Сонодинамическая терапия для лечения мультиформной глиобластомы на мышиной модели с использованием портативной настольной сфокусированной ультразвуковой системы

Для пациентов с ГБМ необходимы новые терапевтические и эффективные методы лечения. В этом протоколе описан доклинический ФУЗ-опосредованный метод лечения ГБМ, который в настоящее время проходит обширные исследования для клинического перевода. Несмотря на то, что СДТ обладает огромным потенциалом, в доклинических условиях еще многое предстоит понять и оптимизировать.

Одним из наиболее важных компонентов этого протокола является использование ФУЗИ под контролем МРТ для нацеливания на опухоль для достижения максимальной эффективности. С помощью фантома можно создать 3D координатное пространство, где каждому пикселю осевых срезов МРТ может быть присвоена координата. Затем простая процедура выбора места ультразвукового излучения на МР-изображении сообщает датчику, куда следует нацелиться. Используемая доклиническая система ФУЗ очень универсальна и применима при нацеливании на участки специфической патологии, такой как опухоль, включая более глубоко расположенные опухоли, на которые было бы трудно нацелиться без подтверждения визуализации. Использование гадолиния в качестве контрастного вещества обеспечивает четкую визуализацию опухоли, что позволяет пользователю принимать обоснованные решения при выборе мишеней. Преимущество SDT перед многими другими методами лечения заключается в том, что это опухолеспецифичная терапия. Низкоинтенсивное ФУЗИ должно воздействовать только на опухолевую ткань, оставляя здоровую паренхиму мозга относительно нетронутой ^3,8.

Результаты этого эксперимента подчеркивают, как преимущества этого протокола могут привести к терапевтическим результатам, аналогичным другим выводам в литературе по СДТ. На рисунке 5 показано, что уже через 24 ч после дня лечения наблюдалось замедление роста опухоли в группе пациентов, получавших лечение. Несмотря на то, что при таком небольшом размере выборки значимость может быть незначительной, она может привести к большему количеству животных. Эта задержка роста опухоли аналогична той, что была показана в новаторской работе по этой теме Wu et al. (2019), в которой было продемонстрировано замедление роста опухоли с течением времени у животных, получавших лечение, а также увеличение времени выживания⁹.

При разработке этого протокола учитывались штамм животного, тип опухоли и выбор соносенсибилизирующего агента. Атимические голые мыши были выбраны для этого протокола по нескольким причинам. Во-первых, нюдистскую мышь легче обрабатывать ультразвуком, так как отсутствие волос предотвращает затухание. Кроме того, отсутствие иммунной системы позволяет имплантировать ксенотрансплантаты, полученные от пациента (PDX), чтобы модель опухоли была более приближена к клинической ситуации. Недостатком использования атимической модели является то, что иммунная система не может быть охарактеризована, поэтому любой иммунный ответ, генерируемый SDT, не будет измеряться в^{этих исследованиях.} Выбранная линия опухоли является агрессивной и быстрорастущей линией PDX. Время лечения очень важно, потому что установление опухоли должно быть проверено, но опухолевая нагрузка не должна заполнять полушарие черепа. Для разных клеточных линий требуется разное время инкубации для получения опухоли оптимального размера для доклинических экспериментов. В этом протоколе 5-АЛК использовалась в качестве соносенсибилизатора из-за ее преимущественного поглощения при опухолях GBM, что было подтверждено in vitro для этой клеточной линии в предыдущих экспериментах (неопубликованные данные). Другие соносенсибилизаторы могут быть заменены и протестированы, чтобы определить соединение, наиболее подходящее по эффективности и безопасности. Наконец, лечение было начато через 3 ч после инъекции 5-АЛК, так как предыдущая литература показала, что это оптимальное время при такой дозировке инъекции⁵.

Параметры ФУ, выбранные в этом протоколе (10 Вт/^см2 в течение 2 мин при 515 кГц в каждом целевом месте), были определены на основе обзора предыдущей литературы и первоначальных экспериментов ^4,9. Была выбрана сетка точек ультразвукового воздействия, охватывающая всю опухоль, чтобы создать эффект АФК по всей опухоли. Интенсивность, используемая здесь, выше, чем в других публикациях, но в течение короткого промежутка времени не ожидается, что это приведет к каким-либо неблагоприятным эффектам, связанным с температурой, поскольку интенсивность до 25 Вт/^см2 была успешно использована в мышиной модели без существенных побочных эффектов¹¹. Важно отметить, что в литературе не было опубликовано ни одного стандартизированного или оптимизированного набора параметров FUS. Таким образом, конкретные значения, которые здесь сообщаются, могут быть скорректированы для определения оптимального набора параметров, что приведет к максимальному уменьшению опухолевой ткани при сохранении безопасности. Кроме того, поскольку разные клеточные линии имеют разный уровень васкуляризации и гипоксии, это лечение может нуждаться в корректировке. Мы показали общее снижение роста опухоли (рис. 5) в течение 24 ч после лечения SDT, хотя параметры должны быть оптимизированы и необходимо протестировать больше животных, чтобы определить максимальный эффект этого лечения. Результаты МРТ после лечения не показывают появления поражений, созданных ФУЗ-терапией в здоровых тканях, с эффектом, локализованным в опухолевой ткани (рис. 6). Существует также возможность комбинировать СДТ с другими методами ФУЗ, такими как временная пермеабилизация гематоэнцефалического барьера, для максимального поглощения 5-АЛК в опухоли¹². Этот протокол может быть дополнительно дополнен выполнением различных методов гистологии для проверки безопасности и эффективности на структурном уровне. Окрашивание гематоксилином и эозином (H&E) может быть выполнено для проверки структурных или опухолевых повреждений¹³, в то время как окрашивание терминальной дезоксинуклеотидилтрансферазы dUTP (TUNEL) может быть выполнено для проверки клеточного апоптоза¹⁴. Несмотря на это, этот протокол представляет собой безопасное и специфичное для опухоли лечение, при котором изменения заметны даже через 24 часа после лечения, что очевидно при сравнении скорости роста опухолей, получавших SDT, и нелеченных опухолей, а также при сравнении срезов опухоли до и после ультразвуковой обработки.

В любом протоколе всегда есть недостатки или ограничения, которые необходимо взвесить. Основным ограничением текущего протокола являются временные и финансовые затраты. Между тем, одним из преимуществ этого протокола является его автоматизированное сфокусированное наведение. Чтобы выполнить эту целенаправленную процедуру, необходимо сделать МРТ-сканирование для каждого отдельного животного, чтобы убедиться, что цель опухоли правильная, что может быть трудоемким и дорогостоящим. Кроме того, в зависимости от желаемого количества фокусных точек, количество времени для выполнения этого протокола может составлять часы даже для нескольких животных, что приводит к низкому количеству экспериментальных животных. Несмотря на эти недостатки, этот целевой неинвазивный протокол остается приемлемым по сравнению с вариантами открытой хирургии.

В заключение, этот протокол показал способность лечения SDT снижать рост опухоли в головном мозге в течение 24 часов после лечения, сохраняя при этом здоровую нервную ткань в доклинической мышиной модели. Для того, чтобы сделать это лечение клинически целесообразным, необходимы исследования эффективности СДТ и оптимизация различных параметров для увеличения продукции АФК. Необходимо изучить новые возможности использования СДТ в качестве неинвазивной терапевтической модели.

Авторы заявляют, что исследование проводилось в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов. Амир Манбачи преподает и консультирует компании BK Medical (GE Healthcare), Neurosonics Medical, а также является изобретателем ряда запатентованных технологий FUS. Бетти Тайлер финансирует исследования от NIH и является совладелицей компании Accelerating Combination Therapies*. Ashvattha Therapeutics Inc. также лицензировала один из ее патентов, и она является акционером Peabody Pharmaceuticals (*включая акции или опционы).

Авторы выражают признательность за финансовую поддержку со стороны Национального научного фонда (NSF) STTR Phase 1 Award (#: 1938939), премии Агентства перспективных оборонных исследовательских проектов ASME (DARPA) (#: N660012024075) и Программы клинических исследований (KL2) Института клинических и трансляционных исследований Джонса Хопкинса (ICTR), администрируемой Национальным центром развития трансляционных наук (NCATS) Национальных институтов здравоохранения (NIH). Клетки были приобретены и предоставлены Фондом медицинского образования и исследований Майо.