Heterotop Mucosal poding Prosedyre for direkte Drug Delivery til Brain i Mus
Summary
En musemodell for human endoskopisk skallegrunnoppbyggingen har blitt utviklet som gir en semipermeabel grensesnitt mellom hjernen og nesen ved hjelp av nasale slimhinne grafts. Denne metoden gjør det mulig for forskere å undersøke levering til sentralnervesystemet av høy molekylvekt terapeutiske midler som ellers er utelukket ved blod-hjerne-barrieren når de administreres systemisk.
Abstract
Levering av terapeutiske midler inn i hjernen blir hindret ved tilstedeværelse av blod-hjerne-barrieren (BBB) som begrenser passasjen av polare og høy-molekylære forbindelser fra blodet og inn i hjernevevet. Noen direkte levering suksess hos mennesker er oppnådd via implantasjon av transkranial katetre; Imidlertid er denne metoden meget inngripende og forbundet med mange komplikasjoner. En mindre påtrengende alternativ ville være å dosere hjernen gjennom en implantert, semipermeabel membran slik som neseslimhinnen som brukes til å reparere skallen basisfeil etter transnasal endoskopisk fjerning av svulster kirurgi hos mennesker. Drug overføring selv om denne membranen effektivt ville omgå BBB og diffundere direkte inn i hjerne-og spinalvæske. Inspirert av denne tilnærmingen, ble et kirurgisk tilnærming i mus utviklet som anvender en donor septal-slimmembranen over en innpodet ekstrakraniell kirurgisk BBB defekt. Denne modellen har vist seg å effektivttillater passering av høy-molekylære forbindelser til hjernen. Siden mange stoffet kandidater er i stand til å krysse BBB, er denne modellen verdifullt for å utføre preklinisk testing av nye behandlingsformer for nevrologiske og psykiatriske sykdommer.
Introduction
Ved behandling av neurologiske og psykiatriske sykdommer er sterkt hindret av tilstedeværelsen av blod-hjerne-barrieren (BBB), som hindrer at over 95% av alle potensielle farmasøytiske midler fra å nå det sentrale nervesystemet 1-3. For eksempel, glial avledet neurotrofisk faktor (GDNF) har vist seg å være effektiv i behandling av Parkinsons sykdom når det injiseres direkte i hjernen, men er ineffektive når levert systemisk fordi det ikke kan trenge inn i BBB 4-6.
Tallrike nærmet har blitt utviklet for å forsøke å omgå dette problemet. Forbedring i systemisk levering av neurotheraputics har blitt demonstrert ved hjelp av medikament konjugater inneholdende antistoffer som selektive for transportproteiner som ligger på hjerne kapillær endotel; Men denne metoden har ikke blitt vist å være anvendelig for et bredt spekter av farmasøytiske 7,8. I tillegg har osmotiske åpning av BBB blitt brukt klinikkenally, men denne metode lider av systemisk medikamentdosering i motsetning til en mer direkte tilførsel til hjernen region av interesse 9.. Betydelig innsats har blitt lagt i å optimalisere transnasal levering i håp om direkte rettet mot hjernen 10-12. Selv om en viss suksess er oppnådd, er konkluderende resultater bare blitt oppnådd for medikamenter som besitter endogene reseptorer, slik som insulin 13,14. Videre mekanismen av transnasal levering har vært kontroversielt med bevis som tyder indirekte inntreden i hjernen via lukte nevron opptak eller gjennom blodet 11. Direkte, transcranial levering ved hjelp av implanterbare katetre har blitt oppnådd, men denne fremgangsmåten er meget invasiv og forbundet med mange komplikasjoner 15,16. Til dags dato er det ikke generelt minimal invasiv metode for å levere høy-molekylære forbindelser til hjernen.
Presenteres her er et mus kirurgisk prosedyresom skaper et semipermeabelt grensesnitt med hjernen. Dette oppnås ved poding en mukosal membran eksplantering 17 over et kirurgisk kraniotomi defekt i en mus. Ved hjelp av denne fremgangsmåten har det vist seg at oppløselige forbindelser opp til 500 kDa kan bli levert inn i det sentrale nervesystemet (direkte i hjernen parenchyma, så vel som inn i cerebrospinalvæsken) i både tid og molekylvektavhengig måte 18. Denne metoden for å omgå BBB er en modell for skallebasis defekt reparasjon hos mennesker som bruker vascularized slimhinne grafts å reparere hull i hodeskallen etter transnasal endoskopisk kirurgi 19,20.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den vanskeligste trinn av fremgangsmåten som er beskrevet heri er en vellykket overføring av en tilstrekkelig størrelse mukosal membran på hjernens overflate. Dette trinnet blir gjort vesentlig lettere dersom høstet nasal septum er stort nok, og renset godt. Hvis den ventrale del av skilleveggen er trunkert, bør et nytt pode oppnås. Borevinkel bør være vinkelrett på mus hodet for å sikre at mukosamembranen ikke skades av drillen. Dersom en bredere enn anbefalte borebanen er tatt vil det være mye vanskeligere…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denne studien ble finansiert av Mcihael J. Fox Foundation for Parkinson-forskning 2011 Rapid Response Innovations Awards Program. Finansiører hadde ingen rolle i studiedesign, datainnsamling og analyse, beslutning om å publisere, eller utarbeidelse av manuskriptet.
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).
