Terapia sonodinámica para el tratamiento del glioblastoma multiforme en un modelo de ratón utilizando un sistema portátil de ultrasonido focalizado de sobremesa

Se necesitan nuevas opciones terapéuticas y de tratamiento eficaces para los pacientes con GBM. Este protocolo ha esbozado un tratamiento preclínico mediado por FUS para la GBM que actualmente se está investigando exhaustivamente para su traslación clínica. Aunque la SDT tiene un potencial emocionante, todavía hay mucho que entender y optimizar en el entorno preclínico.

Uno de los componentes más importantes de este protocolo es la utilización de FUS guiada por RM para atacar el tumor y lograr la máxima eficacia. Usando un maniquí, se puede crear un espacio de coordenadas 3D, donde a cada píxel de cortes axiales de resonancia magnética se le puede asignar una coordenada. A continuación, un sencillo procedimiento de selección de la ubicación de la sonicación en la imagen de RM informa al transductor hacia dónde apuntar. El sistema FUS preclínico utilizado es muy versátil y aplicable cuando se necesita apuntar a ubicaciones de patología específica, como un tumor, incluidos tumores más profundos que serían difíciles de atacar sin la confirmación de imágenes. Al utilizar el gadolinio como agente de contraste, se obtiene una visualización clara del tumor, lo que permite al usuario tomar decisiones informadas a la hora de elegir los objetivos. La ventaja que tiene la SDT sobre muchos otros tratamientos es que es una terapia específica para el tumor. El FUS de baja intensidad solo debe dirigirse al tejido tumoral, mientras que el parénquima cerebral sano debe permanecer relativamente intacto ^3,8.

Los resultados de este experimento ponen de manifiesto cómo las ventajas de este protocolo pueden conducir a resultados terapéuticos similares a otros hallazgos en la literatura para la TDS. La figura 5 muestra que en tan solo 24 horas después del día del tratamiento, hubo una desaceleración del crecimiento tumoral en la cohorte tratada. Aunque es insignificante con este pequeño tamaño de muestra, la significación puede resultar con un mayor número de animales. Este retraso en el crecimiento tumoral es similar a lo mostrado en el artículo pionero sobre este tema de Wu et al. (2019), que exhibió un crecimiento tumoral más lento a lo largo del tiempo en los animales tratados, así como un aumento de los tiempos de supervivencia⁹.

Las consideraciones que se tuvieron en cuenta al diseñar este protocolo incluyeron la cepa animal, el tipo de tumor y la selección del agente sonosensibilizante. Se eligieron ratones desnudos atímicos para este protocolo por múltiples razones. En primer lugar, el ratón desnudo es más fácil de sonicar, ya que la falta de pelo impide cualquier atenuación. Además, la falta de un sistema inmune permite la implantación de xenoinjertos derivados del paciente (PDX) para que el modelo tumoral se asemeje más a la situación clínica. La desventaja de utilizar un modelo atímico es que el sistema inmunitario no puede ser caracterizado, por lo que en estos estudios no se medirá ninguna respuesta inmunitaria generada por la SDT¹⁰. La línea tumoral elegida es una línea PDX agresiva y de rápido crecimiento. El momento del tratamiento es muy importante porque se debe verificar el establecimiento del tumor, pero la carga tumoral no debe llenar el hemisferio craneal. Las diferentes líneas celulares requieren diferentes tiempos de incubación para lograr un tumor de tamaño óptimo para la experimentación preclínica. En este protocolo, se utilizó el 5-ALA como sonosensibilizador debido a su captación preferente en tumores de GBM, lo que se ha confirmado in vitro para esta línea celular en experimentos previos (datos no publicados). Se pueden sustituir y probar otros sonosensibilizadores para determinar el compuesto más adecuado en cuanto a eficacia y seguridad. Finalmente, el tratamiento se inició 3 h después de la inyección de 5-ALA, ya que la literatura previa ha demostrado que este es el momento óptimo con esa dosis de inyección⁵.

Los parámetros FUS elegidos en este protocolo (10 W/^cm2 durante 2 min a 515 kHz en cada localización diana) se decidieron a partir de una revisión de la literatura previa y de los experimentos iniciales ^4,9. Se eligió una cuadrícula de puntos de sonicación que cubrían todo el tumor para generar el efecto ROS en todo el tumor. La intensidad utilizada aquí es mayor que la de otras publicaciones, pero en un corto período de tiempo, no se espera que esto conduzca a ningún efecto adverso relacionado con la temperatura, ya que intensidades de hasta 25 W/^cm2 se han utilizado con éxito en un modelo de ratón sin efectos secundarios significativos¹¹. Es importante destacar que no se ha publicado en la literatura ningún conjunto estandarizado u optimizado de parámetros de FUS. Por lo tanto, los valores específicos que se informan aquí se pueden ajustar para determinar el conjunto óptimo de parámetros, lo que conduce a la máxima reducción del tejido tumoral mientras se mantiene la seguridad. Además, como las diferentes líneas celulares tienen diferentes niveles de vascularización e hipoxia, es posible que sea necesario ajustar este tratamiento. Hemos demostrado una disminución general del crecimiento tumoral (Figura 5) dentro de las 24 h posteriores al tratamiento con SDT, aunque es necesario optimizar los parámetros y analizar más animales para determinar el efecto máximo de este tratamiento. Las resonancias magnéticas posteriores al tratamiento no muestran la aparición de lesiones creadas por el tratamiento con FUS en el tejido sano, con el efecto localizado en el tejido tumoral (Figura 6). También existe la oportunidad de combinar la SDT con otras técnicas de FUS, como la permeabilización transitoria de la barrera hematoencefálica, para maximizar la captación de 5-ALA en el tumor¹². Este protocolo se puede complementar con la realización de diversas técnicas histológicas para comprobar la seguridad y eficacia a nivel estructural. Se puede realizar una tinción de hematoxilina y eosina (H&E) para verificar si hay daño estructural o tumoral¹³, mientras que se puede realizar una tinción terminal de etiquetado de punta de corte de dUTP de desoxinucleotidil transferasa (TUNEL) para verificar la apoptosis celular¹⁴. En cualquier caso, este protocolo presenta un tratamiento seguro y específico para el tumor en el que los cambios son perceptibles incluso 24 horas después del tratamiento, lo que se pone de manifiesto al comparar la tasa de crecimiento de los tumores tratados con SDT y los tumores no tratados, así como al comparar los cortes del tumor antes y después de la sonicación.

Con cualquier protocolo, siempre hay desventajas o limitaciones que deben sopesarse. La principal limitación del protocolo actual es el tiempo y el gasto. Mientras tanto, una de las ventajas de este protocolo es su puntería enfocada automatizada. Para llevar a cabo este procedimiento enfocado, es necesario realizar resonancias magnéticas de cada animal individual para garantizar que el objetivo del tumor sea correcto, un proceso que puede llevar mucho tiempo y ser costoso. Además, dependiendo del número de puntos focales deseados, la cantidad de tiempo para realizar este protocolo podría ser de horas incluso para unos pocos animales, lo que resulta en un bajo número de animales experimentales. A pesar de estos inconvenientes, este protocolo no invasivo dirigido sigue siendo una preferencia factible en comparación con las opciones de cirugía abierta.

En conclusión, este protocolo mostró la capacidad del tratamiento con SDT para disminuir el crecimiento tumoral en el cerebro dentro de las 24 h posteriores al tratamiento, manteniendo el tejido neural sano en un modelo preclínico de ratón. Son necesarios estudios de la eficacia de la SDT y la optimización de los distintos parámetros para aumentar la producción de ROS para que este tratamiento sea clínicamente adecuado. Se deben explorar nuevas vías para el uso de la SDT como modelo terapéutico no invasivo.

Los autores declaran que la investigación se llevó a cabo en ausencia de relaciones comerciales o financieras que pudieran interpretarse como un posible conflicto de intereses. Amir Manbachi enseña y asesora para BK Medical (GE Healthcare), Neurosonics Medical y es inventor de una serie de tecnologías FUS pendientes de patente. Betty Tyler cuenta con fondos de investigación de los Institutos Nacionales de la Salud (NIH, por sus siglas en inglés) y es copropietaria de Accelerating Combination Therapies*. Ashvattha Therapeutics Inc. también ha licenciado una de sus patentes, y es accionista de Peabody Pharmaceuticals (*incluye acciones u opciones).

Los autores agradecen el apoyo financiero del Premio STTR Fase 1 de la Fundación Nacional de Ciencias (NSF) (#: 1938939), del Premio de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) de ASME (#: N660012024075) y del Programa de Becarios de Investigación Clínica (KL2) del Instituto Johns Hopkins de Investigación Clínica y Traslacional (ICTR), administrado por el Centro Nacional para el Avance de las Ciencias Traslacionales (NCATS) de los Institutos Nacionales de Salud (NIH). Las células fueron compradas y proporcionadas por la Fundación Mayo para la Educación e Investigación Médica.