Heterotopic הרירי Engrafting נוהל העברת תרופות ישיר למוח בעכברים
Summary
מודל עכבר של שיקום בסיס גולגולת אנדוסקופית האנושי פותח שיוצר ממשק semipermeable בין המוח והאף באמצעות שתלי רירית האף. שיטה זו מאפשרת לחוקרים ללמוד מסירה למערכת העצבים המרכזית של הרפוי משקל מולקולרי גבוהה שאינם נכללים אחרת על ידי מחסום דם המוח, כאשר באופן מערכתי.
Abstract
משלוח של תרופות לתוך המוח היא הקשתה על ידי הנוכחות של מחסום דם המוח (BBB) המגביל את המעבר של תרכובות במשקל מולקולריות קוטביות וגבוהות ממחזור הדם ולתוך רקמת המוח. הצלחה מסוימת משלוח ישירה בבני האדם הושגה באמצעות השתלה של צנתרים transcranial; עם זאת שיטה זו היא פולשני מאוד וקשור לסיבוכים רבים. אלטרנטיבה פחות פולשנית תהיה מינון המוח דרך קרום מושתל בניתוח, semipermeable כגון רירית האף המשמש לתיקון פגמים בסיס גולגולת לאחר ניתוח אנדוסקופי transnasal גידול ההסרה בבני אדם. העברת תרופות אם כי קרום זה הייתי בצורה יעילה לעקוף את BBB ולפזר ישירות לתוך המוח ונוזל השדרה. בהשראת גישה זו, גישה ניתוחית בעכברים פותחה המשתמשת בקרום הרירי במחיצה בין תורם engrafted על פגם BBB כירורגית extracranial. מודל זה הוכח ביעילותלאפשר המעבר של תרכובות במשקל מולקולריות גבוהות לתוך המוח. מאז לתרופות רבות אינן מסוגלות לחצות את BBB, מודל זה הוא בעל ערך לביצוע בדיקה קליני של טיפולים חדשניים למחלות נוירולוגיות ופסיכיאטריות.
Introduction
הטיפול במחל נוירולוגיות ופסיכיאטריות מתעכבת קשות על ידי הנוכחות של מחסום דם המוח (BBB) המונע על 95% מכלל סוכני התרופות הפוטנציאליים מלהגיע למערכת העצבים המרכזית 1-3. לדוגמא, גליה נגזר neurotrophic פקטור (GDNF) הוכח כיעיל בטיפול במחלת פרקינסון כאשר הוא מוזרק ישירות לתוך המוח, עם זאת הוא לא יעיל כאשר נמסרו מערכתי, כי זה לא יכול לחדור 4-6 BBB.
רב פנו פותחו כדי לנסות לעקוף את הבעיה הזו. שיפור במשלוח מערכתי של neurotheraputics הודגם באמצעות conjugates תרופה המכיל נוגדנים סלקטיבית לחלבוני תחבורה ממוקמים על האנדותל נימים במוח; עם זאת שיטה זו לא הוכח כישימה למגוון רחב של תרופות 7,8. בנוסף, פתיחה האוסמוטי של BBB נעשתה שימוש במרפאתברית, אולם בשיטה זו סובלת ממינון תרופה מערכתי בניגוד למשלוח ישיר יותר לאזור במוח של עניין 9. מאמץ ניכר כבר הכניס לתוך ייעול משלוח transnasal בתקווה ישירות מיקוד המוח 10-12. למרות הצלחה מסוימת הושגה, תוצאות חד משמעיות שרק התקבלו לתרופות שיש להם קולטנים אנדוגני, כגון 13,14 אינסולין. יתר על כן המנגנון של משלוח transnasal היה שנוי במחלוקת עם ראיות המצביעות על כניסה עקיפה אל המוח דרך עצב ספיגת ריח או באמצעות 11 זרם הדם. משלוח ישיר, transcranial באמצעות צנתרים מושתלים הושג, עם זאת הליך זה הוא פולשני מאוד וקשור עם מספר רב של סיבוכי 15,16. נכון להיום, לא קיימת שיטה כללית, פולשנית כדי לספק תרכובות במשקל מולקולריות גבוהות לתוך המוח.
המוצג כאן הוא הליך כירורגי עכברישיוצר ממשק semipermeable עם המוח. המטרה זו מושגת על ידי engrafting explant קרום הרירי 17 על פגם craniotomy כירורגית בעכבר. באמצעות הליך זה זה כבר הראה כי תרכובות מסיסים עד 500 kDa יכולות להיות מועברות למערכת העצבים המרכזית (ישירות לתוך parenchyma המוח, כמו גם לנוזל השדרה) בשני זמן ואופנה תלויה במשקל מולקולרי 18. שיטה זו של עקיפת BBB היא מודל לתיקוני פגם בסיס גולגולת בבני אדם אשר עושה שימוש בשתלים ברירית vascularized כדי לתקן חורים בגולגולת בעקבות ניתוח אנדוסקופי transnasal 19,20.
Protocol
Representative Results
Discussion
הצעד הקשה ביותר של ההליך המתואר במסמך זה הוא ההעברה המוצלחת של קרום הרירי בגודל מתאים על גבי משטח המוח. צעד זה נעשה קל יותר באופן משמעותי, אם מחיצת האף שנקטפו היא גדולה מספיק וניקה היטב. אם החלק הגחוני של מחיצת האף נחתך, יש לקבל שתל חדש. זווית הקידוח צריכה להיות בניצב לר…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה מומן על ידי קרן Mcihael ג'יי פוקס לשנת 2011 מחקר החידושים Rapid Response פרקינסון תכנית פרסים. היו הממנים שום תפקיד בעיצוב מחקר, איסוף נתונים וניתוח, החלטה לפרסם, או הכנה של כתב היד.
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).
