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Method Article
A barreira hematoencefálica é um obstáculo significativo na entrega de terapias para o glioblastoma, uma doença para a qual não há cura. Aqui, relatamos uma nano plataforma terapêutica de óxido de ferro guiada por imagem in vivo que pode contornar essa barreira fisiológica em virtude do tamanho e se acumular no tumor.
O glioblastoma multiforme (GBM) é a forma mais comum e agressiva de malignidade cerebral primária para a qual não há cura. A barreira hematoencefálica é um obstáculo significativo na entrega de terapias ao GBM. Relatada aqui é uma nano plataforma de entrega terapêutica baseada em óxido de ferro guiada por imagem, capaz de contornar essa barreira fisiológica em virtude do tamanho e se acumular na região do tumor, entregando sua carga útil. Esta plataforma nano de 25 nm consiste em nanopartículas de óxido de ferro revestidas com dextrana reticuladas marcadas com corante fluorescente Cy5.5 e contendo oligonucleotídeo antisense como carga útil. O núcleo magnético de óxido de ferro permite o rastreamento das nanopartículas por meio de ressonância magnética in vivo , enquanto o corante Cy5.5 permite o rastreamento por imagens ópticas. Este relatório detalha o monitoramento do acúmulo dessa plataforma de nanopartículas (denominada MN-anti-miR10b) em tumores de glioblastoma implantados ortotopicamente após injeção intravenosa. Além disso, fornece informações sobre a entrega in vivo de oligonucleotídeos de RNA, um problema que tem dificultado a tradução da terapêutica de RNA para a clínica.
O glioblastoma multiforme (GBM) é o grau mais alto de astrocitoma para o qual praticamente não há cura. Aproximadamente 15.000 pessoas são diagnosticadas com glioblastoma anualmente, o que tem uma sobrevida média sombria de cerca de 15 meses e uma taxa de sobrevida de 5 anos de 5%1. Nas últimas décadas, houve uma melhora marginal no prognóstico, apesar dos múltiplos esforços para avançar nas opções terapêuticas. O padrão atual de tratamento para GBM inclui ressecção cirúrgica máxima, quando viável, seguida de radioterapia e quimioterapia2. A temozolomida (TMZ), a quimioterapia de escolha, foi a mais recente terapia para glioblastoma descoberta para mostrar notável eficácia clínica; no entanto, pelo menos 50% dos tumores de GBM apresentam resistência à TMZ3. Apesar desse regime terapêutico rigoroso, ainda há uma necessidade clínica significativa de melhorar a terapia do glioblastoma.
O desenvolvimento de terapias para GBM e outras doenças relacionadas ao cérebro é significativamente prejudicado pela natureza seletiva da barreira hematoencefálica (BHE). A BHE é uma barreira fisiológica composta por células endoteliais, pericitos e extremidades dos pés dos astrócitos, que cria a membrana semipermeável entre o sistema circulatório e o cérebro, restringindo a livre passagem de moléculas e células para o cérebro4. Embora protetora na fisiologia normal e crítica para a homeostase cerebral, a BHE impede que muitas terapias cheguem ao cérebro, complicando o tratamento do GBM. Os esforços para melhorar a entrega de terapêuticas ao GBM levaram ao desenvolvimento de veículos de entrega baseados em nanopartículas, aprimoramento da entrega de medicamentos por ultrassom focalizado e administração de medicamentos mediada por receptor 5,6.
As nanopartículas surgiram como um meio promissor para o desenvolvimento de terapias para uma miríade de doenças, incluindo cânceres. A aplicação de nanopartículas para fins terapêuticos e de imagem em GBM tem sido tentada usando várias construções de nanopartículas 7,8. Com o foco na entrega de medicamentos ao GBM em conjunto com imagens in vivo da entrega, a abordagem proposta utiliza nanopartículas magnéticas (MN) que consistem em um núcleo de óxido de ferro e cobertas por dextrano para estabilidade. As propriedades magnéticas dessas nanopartículas permitem sua detecção por ressonância magnética (RM), enquanto a química de conjugação simples com o revestimento de dextrano aminado permite a conjugação de porções terapêuticas, como moléculas de RNA, porções de direcionamento adicionais ou porções de imagem (como o corante óptico de infravermelho próximo Cy5.5) 9 , 10. Além dos recursos de imagem, a plataforma nano é capaz de estender a meia-vida da terapêutica de RNA, protegendo o oligonucleotídeo das nucleases endógenas, melhorando a entrega terapêutica. Aqui, é apresentada a aplicação desta nanoplataforma para entrega in vivo de oligonucleotídeos terapêuticos (denominados MN-anti-miR10b) ao GBM, monitorada por imagens in vivo. Anteriormente, a capacidade dessa nanoplataforma de se acumular foi demonstrada em células GBM in vitro, causando perda significativa de viabilidade das células tumorais11. Antes de realizar estudos terapêuticos in vivo, é necessário demonstrar a entrega in vivo desta nano plataforma para tumores GBM em modelos animais. Para isso, foram produzidos modelos animais ortotópicos de GBM, e a administração intravenosa do construto foi realizada seguida de imagens in vivo. Aqui estão descritos os protocolos desses estudos mostrando acúmulo na região do tumor confirmado por imagem in vivo e microscopia ex vivo.
Todos os procedimentos envolvendo animais foram aprovados pelo Comitê Institucional de Cuidados e Uso de Animais da Universidade Estadual de Michigan (IACUC). Camundongos fêmeas nus atímicos foram comprados da Jackson Labs (cepa # 007850) com 7 semanas de idade e autorizados a se aclimatar por 1 semana antes da cirurgia de implantação. Os camundongos tinham aproximadamente 21-25 g no momento do implante. As células U251 expressando luciferase de vaga-lume foram geradas e fornecidas pela Dra. Ana de Carvalho12.
1. Cultura celular e preparação para implantação
2. Implante de tumor ortotópico à mão livre
NOTA: Este protocolo é adaptado de Irtenkauf et al. (procedimento da Dra. Ana deCarvalho; Centro de Tumores Cerebrais Henry Ford Health Hermelin)12. Todas as etapas devem ser realizadas em um gabinete de biossegurança para garantir a segurança tanto dos sujeitos quanto dos pesquisadores. O método de implantação à mão livre permite um procedimento mais rápido para atingir tamanhos de amostra maiores, mantendo a qualidade da implantação intracraniana. Alternativamente, um dispositivo estereotáxico pode ser usado para implantar o tumor nas mesmas coordenadas descritas abaixo.
3. Síntese da plataforma de nanopartículas
4. Administração de MN-anti-miR10b
NOTA: Neste estudo, as injeções foram feitas uma vez por semana durante 6 semanas, começando 7 dias após o implante, mas o mesmo protocolo pode ser usado para várias frequências de injeção.
5. Imagem de bioluminescência e fluorescência in vivo
NOTA: A bioluminescência in vivo e a imagem de fluorescência são realizadas no Sistema de Imagem In Vivo (IVIS) antes e 24 h após a injeção da nanopartícula.
6. Ressonância magnética in vivo
NOTA: A imagem de RM é realizada antes e 24 h após a injeção de nanopartículas e pode ser realizada nos mesmos animais que passam por imagens ópticas e de bioluminescência.
7. Bioluminescência ex vivo e imagem de fluorescência
8. Microscopia de fluorescência
O MN-anti-miR10b foi sintetizado e caracterizado, conforme descrito anteriormente11. A microscopia eletrônica de transmissão de MN-anti-miR10b mostra a morfologia e polidispersidade da plataforma nano (Figura 1B). Esta plataforma nano tem um tamanho médio de 25,12 ± 0,34 nm com um potencial zeta de 13,18 ± 1,47 mV (Figura 1C, D). Nesses estudos, camundongos atímicos...
Várias etapas críticas nos diferentes métodos de validação do acúmulo das nanopartículas através do BBB podem ser decisivas para o sucesso do protocolo. Começando com a implantação ortotópica das células GBM, é importante garantir que as linhas de sutura do crânio sejam visíveis após a secagem do osso; Isso ajuda na colocação precisa das células tumorais. Para perfurar o crânio, é melhor aplicar uma leve pressão no local da broca e começar a perfurar para causar u...
Z.M. e A.M. são cofundadores e acionistas da TransCode Therapeutics Inc. Os demais autores não têm conflitos de interesse a divulgar.
O financiamento para este estudo foi fornecido em parte pela doação da Henry Ford Health Systems Michigan State University Health Sciences Alliance para AM e A.dC. Agradecemos à Dra. Danielle R. Ferguson por supervisionar os estudos com animais na Michigan State University e por aprovar este vídeo.
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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