ポータブル卓上焦点式超音波システムを使用したマウスモデルにおける多形性神経膠芽腫の治療のためのソノダイナミック療法

膠芽腫の患者には、新しい治療的で効果的な治療法の選択肢が必要です。このプロトコルは、現在臨床翻訳のための広範な調査を受けているGBMの前臨床FUS媒介治療の概要を説明しています。SDTはエキサイティングな可能性を秘めていますが、前臨床の現場では、まだ理解し、最適化すべきことがたくさんあります。

このプロトコルの最も重要な要素の1つは、MRガイド下FUSを利用して腫瘍を標的とし、最大限の効果を発揮することです。ファントムを使用して、3D座標空間を作成し、軸方向のMRIスライスの各ピクセルに座標を割り当てることができます。次に、MR画像上の超音波処理位置を選択する簡単な手順で、探触子に照準を合わせる場所を通知します。使用される前臨床FUSシステムは、画像確認なしでは標的にすることが困難な深部腫瘍を含む、腫瘍などの特定の病理学の位置を標的にする必要がある場合に、非常に汎用性が高く、適用できます。ガドリニウムを造影剤として使用すると、腫瘍が明確に可視化され、ユーザーはターゲットを選択する際に十分な情報に基づいた決定を下すことができます。SDTが他の多くの治療法よりも優れている点は、腫瘍特異的な治療法であることです。低強度のFUSは腫瘍組織のみを標的とし、健康な脳実質は比較的手つかずのまま残すべきである^3,8。

この実験の結果は、このプロトコルの利点が、SDTの文献にある他の所見と同様の治療結果にどのようにつながるかを強調しています。 図5 は、治療日からわずか24時間以内に、治療されたコホートで腫瘍増殖の鈍化が見られたことを示している。この小さなサンプルサイズでは有意ではありませんが、動物の数が多いと有意性が生じる可能性があります。この腫瘍増殖の遅延は、Wu et al.(2019)によるこのテーマに関する先駆的な論文で示されたものと似ており、治療された動物では時間の経過とともに腫瘍の成長が遅くなり、^{生存期間が}長くなりました9。

このプロトコルを設計する際に考慮されたのは、動物の系統、腫瘍の種類、および超音波増感剤の選択でした。このプロトコルには、複数の理由から、アティミックヌードマウスが選ばれました。まず、裸のマウスは、髪の毛がないため減衰が防止されるため、超音波処理が容易です。また、免疫系がないため、患者由来の異種移植片(PDX)を移植できるため、腫瘍モデルは臨床状況により近いものになります。胸腺モデルを使用することの欠点は、免疫系を特徴付けることができないため、SDTによって生成された免疫応答はこれらの研究で測定されないことです¹⁰。選択された腫瘍株は、攻撃的で急速に増殖するPDX株です。腫瘍の確立を確認する必要があるため、治療時間は非常に重要ですが、腫瘍の負荷は頭蓋半球を満たすべきではありません。細胞株が異なれば、前臨床試験に最適なサイズの腫瘍を実現するために必要なインキュベーション時間も異なります。このプロトコルでは、5-ALAは、以前の実験(未発表データ)でこの細胞株の in vitro で確認されているGBM腫瘍の優先的な取り込みのために超音波増感剤として使用されました。他の超音波増感剤を代用して試験し、有効性と安全性に最も適した化合物を決定することができます。最後に、以前の文献では、これがその注射用量5の最適な時間であることが示されているため、治療は^5-ALA注射の3時間後に開始されました。

このプロトコルで選択されたFUSパラメータ(各ターゲット位置で515kHzで2分間10W / cm²)は、以前の文献と初期実験のレビューに基づいて決定されました^4,9。腫瘍全体を覆う超音波処理点のグリッドは、腫瘍全体にわたってROS効果を生成するために選択された。ここで用いられた強度は他の論文よりも高いが、短期間では、25 W/cm²までの強度がマウスモデルで有意な副作用なしに正常に使用されているため、温度関連の悪影響につながることはないと予想されている¹¹。重要なことは、標準化または最適化されたFUSパラメータのセットが文献に発表されていないことです。したがって、ここで報告される特定の値を調整して、最適なパラメータセットを決定し、安全性を維持しながら腫瘍組織を最大限に縮小することができます。さらに、細胞株が異なれば血管新生や低酸素症のレベルも異なるため、この治療を調整する必要があるかもしれません。SDT治療の24時間以内に腫瘍の増殖が全体的に減少することが示されましたが(図5)、この治療の最大の効果を判断するには、パラメーターを最適化する必要があり、より多くの動物をテストする必要があります。治療後のMRIスキャンでは、健康な組織にFUS治療によって生じた病変は見られず、その影響は腫瘍組織に限局しています(図6)。また、SDTを血液脳関門の一過性透過化などの他のFUS技術と組み合わせて、腫瘍における5-ALAの取り込みを最大化する機会もあります¹²。このプロトコルは、構造レベルで安全性と有効性をチェックするために、さまざまな組織学技術を実行することによってさらに補完することができます。ヘマトキシリンおよびエオシン(H&E)染色は、構造的損傷または腫瘍損傷を調べるために実施することができ¹³、細胞アポトーシスを調べるために、末端デオキシヌクレオチジルトランスフェラーゼdUTPニックエンドラベリング(TUNEL)染色を行うことができる¹⁴。いずれにせよ、このプロトコルは、SDTで治療された腫瘍と未治療の腫瘍の増殖速度を比較し、超音波処理の前後の腫瘍スライスを比較することによって明らかな、治療後24時間でも変化が顕著である安全で腫瘍特異的な治療法を提示します。

どのプロトコルでも、常に比較検討する必要がある欠点や制限があります。現在のプロトコルの主な制限は、時間と費用です。一方、このプロトコルの利点の1つは、その自動化された焦点を絞ることです。この焦点を絞った手順を実行するには、腫瘍の標的が正しいことを確認するために、個々の動物ごとにMRIスキャンを行う必要がありますが、このプロセスには時間と費用がかかる可能性があります。さらに、必要な焦点の数によっては、このプロトコルを実行する時間が数匹でも数時間になる可能性があり、実験動物の数が少なくなります。これらの欠点にもかかわらず、この標的を絞った非侵襲的プロトコルは、開腹手術の選択肢と比較すると、依然として実行可能な好みです。

結論として、このプロトコルは、前臨床マウスモデルで健康な神経組織を維持しながら、治療の24時間以内に脳内の腫瘍増殖を減少させるSDT治療の能力を示しました。SDTの有効性の研究と、ROS産生を増加させるためのさまざまなパラメーターの最適化は、この治療法を臨床的に適切なものにするために必要です。SDTを非侵襲的治療モデルとして使用するための新しい道を模索する必要があります。

著者らは、この研究は、潜在的な利益相反と解釈される可能性のある商業的または金銭的関係がない状態で実施されたと宣言しています。Amir Manbachiは、BK Medical(GE Healthcare)、Neurosonics Medicalで教鞭を執り、コンサルティングを行っており、特許出願中の多くのFUS技術の発明者でもあります。ベティ・タイラーはNIHから研究資金を受けており、Accelerating Combination Therapies*の共同所有者です。Ashvattha Therapeutics Inc.は、彼女の特許の1つもライセンスしており、彼女はPeabody Pharmaceuticalsの株主です(*株式またはオプションを含む)。

著者らは、米国国立科学財団(NSF)のSTTRフェーズ1賞(#:1938939)、ASME国防高等研究計画局(DARPA)賞(#:N660012024075)、および米国国立衛生研究所(NIH)の国立トランスレーショナルサイエンス推進センター(NCATS)が運営するジョンズ・ホプキンス研究所の臨床研究奨学生プログラム(KL2)からの資金援助に感謝しています。細胞は、Mayo Foundation for Medical Education and Researchから購入し、提供されました。