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Qui viene presentato un protocollo per aprire transitoriamente la barriera emato-encefalica (BBB) sia focalmente che attraverso un cervello di topo per fornire anticorpi marcati fluorescentemente e attivare la microglia. Viene inoltre presentato un metodo per rilevare la somministrazione di anticorpi e l'attivazione della microglia mediante istologia.
Solo una piccola frazione degli anticorpi terapeutici che colpiscono le malattie del cervello sono assorbiti dal cervello. L'ecografia focalizzata offre la possibilità di aumentare l'assorbimento di anticorpi e l'impegno attraverso l'apertura transitoria della barriera emato-encefalica (BBB). Nel nostro laboratorio, stiamo sviluppando approcci terapeutici per le malattie neurodegenerative in cui un anticorpo in vari formati viene consegnato attraverso la BBB utilizzando microbolle, in concomitanza con l'applicazione di ultrasuoni focalizzati attraverso il cranio mirando a più punti, un approccio a cui ci riferiamo come ecografia a scansione (SUS). Gli effetti meccanici delle microbolle e degli ultrasuoni sui vasi sanguigni aumentano il trasporto paracellulare attraverso la BBB separando transitoriamente le giunzioni strette e migliorano la transcitosi mediata dalle vescicole, consentendo agli anticorpi e agli agenti terapeutici di attraversarsi efficacemente. Inoltre, gli ultrasuoni facilitano anche l'assorbimento di anticorpi dal cervello interstiziale in cellule cerebrali come i neuroni in cui l'anticorpo si distribuisce in tutto il corpo cellulare e persino nei processi neuritici. Nei nostri studi, vengono preparati anticorpi marcati con fluorescenza, mescolati con microbolle a base lipidica preparate internamente e iniettati nei topi immediatamente prima che la SUS venga applicata al cervello. L'aumento della concentrazione di anticorpi nel cervello viene quindi quantificato. Per tenere conto delle alterazioni nella normale omeostasi cerebrale, la fagocitosi microgliale può essere utilizzata come marcatore cellulare. I dati generati suggeriscono che la somministrazione di ultrasuoni di anticorpi è un approccio interessante per il trattamento delle malattie neurodegenerative.
L'ecografia terapeutica è una tecnologia emergente volta a trattare le malattie del cervello in modo non invasivo, in parte facilitando l'accesso di agenti terapeutici al cervello1,2,3. Poiché solo una piccola frazione degli anticorpi terapeutici che prendono di mira le malattie cerebrali viene assorbita e trattenuta nel cervello4, gli ultrasuoni terapeutici offrono la possibilità di aumentarne l'assorbimento e l'impegno target5,6.
Nel nostro laboratorio, stiamo sviluppando approcci terapeutici per le malattie neurodegenerative in cui un anticorpo in vari formati viene consegnato attraverso la barriera emato-encefalica (BBB) utilizzando microbolle. Per raggiungere questo obiettivo, gli ultrasuoni vengono applicati attraverso il cranio nel cervello in più punti utilizzando una modalità di scansione a cui ci riferiamo come ultrasuoni di scansione (SUS)7. L'interazione meccanica tra l'energia ultrasonica, le microbolle iniettate per via endovenosa e la vascolarizzazione cerebrale separa transitoriamente le giunzioni strette della BBB in un dato volume di sonicazione, consentendo agli anticorpi e ad altri carichi, compresi gli agenti terapeutici, di attraversare efficacemente questa barriera7,8,9 . Inoltre, gli ultrasuoni hanno dimostrato di facilitare l'assorbimento di anticorpi dal cervello interstiziale nelle cellule cerebrali, come i neuroni, dove l'anticorpo si distribuisce in tutto il corpo cellulare e persino nei processi neuritici5,10.
La malattia di Alzheimer è caratterizzata da una patologia amiloide-β e tau11 e una serie di modelli animali è disponibile per sezionare meccanismi patogenetici e convalidare strategie terapeutiche. Un approccio SUS, con il quale gli ultrasuoni vengono applicati in un modello sequenziale su tutto il cervello, se ripetuti in diverse sessioni di trattamento, possono ridurre la patologia della placca amiloide nel cervello dei topi mutanti della proteina precursore dell'amiloide-β-depositante l'amiloide (APP) e attivare microglia che assorbono l'amiloide, portando a un miglioramento della funzione cognitiva7. L'apertura BBB con ultrasuoni e microbolle riduce anche la patologia tau nei topi transgenici tau pR5, K3 e rTg4510 tau5,12,13. È importante sottolineare che, mentre la microglia rimuove i depositi proteici extracellulari, uno dei meccanismi di clearance alla base delle patologie intraneuronali indotte dalla SUS è l'attivazione dell'autofagia neuronale12.
Qui, delineiamo un processo sperimentale, mediante il quale vengono preparati anticorpi marcati fluorescentemente e quindi miscelati con microbolle a base lipidica interne, seguite da iniezione retroorbitale in topi anestetizzati. L'iniezione retroorbitale è un'alternativa all'iniezione della vena della coda che abbiamo trovato ugualmente efficace e più semplice da eseguire ripetutamente. Questo è immediatamente seguito dall'applicazione di SUS al cervello. Per determinare l'assorbimento terapeutico degli anticorpi, i topi vengono sacrificati e l'aumento della concentrazione di anticorpi nel cervello viene quindi quantificato. Come proxy del cambiamento nell'omeostasi cerebrale, l'attività fagocitica microgliale è determinata dall'istologia e dalla ricostruzione volumetrica 3D.
I dati generati suggeriscono che la somministrazione di ultrasuoni di anticorpi è un approccio potenzialmente attraente per il trattamento delle malattie neurodegenerative. Il protocollo può essere applicato in modo simile ad altri farmaci candidati, nonché a carichi modello come dextrans etichettati fluorescentemente di dimensioni definite14.
Tutti gli esperimenti sugli animali sono stati approvati dal comitato etico animale dell'Università del Queensland.
1. Preparazione di microbolle interne
2. Controllo di qualità delle microbolle utilizzando un contatore coulter
3. Etichettatura degli anticorpi fluorescenti
4. Configurazione ad ultrasuoni
5. Preparazione degli animali
6. Preparazione di microbolle
7. Trattamento ad ultrasuoni
8. Raccolta e lavorazione dei tessuti
9. Colorazione dei tessuti e acquisizione delle immagini
10. Analisi delle immagini
Utilizzando questo protocollo, gli anticorpi marcati con fluorescenza vengono consegnati al cervello e possono essere rilevati, insieme all'attivazione della microglia. La conclusione che si può trarre è che l'uso di ultrasuoni focalizzati e microbolle migliora notevolmente l'assorbimento cerebrale degli anticorpi e può fornire anticorpi a tutto il cervello o all'emisfero di un topo se usato in modalità di scansione. La Figura 1 mostra il dispositivo di applicazione a ultrasuoni TIPS (di...
Gli anticorpi marcati con fluorescenza possono essere consegnati al cervello utilizzando ultrasuoni focalizzati insieme a microbolle applicate in modalità di scansione. La somministrazione di anticorpi, la morfologia microgliale e l'allargamento lisosomiale possono essere rilevati al microscopio a fluorescenza dopo l'ecografia a scansione. Le microglia possono assorbire nei loro lisosomi anticorpi e antigeni a cui gli anticorpi si sono legati in un processo mediato dal recettore Fc4.
Non abbiamo nulla da rivelare.
Riconosciamo il sostegno della tenuta del Dr Clem Jones AO, del National Health and Medical Research Council of Australia [GNT1145580, GNT1176326], della Metal Foundation e del governo statale del Queensland (DSITI, Dipartimento di Scienza, Information Technology e Innovazione).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphocholine | Avanti | 850365C | |
1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine-N-[amino(polyethyleneglycol)-2000] | Avanti | 880128C | |
AlexaFluor 647 antibody labeling kit | Thermo Fisher | A20186 | |
CD68 antibody | AbD Serotec | MCA1957GA | Use 1:1000 dilution |
Chloroform | Sigma-Aldrich | 372978 | |
Coulter Counter (Multisizer 4e) | |||
Glycerol | Sigma-Aldrich | G5516 | |
Goat anti-rabbit IgG, Alexa Fluor 488 | Thermo FIsher | A-11008 | Use 1:500 dilution |
Goat anti-rabbit IgG, Alexa Fluor 488 | Thermo Fisher | A-11077 | Use 1:500 dilution |
head holder (model SG-4N, Narishige Japan) | |||
Iba1 antibody | Wako | 019-19741 | Use 1:1000 dilution |
Image analysis software | Beckman Coulter | #8547008 | |
Isoflow flow solution | Beckman Coulter | B43905 | |
Near infrared imaging system Odyssey Fc | Licor | 2800-03 | |
Octafluoropropane | Arcadophta | 0229NC | |
Propylene Glycol | Sigma-Aldrich | P4347 | |
TIPS (Therapy Imaging Probe System) | Philips Research | TIPS_007 | |
Bitplane |
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