यहाँ, हम एक माउस स्थिति डिवाइस है कि एक मस्तिष्क-लक्ष्यपेति पेप्टाइड-siRNA निर्माण के intranasal प्रशासन के लिए चूहों के उपयुक्त स्थान सक्षम बनाता है का उपयोग कर एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत केंद्रीय तंत्रिका तंत्र में प्रभावी जीन silencing सक्षम.
मस्तिष्क में दवा की डिलीवरी केंद्रीय तंत्रिका तंत्र (सीएनएस) में दवाओं की डिलीवरी के लिए रक्त मस्तिष्क बाधा (बीबी) को बायपास करने के लिए एक आशाजनक विधि के रूप में उभरा है। हाल के अध्ययनों से एक पेप्टाइड के उपयोग का प्रदर्शन, RVG9R, रेबीज वायरस ग्लाइकोप्रोटीन के न्यूनतम रिसेप्टर बाध्यकारी डोमेन को शामिल, मस्तिष्क में न्यूरॉन्स में siRNA की डिलीवरी प्राप्त करने में. इस प्रोटोकॉल में, पेप्टाइड-सिरना निर्माण प्रमुख हाथ में एक पिपेट के साथ intranasally दिया जाता है, जबकि एनेस्थेटाइज्ड माउस को फेफड़ों में जल निकासी से बचने के लिए “सिर नीचे और आगे की स्थिति” में गैर प्रमुख हाथ के साथ स्क्रफ द्वारा रोका जाता है और साँस लेना पर पेट. चूहों की यह सटीक मनोरंजक सीखा जा सकता है, लेकिन आसान नहीं है और प्रभावी सीएनएस तेज में परिणाम के लिए अभ्यास और कौशल की आवश्यकता है. इसके अलावा, प्रक्रिया लंबे समय से तैयार की है, के बारे में की आवश्यकता होती है के बारे में 45 मिनट की कुल मात्रा के प्रशासन के लिए $20-30 $L समाधान की 1-2 $L बूंद मात्रा प्रति साँस लेना में, प्रत्येक साँस लेना के बीच 3-4 मिनट आराम अवधि के साथ. इस अध्ययन का उद्देश्य एक माउस स्थिति उपकरण है कि पेप्टाइड-siRNA तैयार करने के कुशल में प्रशासन के लिए चूहों के उपयुक्त स्थान सक्षम बनाता है खुलासा करने के लिए है. एकाधिक सुविधाओं को डिवाइस के डिजाइन में शामिल किया जाता है, जैसे कि समायोज्य ऊंचाई के साथ चार या आठ पोजीशनिंग कुर्सियां और सिर में एनेस्थेटाइज्ड चूहों को नियंत्रित करने के लिए झुकाव नीचे और आगे की स्थिति, चूहों के nares के आसान दृश्य को सक्षम करने और एक प्रक्रिया के दौरान चूहों के शरीर के तापमान को बनाए रखने के लिए निर्मित हीटिंग पैड। महत्वपूर्ण बात, इस तरह से RVG9R-siRNA परिसरों के साथ एक साथ चार या आठ चूहों का इलाज करने की क्षमता एक बहुत जल्दी समय पैमाने पर अध्ययन सक्षम बनाता है, एक चिकित्सात्मक siRNA दृष्टिकोण के परीक्षण के लिए. अंत में, इस उपकरण के लिए उपयुक्त और नियंत्रित माउस सिर स्थिति RVG9R-siRNA और अन्य चिकित्सीय अणुओं, जैसे नैनोकणों या एंटीबॉडी के रूप में आवेदन के लिए अनुमति देता है, सीएनएस वितरण के लिए.
बीबीबी ने सीएनएस और मस्तिष्क1को प्रभावित करने वाले रोगों के लिए चिकित्सीय जैव अणुओं के वितरण के लिए एक महत्वपूर्ण चुनौती प्रस्तुत करते हुए 400-600 दा के व्यवस्थित रूप से प्रशासित अणुओं को मस्तिष्क में प्रवेश करने से रोकता है। मस्तिष्क के लिए प्रत्यक्ष दवा वितरण स्टीरियोटैक्टिक इंजेक्शन द्वारा प्राप्त किया जा सकता है; हालांकि, यह शल्य विशेषज्ञता की आवश्यकता है और इंजेक्शन साइट के निकट क्षेत्रों के लिए वितरण में अत्यधिक प्रतिबंधित है, यह नियमित नैदानिकउपयोगके लिए अनुपयुक्त बना 2 . मस्तिष्क को प्रसव में भी BBB को दरकिनार करके प्रत्यक्ष मस्तिष्क वितरण में परिणाम कर सकते हैं, मस्तिष्क को पदार्थों की एक किस्म के प्रत्यक्ष और तेजी से हस्तांतरण के लिए अनुमति3,4. इस हस्तांतरण घ्राण और trigeminal नसों है कि मस्तिष्क, मस्तिष्कमेरु द्रव, और लसीका प्रणाली5करने के लिए नाक मार्ग कनेक्ट के माध्यम से परिवहन तंत्र द्वारा होने के लिए सोचा है. के रूप में प्रत्यक्ष नाक से मस्तिष्क मार्ग परिधीय अंगों और ऊतकों को शामिल नहीं करता है, यह काफी प्रणालीगत दुष्प्रभाव कम कर देता है और शक्ति में सुधार. प्रशासन में चिकित्सीय एजेंटों के मस्तिष्क वितरण के लिए दोनों स्थानीय और प्रणालीगत मार्गों के लिए एक आशाजनक noninvasive विकल्प है और अल्जाइमर रोग सहित मस्तिष्क संबंधी विकारों का मुकाबला करने के लिए एक शक्तिशाली दृष्टिकोण का प्रतिनिधित्व कर सकते हैं, पार्किंसंस रोग, और मस्तिष्क कैंसर , और कई नैदानिक परीक्षणों में पता लगाया जा रहा है6,7,8.
कई प्रयोगात्मक कारक, जैसे मात्रा और टीका की विधि, साथ ही निर्माण पीएच, नाक से मस्तिष्क मार्ग9के माध्यम से सीएनएस को दवा वितरण को दृढ़ता से प्रभावित करते हैं। चूहों के साथ अध्ययन में, IN दवा वितरण की सफलता दृढ़ता से उचित सिर स्थिति पर निर्भर करता है, जो कुशल मस्तिष्क जमाव के लिए महत्वपूर्ण है और बाहरी वातावरण या वायुमार्ग में दवा जल निकासी से बचने के लिए. विशेष रूप से, कृंतक अध्ययन के बहुमत घ्राण उपकला के लिए दवा वितरण के लिए एक 70 डिग्री-90 डिग्री झुकाव के साथ एक सिर वापस स्थिति (supine) को रोजगार, भले ही सिर स्थिति 0 पर ] trachea9में जल निकासी के पक्ष में हो सकता है. चूहों में दवाओं के वितरण में है कि जाग रहे हैं सुपाच्य स्थिति में किसी भी आवेदन की तुलना में कम मस्तिष्क बयान में परिणाम, ज्यादातर वैज्ञानिकों के लिए समय की लंबी अवधि के लिए वांछित स्थिति में चूहों पकड़ असमर्थता के कारण. इसके अलावा, जाग चूहों के लिए नियोजित त्वचा पकड़ विधि द्वारा आवश्यक ऊपर-नीचे स्थिति दवा जमाव में मुख्य रूप से trigeminal तंत्रिका और घ्राण बल्ब में परिणाम, साथ ही परिधीय अंगों, जैसे गुर्दे और फेफड़ों के रूप में, 30 मिनट के भीतर पश्चसंक् ति10| नैदानिक अध्ययन में इस तरह के nonhuman primates के रूप में बड़े जानवरों में घ्राण या trigeminal नसों के माध्यम से चिकित्सकीय के वितरण के लिए सबसे उपयुक्त शरीर की स्थिति सिर नीचे और आगे की स्थिति प्रतीत होता है (यानी, तथाकथित “मक्का के लिए प्रार्थना स्थिति”)11| हालांकि, इस स्थिति को माउस मॉडल में अच्छी तरह से अध्ययन नहीं किया गया है, और सुपाच्य स्थिति अधिक व्यापक रूप से कृंतक अध्ययन में प्रयोग किया जाता है।
पहले, हमने दिखाया है कि RVG9R, एक पेप्टाइड Rabis वायरस के न्यूनतम रिसेप्टर बाध्यकारी डोमेन के आधार पर डिजाइन, कोशिकाओं को tropism प्रदर्शित करता है न्यूरॉन्स और मैक्रोफेज की तरह निकोटिनिक acetylcholine रिसेप्टर subunits व्यक्त और मध्यस्थता एक तंत्र द्वारा सिएनआरए का इंट्रासेल्यूलर वितरण जिसमें ग्राही एकत्रीकरण12,13के स्थल पर ग्राही सगाई और अस्थायी प्लाज्मा झिल्ली विस्थानीकरण शामिल है . महत्वपूर्ण बात यह है कि आरवीजी9आर-सिराना परिसरों का प्रणालीगत अंतःशिरा प्रशासन सीएनएस14में siRNA के ट्रांसवास्कुलर वितरण को सक्षम बनाता है। हालांकि, प्रणालीगत मार्ग सीएनएस को दिया siRNA की मात्रा को पतला, और हाल के आंकड़ों से पता चलता है कि RVG9R के प्रशासन में: siRNA परिसरों सिर में तैनात चूहों के लिए नीचे और आगे की स्थिति में व्यापक प्रसार लक्ष्य जीन knockdown प्रकाश में लाता है मस्तिष्क के कई क्षेत्रों15| महत्वपूर्ण बात यह है कि नॉकडाउन के इस स्तर के रूप में कम के रूप में 13.5 ग्राम siRNA के एक चार खुराक पर प्रशासित के साथ हासिल किया गया था, 2 दिन आहार जबकि चतुर्थ मार्ग तुलनीय दस्तक प्राप्त करने के लिए इंजेक्शन प्रति एक $ 5 गुना अधिक खुराक की आवश्यकता है. IN दृष्टिकोण की ही कमी यह है कि यह एक कठिन प्रक्रिया है, समाधान के प्रशासन के दौरान दोनों हाथों के उपयोग की आवश्यकता होती है, जबकि लगातार सिर में वैकल्पिक रूप से चूहों पकड़ नीचे और आगे और आराम की स्थिति में के बीच एक काफी लंबे समय से उपचार अवधि के लिए प्रत्येक साँस लेना (एक 30-45 मिनट की प्रक्रिया माउस प्रति एक $ 20-30 $L मात्रा के प्रभावी तेज के लिए). यहाँ प्रस्तुत माउस स्थिति डिवाइस का उपयोग जानवरों और प्रोटोकॉल प्रदर्शन कर्मियों के लिए थोड़ा शारीरिक दबाव के साथ चूहों की उचित नियुक्ति सक्षम बनाता है, साथ ही समय की एक उचित अवधि के भीतर चूहों के कई सहगण के उपचार, रोग 15 के अंतिम चरणों में चूहों में पश्चिम नील मस्तिष्क ज्वर के लिएएक चिकित्सीय के रूप में siRNAs का उपयोग करने पर एक गहन अध्ययन सक्षम करने के लिए 15 .
हमने चूहों को चिकित्सकीय ों की नाक से मस्तिष्क के वितरण के लिए बेहतर स्थिति के लिए एक माउस पोजीशनिंग उपकरण विकसित किया है। डिवाइस जानवरों की आसान एक साथ हैंडलिंग सुनिश्चित करने, विभिन्न कार्यक्षमताओं के साथ सुसज्जित है। यह भी प्रयोग के दौरान जानवरों के शारीरिक शरीर के तापमान के रखरखाव के लिए हीटिंग पैड के साथ सुसज्जित है. एनेस्थेटाइज्ड चूहों को विशेष रूप से डिजाइन की गई कुर्सियों के माध्यम से सिर में नीचे और आगे की स्थिति में बनाए रखा जा सकता है, जानवरों के लिए कम से कम असुविधा के साथ। स्थिति कुर्सियों की ऊंचाई इस तरह से समायोजित किया जा सकता है के रूप में सबसे अच्छा है पशु नाक कल्पना करते हुए दवाओं के प्रशासन.
मस्तिष्क वितरण में नाक के छोटे सतह क्षेत्र सहित कई आंतरिक सीमाएं हैं (प्रशासन के अनुसार अधिकतम मात्रा 20-30 डिग्री सेल्सियस की अनुमति),नाक में जलन, उपकला क्षति, और नाक उपकला 18 भर में सीमित अवशोषण . सुपिन स्थिति में रखा चूहों के लिए दवाओं के प्रशासन में पाइपेट या polyurethane ट्यूबिंग के माध्यम से पशुओं के वैकल्पिक nares में तरल दवाओं को छोड़ने के द्वारा मस्तिष्क की डिलीवरी के लिए इस्तेमाल किया गया है (24 जी x 19 मिमी) microliters सिरिंज से जुड़े19, 20.यद्यपि घ्राण उपकला के निकट दवाओं को छोड़ने के लिए ट्यूबिंग सिस्टम का उपयोग एक संभावित उपयुक्त तरीका है, फिर भी यह दोहराए जाने वाले प्रशासन पर जलन या नाक की सूजन का कारण बनता है. इसके अलावा, नाक गुहा के छोटे आकार इस दृष्टिकोण को सीमित करता है, विशेष रूप से चूहों में जो दोहराने से दूर हो सकता है, साथ ही दवा योगों द्वारा जो नाक श्लेष्म में बनी रहती है। एक अन्य विकल्प चूहों को जगाने के लिए चिकित्सा विज्ञान के प्रशासन मेंहै 10. हालांकि, इस दृष्टिकोण IN टीका के दौरान पशु हैंडलिंग के लिए कुशल प्रक्रियाओं की आवश्यकता है. इसके अतिरिक्त, यह पशु तनाव का कारण बनता है और, इसलिए, रोग मॉडल, विशेष रूप से संक्रामक रोग मॉडल के लिए आदर्श नहीं है। इसके अलावा, असंगत dosing आसानी से फेफड़ों या अपूर्ण पशु मनोरंजक के कारण पेट में दवा जल निकासी से परिणाम हो सकता है. यहाँ प्रस्तुत दृष्टिकोण वैज्ञानिकों इन तकनीकी बाधाओं को दूर करने के लिए अनुमति देता है. सिर नीचे और आगे की स्थिति मस्तिष्क के लिए प्रत्यक्ष और चयनात्मक siRNA प्रसव के पक्ष में, साँस लेने के दौरान नाक से फेफड़ों के लिए दवा रिसाव की संभावना कम कर देता है। माउस पोजीशनिंग डिवाइस का उपयोग कर वितरण में टीका लगाने के दौरान जानवरों को संभालने या मनोरंजक बनाने के लिए किसी विशेष तकनीक की आवश्यकता नहीं होती है। एक समय में चार जानवरों को कम से कम 30-45 मिनट की अवधि के लिए इलाज किया जा सकता है। प्रक्रिया एक अतिरिक्त चार कुर्सी पट्टी सहित द्वारा बढ़ाया जा सकता है, एक ही प्रयोगात्मक सत्र में अप करने के लिए आठ चूहों के आसान प्रबंधन के लिए अनुमति देता है. इसलिए, इस विधि का पालन करते हुए, एक ऑपरेटर समय की विस्तारित अवधि में जानवरों के बड़े समूहों के दिमाग में दवा वितरण को प्रेरित कर सकता है।
नाक गुहा की शारीरिक संरचना दृढ़ता से नाक से मस्तिष्क वितरण को प्रभावित करती है (के रूप में Merkus एट अल11 और Ruigrok और डे लैंग21द्वारा की समीक्षा की). चूहों में नाक गुहा के सापेक्ष सतह क्षेत्र मनुष्यों की तुलना में 15 गुना बड़ा है और घ्राण उपकला का सापेक्ष सतह क्षेत्र 6 गुना बड़ा है। हालांकि वहाँ मनुष्यों में नाक गुहा के शरीर रचना विज्ञान में महत्वपूर्ण मतभेद कृन्तकों के लिए कर रहे हैं, वहाँ लगभग 45 नैदानिक परीक्षण कई मस्तिष्क विकारों के इलाज के लिए IN दृष्टिकोण का उपयोग कर चल रहे हैं (www.clinicaltrials.gov). यहाँ प्रस्तुत अध्ययन इंगित करता है कि चिकित्सा के वितरण में उपयोग करते समय, वैज्ञानिकों को कई कारकों पर विचार करना चाहिए, जैसे सिर की स्थिति, सो, और उचित प्रसव एजेंट.
हम माउस मस्तिष्क के लिए फ्लोरोसेंट लेबल siRNA के कुशल और विशिष्ट बयान दिखाया है. इसके अलावा, SOD1 जीन अभिव्यक्ति में महत्वपूर्ण कमी IN SiRNA वितरण कार्यात्मक प्रभाव की पुष्टि के बाद मनाया. हम पहले लगातार पता चला है कि RVG9R-siRNA परिसरों पश्चिम नील नदी वायरस (WNV) आरएनए को लक्षित के प्रशासन में WNV एन्सेफलाइटिस15पर एक मजबूत चिकित्सीय प्रभाव डालती है. विशेष रूप से, नाक से मस्तिष्क siRNA वितरण एक सेल-लक्ष्यीकरण ligand (RVG) और एक सकारात्मक आरोप अणु (9R) जटिल siRNA के लिए आवश्यक है. इन तत्वों की अनुपस्थिति में, अणुओं को प्रणालीगत परिपथ तथा लसीका वाहिकाओं 48 ज पोस्टट्रीटमेंट (चित्र 3क)15के माध्यम से साफ किया गया था । इसलिए, यहाँ वर्णित प्रयोगात्मक सेटअप में, हम केवल मस्तिष्क में विशेष रूप से बनाए रखा स्तर छवि के लिए टीका लगाने के बाद पेप्टाइड/siRNA स्थानीयकरण 48 एच की जांच की है। इस दृष्टिकोण को आसानी से अन्य अणुओं की डिलीवरी के लिए लागू किया जा सकता है, जैसे प्रोटीन, पेप्टाइड्स, और नैनोकणों, या अन्य चिकित्सकीय, मस्तिष्क से संबंधित विकारों की एक संख्या के उपचार के लिए.
The authors have nothing to disclose.
इस काम को कोरिया के स्वास्थ्य एवं कल्याण मंत्रालय (HI17C1046) ने एस.के.एल.
Comercial assays | |||
iScript cDNA synthesis kit | BioRad | Cat# 1708891 | |
RNAiso plus | TaKaRa Bio | Cat# 9108 | |
SYBR Premix ExTaq | TaKaRa Bio | Cat# RR420A | |
Dyes | |||
Alexa fluor 488 | ThermoFisher | Cat# A30052 | |
Mouse strain | |||
Balb/c | Orient Bio | N/A | 6-8 week old, 20-30g |
Oligonucleotides and primers | |||
Human CD4 | ST Pharm | N/A | Sense: 5’-GAUCAAGAGACUCCUCAGU-3’ |
siSOD1 | ST Pharm | N/A | Sense: 5’-GGUGGAAAUGAAGAAAGUA-3’ |
GAPDH primers | ST Pharm | N/A | F: 5’-AACTTTGGCATTGTGGAAGG-3’ R: 5’-GGAGACAACCTGGTCCTCAG-3’ |
SOD1 primers | ST Pharm | N/A | F: 5’-CCAGTGCAGGACCTCATTTT-3’ R: 5’-CACCTTTGCCCAAGTCATCT-3’ |
Peptides | |||
RVG9R | Peptron | N/A | YTIWMPENPRPGTPCDIFTNSR GKRASNGGGGRRRRRRRRR |
RVM9R | Peptron | N/A | MNLLRKIVKNRRDEDTQKSS PASAPLDGGGGRRRRRRRRR |
Software, algorithms and devices | |||
FlowJo software 4.3 | FlowJO, LLC | N/A | http://docs.flowjo.com/vx/ |
Mouse positioning device | Signet Biotech | N/A | |
Prism software | Graphpad | N/A | https://www.graphpad.com/scientificsoftware/prism/ |
Prism software | Graphpad | N/A | https://www.graphpad.com/scientificsoftware/prism/ |