טיפול סונודינמי לטיפול בגליובלסטומה מולטיפורמה במודל עכבר באמצעות מערכת אולטרסאונד ניידת ממוקדת ספסל

אפשרויות טיפול חדשות ויעילות נחוצות לחולים עם GBM. פרוטוקול זה התווה טיפול פרה-קליני בתיווך FUS עבור GBM שנמצא כעת בחקירה מקיפה לתרגום קליני. למרות של-SDT יש פוטנציאל מרגש, יש עדיין הרבה מה להבין ולייעל במסגרת הפרה-קלינית.

אחד המרכיבים החשובים ביותר של פרוטוקול זה הוא שימוש ב- FUS מונחה MR כדי למקד את הגידול ליעילות מרבית. באמצעות פאנטום ניתן ליצור מרחב קואורדינטות תלת-ממדי, שבו ניתן להקצות לכל פיקסל של פרוסות MRI ציריות קואורדינטה. לאחר מכן, הליך פשוט של בחירת מיקום הסוניקציה בתמונת MR מודיע למתמר לאן לכוון. מערכת FUS הפרה-קלינית המשמשת היא רב-תכליתית ביותר וישימה כאשר יש צורך להתמקד במיקומים של פתולוגיה ספציפית כגון גידול, כולל גידולים עמוקים יותר שיהיה קשה להתמקד בהם ללא אישור הדמיה. באמצעות גדוליניום כסוכן ניגוד, יש הדמיה ברורה של הגידול, המאפשר למשתמש לקבל החלטות מושכלות בעת בחירת מטרות. היתרון שיש ל-SDT על פני טיפולים רבים אחרים הוא שמדובר בטיפול ספציפי לגידול. FUS בעוצמה נמוכה צריך להתמקד רק ברקמת הגידול, תוך השארת פרנכימה בריאה במוח יחסית ללא נגיעה ^3,8.

תוצאות ניסוי זה מדגישות כיצד היתרונות של פרוטוקול זה יכולים להוביל לתוצאות טיפוליות הדומות לממצאים אחרים בספרות עבור SDT. איור 5 מראה שבתוך 24 שעות בלבד לאחר יום הטיפול, חלה האטה בצמיחת הגידול בקבוצה שטופלה. למרות שאין משמעות בשימוש בגודל מדגם קטן זה, משמעות עשויה לגרום למספר גדול יותר של בעלי חיים. עיכוב זה בצמיחת הגידול דומה למה שהוצג במאמר החלוצי בנושא זה על ידי Wu et al. (2019), אשר הציג האטה בצמיחת הגידול לאורך זמן בבעלי חיים מטופלים, כמו גם זמני הישרדות מוגברים⁹.

שיקולים שנעשו בעת תכנון פרוטוקול זה כללו זן בעלי חיים, סוג הגידול ובחירת סוכן sonosensitizing . עכברים עירומים אתימיים נבחרו לפרוטוקול זה מסיבות רבות. ראשית, העכבר העירום קל יותר לסוניקציה מכיוון שחוסר השיער מונע כל הנחתה. כמו כן, היעדר מערכת חיסונית מאפשר השתלה של xenografts נגזר המטופל (PDXs) כך מודל הגידול דומה יותר למצב הקליני. החיסרון בשימוש במודל אתימי הוא שלא ניתן לאפיין את מערכת החיסון, ולכן כל תגובה חיסונית הנוצרת על ידי SDT לא תימדד במחקרים אלה¹⁰. קו הגידול שנבחר הוא קו PDX אגרסיבי וצומח במהירות. זמן הטיפול חשוב מאוד מכיוון שיש לאמת את הקמת הגידול, אך נטל הגידול לא צריך למלא את חצי כדור הגולגולת. קווי תאים שונים דורשים זמני דגירה שונים כדי להשיג גידול בגודל אופטימלי לניסויים פרה-קליניים. בפרוטוקול זה, 5-ALA שימש כסונוסנסיטיזר בגלל ספיגתו המועדפת בגידולי GBM, אשר אושרה במבחנה עבור קו תאים זה בניסויים קודמים (נתונים שלא פורסמו). ניתן להחליף ולבדוק sonosensitizers אחרים כדי לקבוע את התרכובת המתאימה ביותר ליעילות ובטיחות. לבסוף, הטיפול החל 3 שעות לאחר הזרקת 5-ALA, שכן ספרות קודמת הראתה כי זהו הזמן האופטימלי עם מינון^{הזרקה 5}.

פרמטרי FUS שנבחרו בפרוטוקול זה (10 ואט/ס"מ 2 למשך² דקות ב-515 קילוהרץ בכל מיקום מטרה) נקבעו על סמך סקירת ספרות קודמת וניסויים ראשוניים ^4,9. רשת של נקודות סוניקציה המכסה את הגידול כולו נבחרה על מנת ליצור את אפקט ROS לאורך הגידול כולו. האינטנסיביות בה נעשה שימוש כאן גבוהה יותר מפרסומים אחרים, אך בטווח זמן קצר, הדבר אינו צפוי להוביל להשפעות שליליות הקשורות לטמפרטורה, שכן עוצמות של עד 25 ואט/ס"מ² שימשו בהצלחה במודל עכבר ללא תופעות לוואי משמעותיות¹¹. חשוב לציין, לא פורסמה בספרות קבוצה סטנדרטית או ממוטבת של פרמטרים של FUS. לכן, ניתן להתאים את הערכים הספציפיים המדווחים כאן כדי לקבוע את מערכת הפרמטרים האופטימלית, מה שמוביל להפחתה מקסימלית של רקמת הגידול תוך שמירה על בטיחות. בנוסף, מכיוון שלקווי תאים שונים יש רמות שונות של כלי דם והיפוקסיה, ייתכן שיהיה צורך להתאים טיפול זה. הראינו ירידה כללית בצמיחת הגידול (איור 5) תוך 24 שעות מהטיפול ב-SDT, אף על פי שהפרמטרים צריכים להיות אופטימליים ולחיות נוספות צריכות להיבדק כדי לקבוע את ההשפעה המרבית של הטיפול הזה. סריקות MRI לאחר הטיפול לא מראות שום הופעה של נגעים שנוצרו על-ידי טיפול FUS ברקמה בריאה, עם השפעה מקומית לרקמת הגידול (איור 6). יש גם הזדמנות לשלב SDT עם טכניקות FUS אחרות, כגון חדירה זמנית של מחסום הדם-מוח, כדי למקסם את ספיגת 5-ALA בגידול¹². פרוטוקול זה ניתן להשלים עוד יותר על ידי ביצוע טכניקות היסטולוגיה שונות כדי לבדוק בטיחות ויעילות ברמה המבנית. ניתן לבצע כתם המטוקסילין ואוזין (H&E) כדי לבדוק נזק מבני או גידולי¹³, ואילו כתם מסוף deoxynucleotidyl transferase dUTP nick end labeling (TUNEL) ניתן לבצע כדי לבדוק אפופטוזיס^{תאי 14}. בכל מקרה, פרוטוקול זה מציג טיפול בטוח וספציפי לגידול שבו השינויים מורגשים אפילו 24 שעות לאחר הטיפול, דבר שניתן לראות על ידי השוואת קצב הצמיחה של גידולים שטופלו ב- SDT וגידולים לא מטופלים, כמו גם השוואת פרוסות גידול לפני ואחרי סוניקציה.

בכל פרוטוקול, תמיד יש חסרונות או מגבלות שצריך לשקול. המגבלה העיקרית של הפרוטוקול הנוכחי היא זמן והוצאות. בינתיים, אחד היתרונות של פרוטוקול זה הוא המטרה הממוקדת האוטומטית שלו. כדי לבצע הליך ממוקד זה, יש לבצע סריקות MRI עבור כל בעל חיים בנפרד כדי להבטיח כי המיקוד של הגידול נכון, תהליך שיכול להיות גם זמן רב וגם יקר. בנוסף, בהתאם למספר המוקדים הרצוי, משך הזמן לביצוע פרוטוקול זה יכול להיות שעות אפילו עבור בעלי חיים בודדים, וכתוצאה מכך מספר נמוך של בעלי חיים ניסיוניים. למרות חסרונות אלה, פרוטוקול לא פולשני ממוקד זה נותר העדפה אפשרית בהשוואה לאפשרויות ניתוח פתוחות.

לסיכום, פרוטוקול זה הראה את היכולת של טיפול SDT להפחית את צמיחת הגידול במוח תוך 24 שעות מהטיפול תוך שמירה על רקמה עצבית בריאה במודל עכבר פרה-קליני. מחקרים על היעילות של SDT ואופטימיזציה של הפרמטרים השונים כדי להגדיל את ייצור ROS נחוצים כדי להפוך את הטיפול הזה מתאים קלינית. יש לבחון דרכים חדשות לשימוש ב-SDT כמודל טיפולי לא פולשני.

המחברים מצהירים כי המחקר נערך בהיעדר קשרים מסחריים או פיננסיים שיכולים להתפרש כניגוד עניינים פוטנציאלי. אמיר מנבצ'י מלמד ומייעץ עבור BK Medical (GE Healthcare), Neurosonics Medical, והוא ממציא במספר טכנולוגיות FUS הממתינות לפטנט. בטי טיילר קיבלה מימון מחקר מה-NIH והיא בעלים שותפה של Accelerating Combination Therapies*. Ashvattha Therapeutics Inc. גם רשמה את אחד הפטנטים שלה, והיא בעלת מניות עבור Peabody Pharmaceuticals (*כולל מניות או אופציות).

המחברים מודים על תמיכת מימון מפרס STTR שלב 1 של הקרן הלאומית למדע (NSF) (#: 1938939), על ידי פרס ASME Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) (#: N660012024075), ותוכנית חוקרי המחקר הקליני של מכון ג'ונס הופקינס למחקר קליני ותרגומי (ICTR's) (KL2), המנוהלת על ידי המרכז הלאומי לקידום מדעי התרגום (NCATS) של המכונים הלאומיים לבריאות (NIH). התאים נרכשו וסופקו על ידי קרן מאיו לחינוך רפואי ומחקר.