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血液脳関門は、治療法がない病気である膠芽腫の治療を提供する上で大きなハードルです。ここでは、サイズによってこの生理学的障壁を回避し、腫瘍に蓄積できる in vivo 画像誘導酸化鉄治療用ナノプラットフォームを報告します。
多形性膠芽腫(GBM)は、治療法がない原発性脳悪性腫瘍の最も一般的で侵攻性の形態です。血液脳関門は、GBMへの治療の提供における大きなハードルです。ここで報告されているのは、サイズによってこの生理学的障壁を回避し、腫瘍領域に蓄積してペイロードを送達できる、画像誘導酸化鉄ベースの治療送達ナノプラットフォームです。この25 nmナノプラットフォームは、Cy5.5蛍光色素で標識され、ペイロードとしてアンチセンスオリゴヌクレオチドを含む架橋デキストラン被覆酸化鉄ナノ粒子で構成されています。磁性酸化鉄コアは 、in vivo 磁気共鳴イメージングによるナノ粒子の追跡を可能にし、Cy5.5色素は光学イメージングによる追跡を可能にします。このレポートでは、静脈内注射後の同所性移植性膠芽腫腫瘍におけるこのナノ粒子プラットフォーム(MN-anti-miR10bと呼ばれる)の蓄積のモニタリングについて詳しく説明します。さらに、RNA治療薬の臨床への翻訳を妨げてきた問題であるRNAオリゴヌクレオチドの in vivo 送達に関する洞察を提供します。
多形性膠芽腫(GBM)は、事実上治療法がない星状細胞腫の最高グレードです。膠芽腫と診断されるのは年間約15,000人で、生存期間の中央値は約15カ月、5年生存率は5%と悲惨な結果となっています1。過去数十年間、治療の選択肢を前進させるための複数の努力にもかかわらず、予後はわずかに改善されてきました。GBMの現在の標準治療には、可能な場合は最大限の外科的切除が含まれ、その後に放射線療法と化学療法が行われます2。テモゾロミド(TMZ)は、選択された化学療法であり、顕著な臨床効果を示すことが発見された膠芽腫の最新の治療法でした。ただし、GBM腫瘍の少なくとも50%はTMZ抵抗性を示しています3。この厳格な治療レジメンにもかかわらず、改善された膠芽腫治療に対する臨床的ニーズは依然として大きいです。
GBMやその他の脳関連疾患の治療法の開発は、血液脳関門(BBB)の選択的性質によって大幅に妨げられています。BBBは、内皮細胞、周皮細胞、および星状細胞の足端からなる生理学的バリアであり、循環器系と脳との間に半透膜を作り出し、分子と細胞の脳への自由な通過を制限する4。BBBは、正常な生理機能を保護し、脳の恒常性維持に重要ですが、多くの治療薬が脳に到達するのを防ぎ、GBMの治療を複雑にします。GBMへの治療薬の送達を強化するための努力は、ナノ粒子ベースの送達手段、集束超音波薬物送達強化、および受容体媒介薬物送達の開発につながっています5,6。
ナノ粒子は、がんを含む無数の疾患の治療法を開発するための有望な媒体として浮上しています。GBMにおけるイメージングおよび治療目的のためのナノ粒子の適用は、種々のナノ粒子コンストラクト7,8を用いて試みられてきた。提案されたアプローチは、送達のin vivoイメージングと併せてGBMに薬物を送達することに焦点を当てており、酸化鉄コアで構成され、安定性のためにデキストランで覆われた磁性ナノ粒子(MN)を利用します。これらのナノ粒子の磁気特性は、磁気共鳴(MR)イメージングによる検出を可能にし、一方、アミノ化デキストランコーティングへの単純な結合化学により、RNA分子などの治療部分、追加の標的部分、またはイメージング部分(Cy5.5近赤外光学色素など)の結合が可能になります9,10。.イメージング機能に加えて、nanoプラットフォームは、オリゴヌクレオチドを内因性ヌクレアーゼから保護することにより、RNA治療薬の半減期を延長し、治療送達を改善することができます。ここでは、このナノプラットフォームを、治療用オリゴヌクレオチド(MN-抗miR10bと呼ばれる)のGBMへのin vivo送達に応用し、in vivoイメージングでモニタリングする方法を紹介します。以前に、このナノプラットフォームの蓄積能力は、in vitroでGBM細胞で実証され、腫瘍細胞の生存率の大幅な損失を引き起こしました11。治療的なin vivo研究を行う前に、このナノプラットフォームのGBM腫瘍へのin vivo送達を動物モデルで実証する必要があります。これを達成するために、同所性GBM動物モデルを作成し、コンストラクトの静脈内投与を行った後、in vivoイメージングを行いました。ここでは、in vivoイメージングおよびex vivo顕微鏡法によって確認された腫瘍領域への蓄積を示すこれらの研究のプロトコルを概説します。
動物を対象とするすべての手順は、ミシガン州立大学の施設内動物管理および使用委員会(IACUC)によって承認されています。雌の近交系無霊科ヌードマウスをJackson Labs(株#007850)から7週齢で購入し、着床手術の1週間前に順応させました。マウスは移植時に約21〜25gであった。ホタルルシフェラーゼを発現するU251細胞をAna deCarvalho博士によって作製し、提供した12。
1. 細胞培養と移植準備
2.フリーハンドの同所性腫瘍移植術
注:このプロトコルは、Irtenkaufら(Ana deCarvalho博士の手順;ヘンリーフォードヘルスハーメリン脳腫瘍センター)12。すべてのステップは、被験者と研究者の両方の安全を確保するために、バイオセーフティキャビネットで実行する必要があります。フリーハンドの移植法では、頭蓋内移植の品質を維持しながら、より大きなサンプルサイズを達成するための迅速な手順が可能になります。あるいは、脳定位固定装置を使用して、以下に説明するのと同じ座標で腫瘍を移植することができる。
3. ナノ粒子プラットフォーム合成
4. MN-抗miR10b投与
注: この研究では、注射は移植の 7 日後から 6 週間、週に 1 回行われましたが、同じプロトコルをさまざまな注射頻度に使用できます。
5. in vivo 生物発光および蛍光イメージング
注: In vivo 生物発光および蛍光イメージングは、ナノ粒子が注入される前と注入後24時間後に In vivo イメージングシステム(IVIS)で行われます。
6. 生体内 磁気共鳴画像法
注:MRイメージングは、ナノ粒子注入前および24時間後に実施され、光学イメージングおよび生物発光イメージングを受けるのと同じ動物で実施することができる。
7. ex vivo 生物発光および蛍光イメージング
8. 蛍光顕微鏡
MN-抗miR10bは、前述のように合成され、特性評価された11。MN-anti-miR10bの透過型電子顕微鏡は、ナノプラットフォームの形態と多分散性を示しています(図1B)。このナノプラットフォームの平均サイズは25.12 ± 0.34 nmで、ゼータ電位は13.18 ± 1.47 mVです(図1C、D)。これらの研究では、ヌ?...
BBBを介したナノ粒子の蓄積を検証するさまざまな方法にわたるいくつかの重要なステップは、プロトコルの成功にとって決定的なものとなり得ます。GBM細胞の同所性移植から始めて、骨を乾燥させた後に頭蓋骨の縫合線が見えるようにすることが重要です。これにより、腫瘍細胞の正確な配置が可能になります。頭蓋骨を穴あけするには、穴あけ部位に軽い圧力を加...
Z.M.とA.M.は、TransCode Therapeutics Inc.の共同設立者であり、株主です。残りの著者には、開示すべき利益相反はありません。
この研究の資金の一部は、ヘンリーフォードヘルスシステムズミシガン州立大学健康科学アライアンスからAMおよびADCへの助成金によって提供されました。ミシガン州立大学で動物研究を監督し、このビデオを承認してくださったダニエル・R・ファーガソン博士に感謝します。
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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