse, besluit tot publicatie, of voorbereiding van het manuscript.
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| mice | Taconic | C57BL/6 | |
| Isoflurane | Piramal Healthcare | ||
| Student Fine Scissors | Fine Science Tools | 91461-11 | |
| pneumatic drill | MTI Dental | 333-CB | |
| drill bit | |||
| forcepts | Fine Science Tools | 91106-12 | |
| 0.9% Sodium Chloride Injection USP | Abbott Laboratories | 4925 | |
| Polystyrene Detri Dish | Fisher | 08-757-12 | for temporarily storing graft |
| Bead Sterilizer | Fine Science Tools | 18000-45 | |
| Oxygen/Isoflurane System | SurgiVet | V720100 | |
| Temperature Control System | Physitemp | TCAT-2LV | |
| Small Animal Stereotaxic Instrument | KOPF | Model 940 | |
| Eye Ointment | |||
| Electric shaver | |||
| Cotton-Tipped Applicators | Fisher | 23-400-106 | |
| 7.5% Provadone Iodine | Betadine surgical scrub | ||
| 70% Ethanol | |||
| Surgical Blade Stainless | Feather | 2976#10 | |
| Scalpel Handle – #3 | Fine Science Tools | 10003-12 | |
| 3% Hydogen Peroxide | for cleaning the skull | ||
| Vetbond Tissue Adhesive | 3M | 1469SB | |
| needles | Becton, Dickinson and Company | 305176 | needle tip cut off and used as well |
| syringes | Becton, Dickinson and Company | 309597 | |
| nitrile gloves | Denville Scientific Inc | G4162 | for well closure and protection of graft |
| 5-0 Nylon Suture Thread | |||
| Student Halsey Needle Holder | Fine Science Tools | 91201-13 | |
| cyanoacrylate adhesive | commecially available super glue | ||
| Dental Cement Kit, 1 lb, Pink Opaque | Stoelting | 51458 | |
| isobutane (2-methylbutane) | Aldrich | M32631 | for dry ice bath |
| dry ice |
References
- Cardoso, F. L., et al. Looking at the blood-brain barrier: Molecular anatomy and possible investigation approaches. Brain Res. Rev. 64, 328-363 (2010).
- Pardridge, W. M. Drug transport across the blood-brain barrier. J. Cereb. Blood Flow Metab. 32, 1959-1972 (2012).
- Chen, Y., Liu, L. Modern methods for delivery of drugs across the blood-brain barrier. Adv. Drug Deliv. Rev. 64, 640-665 (2012).
- Cheng, F. -. C., et al. Glial cell line-derived neurotrophic factor protects against 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP)-induced neurotoxicity in C57BL/6 mice. Neurosci. Lett. 252, 87-90 (1998).
- Grondin, R., et al. controlled GDNF infusion promotes structural and functional recovery in advanced parkinsonian monkeys. Brain. 125, 2191-2201 (2002).
- Kirik, D., et al. Localized striatal delivery of GDNF as a treatment for Parkinson disease. Nat. Neurosci. 7, 105-110 (2004).
- Pardridge, W. M. Drug and gene targeting to the brain with molecular trojan horses. Nat. Rev. Drug Discov. 1, 131-139 (2002).
- Pardridge, W. M. Blood-brain barrier delivery of protein and non-viral gene therapeutics with molecular Trojan horses. J. Control. Release. 122, 345-348 (2007).
- Bellavance, M. -. A., et al. Recent advances in blood-brain barrier disruption as a CNS delivery strategy. AAPS J. 10, 166-177 (2008).
- Merkus, F. H. M., Berg, M. Can nasal drug delivery bypass the blood-brain barrier. Drugs R. D. 8, 133-144 (2007).
- Dhuria, S. V., et al. Intranasal delivery to the central nervous system: Mechanisms and experimental considerations. J. Pharm. Sci. 99, 1654-1673 (2010).
- Illum, L. Nasal drug delivery-possibilities, problems and solutions. J. Control. Release. 87, 187-198 (2003).
- Craft, S., et al. Intranasal insulin therapy for alzheimer disease and amnestic mild cognitive impairment: A pilot clinical trial. Arch. Neurol. 69, 29-38 (2012).
- Freiherr, J., et al. Intranasal insulin as a treatment for Alzheimer’s Disease: A review of basic research and clinical evidence. CNS Drugs. 27, 505-514 (2013).
- Gill, S. S., et al. Direct brain infusion of glial cell line-derived neurotrophic factor in Parkinson disease. Nat. Med. 9, 589-595 (2003).
- Love, S., et al. Glial cell line-derived neurotrophic factor induces neuronal sprouting in human brain. Nat. Med. 11, 703-704 (2005).
- Antunes, M. B., et al. Murine nasal septa for respiratory epithelial air-liquid interface cultures. BioTechniques. 43, 195-204 (2007).
- Bleier, B. S., et al. Permeabilization of the blood-brain barrier via mucosal engrafting: implications for drug delivery to the brain. PLoS ONE. 8, (2013).
- Bernal-Sprekelsen, M., et al. Closure of cerebrospinal fluid leaks prevents ascending bacterial meningitis. Rhinology. 43, 277-281 (2005).
- Bleier, B. S., et al. Laser-assisted cerebrospinal fluid leak repair: An animal model to test feasibility. Otolaryngol. Head Neck Surg. 137, 810-814 (2007).
