Heterotop Mucosal transplantere Procedure for direkte Drug Delivery til Brain i mus
Summary
En musemodel af human endoskopisk cranii genopbygning er blevet udviklet, der skaber en semipermeabel grænseflade mellem hjernen og næsen ved hjælp af nasal slimhinde-podninger. Denne metode gør det muligt for forskere at undersøge levering til centralnervesystemet af højmolekylære terapeutika, der ellers er udelukket af blod-hjerne-barrieren, når de indgives systemisk.
Abstract
Levering af terapeutiske midler ind i hjernen hæmmes af tilstedeværelsen af blod-hjerne-barrieren (BBB), som begrænser passagen af polære og forbindelser med høj molekylvægt fra blodbanen og ind i hjernevæv. Nogle direkte succes levering i mennesker er opnået via implantation af transkranielle katetre; men denne metode er meget invasiv og forbundet med mange komplikationer. En mindre invasiv alternativ ville være at dosere hjernen gennem et kirurgisk implanteret, semipermeabel membran, såsom den nasale mucosa, der anvendes til at reparere cranii manglerne efter endoskopisk transnasal tumor fjernelse kirurgi i mennesker. Drug overførsel selvom denne membran vil reelt omgå BBB og diffundere direkte ind i hjernen og cerebrospinalvæsken. Inspireret af denne fremgangsmåde blev en kirurgisk fremgangsmåde udviklede musene, der bruger en donor septal slimhinde indpodet i et ekstrakranialt kirurgisk BBB defekt. Denne model har vist sig effektivt attillade passage af forbindelser med høj molekylvægt i hjernen. Da mange lægemiddelkandidater er i stand til at krydse BBB, denne model er værdifuldt for at udføre præklinisk afprøvning af nye behandlingsformer for neurologiske og psykiatriske sygdomme.
Introduction
Behandling af neurologiske og psykiatriske sygdomme er alvorligt hæmmet af tilstedeværelsen af blod-hjerne-barrieren (BBB), hvilket hindrer over 95% af alle potentielle farmaceutiske midler at nå centralnervesystemet 1-3. For eksempel glial neurotrofisk faktor (GDNF) har vist sig at være effektivt i behandling af Parkinsons sygdom, når det injiceres direkte i hjernen, men er ineffektiv, når den leveres systemisk, fordi det ikke kan trænge BBB 4-6.
Talrige nærmede er blevet udviklet til at omgå dette problem. Forbedring i systemisk levering af neurotheraputics er blevet påvist ved hjælp af lægemiddelkonjugater indeholdende antistoffer er selektive for transportproteiner placeret på hjernen kapillærendotelet; men denne metode har ikke vist sig at være gældende for en bred vifte af lægemidler 7,8. Derudover har osmotisk åbning af BBB blevet anvendt klinikallierede, men denne fremgangsmåde lider af systemisk lægemiddel dosering i modsætning til en mere direkte levering til hjernen regionen af interesse 9. Væsentlig indsats har været lagt i at optimere transnasal levering i håb om direkte rettet mod hjernen 10-12. Selv om nogle succes er opnået, har afgørende resultater kun er opnået for lægemidler, der besidder endogene receptorer, såsom insulin 13,14. Desuden mekanismen for transnasal levering har været kontroversiel med tyder indirekte indrejse i hjernen via olfaktoriske neuron optagelse eller gennem blodbanen 11. Direct transkraniel levering ved hjælp af implanterbare katetre er opnået, men denne fremgangsmåde er meget invasiv og forbundet med mange komplikationer 15,16. Til dato er der ingen generel, minimalt invasiv metode til at levere forbindelser med høj molekylvægt i hjernen.
Præsenteret heri er et murint kirurgisk procedureder skaber en semipermeabel grænseflade med hjernen. Dette opnås ved at transplantere en slimhindemembran eksplantatet 17 over en kirurgisk kraniotomi defekt i en mus. Ved hjælp af denne fremgangsmåde er det blevet vist, at opløselige forbindelser op til 500 kDa kan leveres ind i det centrale nervesystem (direkte ind i hjerneparenkymet samt i cerebrospinalvæske) i både tid og molekylvægt afhængig måde 18. Denne metode til at omgå BBB er en model for kraniet basen defekt reparationer hos mennesker, der bruger vaskulariserede slimhinde podninger til at reparere huller i kraniet efter transnasal endoskopisk kirurgi 19,20.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den sværeste skridt i proceduren, der er beskrevet heri, er den vellykket overdragelse af en tilstrækkelig størrelse slimhinde på hjernen overflade. Dette trin er væsentligt nemmere, hvis det høstede næseskillevæggen er stort nok og rengøres godt. Hvis den ventrale del af skillevæggen er afkortet, hvis en ny graft opnås. Boringen vinkel skal være vinkelret på musen hovedet for at sikre, at slimhinden ikke beskadiges af boret. Hvis en bredere end anbefalet boring sti taget det vil være meget sværere at fje…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denne undersøgelse blev finansieret af Mcihael J. Fox Foundation for Parkinsons Research 2011 reaktionsoperationer Innovations Awards Program. De finansieringskilderne havde ingen rolle i studie design, dataindsamling og-analyse, beslutning om at offentliggøre, eller udarbejdelse af 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).
