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血脑屏障是胶质母细胞瘤治疗的一个重大障碍,胶质母细胞瘤是一种无法治愈的疾病。在这里,我们 报道了一种 体内图像引导的氧化铁治疗性纳米平台,该平台可以凭借大小绕过这一生理屏障并在肿瘤中积累。
多形性胶质母细胞瘤 (GBM) 是原发性脑恶性肿瘤最常见和最具侵袭性的形式,目前尚无治愈方法。血脑屏障是向 GBM 提供治疗的重大障碍。这里报道的是一个图像引导的、基于氧化铁的治疗递送纳米平台,能够凭借大小绕过这一生理屏障并在肿瘤区域积累,传递其有效载荷。该 25 nm 纳米平台由交联葡聚糖包被的氧化铁纳米颗粒组成,用 Cy5.5 荧光染料标记,并含有反义寡核苷酸作为有效载荷。磁性氧化铁芯可通过 体内磁共振 成像跟踪纳米颗粒,而 Cy5.5 染料可通过光学成像进行跟踪。本报告详细介绍了静脉注射后该纳米颗粒平台(称为 MN-anti-miR10b)在原位植入的胶质母细胞瘤肿瘤中的积累监测。此外,它还提供了对 RNA 寡核苷酸 体内递送的 见解,这是一个阻碍 RNA 治疗药物向临床转化的问题。
多形性胶质母细胞瘤 (GBM) 是最高级别的星形细胞瘤,几乎没有治愈方法。每年约有 15,000 人被诊断出患有胶质母细胞瘤,中位生存期约为 15 个月,5 年生存率为 5%1。在过去的几十年里,尽管做出了多种努力来推进治疗选择,但预后仍略有改善。目前 GBM 的护理标准包括在可行的情况下进行最大手术切除,然后进行放疗和化疗2。替莫唑胺 (TMZ) 是首选化疗药物,是胶质母细胞瘤的最新疗法,被发现显示出显着的临床疗效;然而,至少 50% 的 GBM 肿瘤显示 TMZ 耐药3。尽管有这种严格的治疗方案,但临床上仍然存在对改进胶质母细胞瘤治疗的重大需求。
血脑屏障 (BBB) 的选择性严重阻碍了 GBM 和其他脑相关疾病的疗法开发。BBB 是由内皮细胞、周细胞和星形胶质细胞脚端组成的生理屏障,它在循环系统和大脑之间形成半透膜,限制分子和细胞自由进入大脑4。虽然 BBB 在正常生理机能中具有保护作用并且对大脑稳态至关重要,但它会阻止许多疗法到达大脑,使 GBM 的治疗复杂化。加强向 GBM 提供治疗药物的努力导致了基于纳米颗粒的递送载体、聚焦超声药物递送增强和受体介导的药物递送的发展 5,6。
纳米颗粒已成为开发包括癌症在内的多种疾病疗法的有前途的媒介。已尝试使用各种纳米颗粒构建体将纳米颗粒应用于 GBM 中的成像和治疗目的 7,8。为了将药物递送到 GBM 并结合递送的体内成像,所提出的方法利用由氧化铁核心组成并被葡聚糖覆盖以实现稳定性的磁性纳米颗粒 (MN)。这些纳米颗粒的磁性使其能够通过磁共振 (MR) 成像进行检测,而与胺化葡聚糖涂层的简单共轭化学允许结合治疗部分,例如 RNA 分子、额外的靶向部分或成像部分(例如 Cy5.5 近红外光学染料)9,10.除了成像功能外,纳米平台还能够通过保护寡核苷酸免受内源性核酸酶的侵害来延长 RNA 疗法的半衰期,从而改善治疗递送。在这里,介绍了这种纳米平台在体内将治疗性寡核苷酸(称为 MN-anti-miR10b)递送到 GBM 中的应用,并通过体内成像进行监测。以前,这种纳米平台的积累能力在体外 GBM 细胞中得到证实,导致肿瘤细胞活力显着丧失11。在进行治疗性体内研究之前,有必要在动物模型中证明该纳米平台在体内递送至 GBM 肿瘤。为此,制作了原位 GBM 动物模型,并进行了构建体的静脉内给药,然后进行了体内成像。此处概述了这些研究的方案,这些研究显示通过体内成像和离体显微镜证实了肿瘤区域的积累。
所有涉及动物受试者的程序均已获得密歇根州立大学机构动物护理和使用委员会 (IACUC) 的批准。在 7 周龄时从 Jackson Labs(菌株 #007850)购买雌性近交无胸腺裸鼠,并在植入手术前 1 周适应。小鼠植入时约为 21-25 g。表达萤火虫荧光素酶的 U251 细胞由 Ana deCarvalho 博士生成并提供12。
1. 细胞培养和植入准备
2. 徒手原位肿瘤植入术
注意:该协议改编自 Irtenkauf 等人(Ana deCarvalho 博士的程序;Henry Ford Health Hermelin 脑肿瘤中心)12。所有步骤都应在生物安全柜中进行,以确保受试者和研究人员的安全。徒手植入方法允许更快的手术以获得更大的样本量,同时保持颅内植入的质量。或者,可以使用立体定位装置在下面描述的相同坐标处植入肿瘤。
3. 纳米颗粒平台合成
4. MN 抗 miR10b 给药
注意:在本研究中,从植入后 7 天开始,每周注射一次,持续 6 周,但相同的方案可用于各种注射频率。
5. 体内 生物发光和荧光成像
注意:在注射纳米颗粒之前和之后 24 小时,在体内成像系统 (IVIS) 中进行体内生物发光和荧光成像。
6. 体内 磁共振成像
注:MR 成像在纳米颗粒注射之前和之后 24 小时进行,并且可以在接受光学和生物发光成像的相同动物中进行。
7. 离体 生物发光和荧光成像
8. 荧光显微镜
如前所述,合成并表征了 MN 抗 miR10b11。MN 抗 miR10b 的透射电子显微镜显示了纳米平台的形态和多分散性(图 1B)。该纳米平台的平均尺寸为 25.12 ± 0.34 nm,zeta 电位为 13.18 ± 1.47 mV(图 1C、D)。在这些研究中,按照上述方案原位植入裸体无胸腺小鼠 U251 人胶质母细胞瘤细胞。全身静脉?...
验证纳米颗粒在 BBB 中积累的不同方法中的几个关键步骤对于方案的成功可能具有决定性意义。从 GBM 细胞的原位植入开始,重要的是要确保在干燥骨骼后可以看到颅骨的缝合线;这有助于肿瘤细胞的准确放置。要钻穿颅骨,最好对钻孔部位施加轻微的压力并开始钻孔,以在骨骼中留下浅印。一旦在正确的位置做出初始标记,就更容易钻孔,钻孔滑移最小。突破颅骨后立即?...
Z.M. 和 A.M. 是 TransCode Therapeutics Inc. 的联合创始人和股东。其余作者没有需要披露的利益冲突。
本研究的资金部分由亨利福特健康系统密歇根州立大学健康科学联盟对 AM 和 AD 的赠款提供。我们感谢 Danielle R. Ferguson 博士监督密歇根州立大学的动物研究并批准此视频。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Athymic nude "J:NU" mice | Jackson Laboratory | RRID:IMSR_JAX:007850 | Immunocompromised mouse model |
0.25% Trypsin | Gibco | 25200-056 | Cell culture reagent for U251 |
1.7 mL microcentrifuge tube | DOT Scientific | RN1700-GMT | For tissue collection |
10 µL, Neuros Syringe, Model 1701 RN, 33 gauge, Point Style 4 | Hamilton | 65460-06 | Syringe for intracranial implantation of tumor cells |
3M Vetbond | 3M | 1469SB | Tissue adhesive for surgical site closure |
4% Paraformaldehyde | Thermo Scientific | J199943-K2 | Tissue fixing solution |
70% isopropoyl alcohol wipe | Cardinal | MW-APL | Topical antiseptic wipe for tumor implantation and tail vein injection |
Aperio Versa | Leica | For scanning of stained tissue section slides | |
Betadine Surgical Scrub | Purdue | 6761815101 | Topical antiseptic for tumor implantation |
BioSpec 70/30 | Bruker | Magnetic resonance imaging scanner | |
Bone Wax | Medline | DYNJBW25 | Bone wax for sealing implantation site |
Burrs for Micro drill | F.S.T. | 19007-05 | Drill burr used to make hole in skull for tumor implantation |
DAPI Fluoromount-G | SouthernBiotech | 0100-20 | Tissue mounting media containing DAPI stain |
Dulbecco’s Modified Eagle Medium (DMEM) | Gibco | 11995-065 | Cell culture media for U251 |
Extra Fine Graefe Forceps | F.S.T. | 11150-10 | Sugical tool for tumor implantation |
Fetal bovine serum | Corning | 35-010-CV | Cell culture media supplement for U251 |
Fine Scissors - Sharp 10.5cm | F.S.T. | 14060-10 | Sugical tool for tumor implantation |
Glydo (Lidocaine) | Sagent | 673-76 | Topical analgesic for surgical site |
Ideal Micro Drill | CellPoint Scientific | 67-1200A | Drill used to make hole in skull for tumor implantation |
Insulin syringe 1CC 29G X 1/2" | Becton, Dickinson | 324704 | Syringe for D-Luciferin injection and tail vein injection of nanoparticles |
Isoflurane | Covetrus | 11695067772 | Anethesia |
Isoflurane vaporizer | SOMNI Scientific | VS6002 | Anethesia apparatus |
IVIS SpectrumCT In Vivo Imaging System | PerkinElmer/Revvity | 128201 | Bioluminescence and fluorescence imaging scanner |
IVISbrite D-Luciferin Potassium Salt | PerkinElmer/Revvity | 122799-100MG | Substrate for bioluminescence imaging |
Ketaset (Ketamine) | Zoetis | 10004027 | Anesthetic for tumor implantation surgery |
Ketofen (Ketoprofen) | Zoetis | 10004031 | Analgesic for tumor implantation surgery |
Leica CM1950 | Leica | CM1950 | For cryosectioning of OCT-embedded samples |
PBS | Gibco | 14190-144 | Cell culture reagent and cell suspension solution for implantation of U251 |
Penicillin-streptomycin | Gibco | 15140-122 | Antibiotic for cell culture media for U251 |
Puralube vet ointment | MWI Veterinary | 27505 | Opthalmic eye ointment for protection during tumor implantation |
Ruler | F.S.T. | 18000-30 | Used to measure drill site for implanation |
Tissue-Tek Cryomold Intermediate 15 x 15 x 5 mm | Sakura | 4566 | Collection mold for collecting tissue samples |
Tissue-Tek O.C.T. Compound | Sakura | 4583 | Freezing compound for collecting tissue samples |
U-251 MG cell line human | Millapore Sigma | 9063001 | Human glioblastoma cell line |
Xylazine Injectable Solution, 100 mg/ml | Covetrus | 1XYL006 | Paralytic for tumor implantation surgery |
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