Taşınabilir bir tezgah üstü odaklanmış ultrason sistemi kullanılarak bir fare modelinde glioblastoma multiforme tedavisi için sonodinamik terapi

GBM'li hastalar için yeni terapötik ve etkili tedavi seçenekleri gereklidir. Bu protokol, şu anda klinik çeviri için kapsamlı araştırmalardan geçmekte olan GBM için klinik öncesi FUS aracılı bir tedavinin ana hatlarını çizmiştir. SDT heyecan verici bir potansiyele sahip olsa da, klinik öncesi ortamda anlaşılması ve optimize edilmesi gereken çok şey var.

Bu protokolün en önemli bileşenlerinden biri, maksimum etkinlik için tümörü hedeflemek için MR kılavuzluğunda FUS kullanmaktır. Bir fantom kullanılarak, eksenel MRI dilimlerinin her pikseline bir koordinat atanabilen bir 3D koordinat alanı oluşturulabilir. Daha sonra, MR görüntüsündeki sonikasyon konumunu seçmenin basit bir prosedürü, dönüştürücünün nereye hedefleneceğini bildirir. Kullanılan klinik öncesi FUS sistemi çok yönlüdür ve görüntüleme onayı olmadan hedeflenmesi zor olan daha derin yerleşimli tümörler de dahil olmak üzere tümör gibi spesifik patolojilerin yerlerini hedeflemeye ihtiyaç duyulduğunda uygulanabilir. Gadolinyumun kontrast madde olarak kullanılması, tümörün net bir şekilde görselleştirilmesi ve kullanıcının hedefleri seçerken bilinçli kararlar vermesine olanak tanır. SDT'nin diğer birçok tedaviye göre avantajı, tümöre özgü bir tedavi olmasıdır. Düşük yoğunluklu FUS sadece tümör dokusunu hedef almalı, sağlıklı beyin parankimini nispeten el değmeden bırakmalıdır ^3,8.

Bu deneyin sonuçları, bu protokolün avantajlarının SDT için literatürdeki diğer bulgulara benzer terapötik sonuçlara nasıl yol açabileceğini vurgulamaktadır. Şekil 5 , tedavi gününü takip eden 24 saat gibi kısa bir süre içinde, tedavi edilen kohortta tümör büyümesinde bir yavaşlama olduğunu göstermektedir. Bu küçük örneklem büyüklüğü kullanılarak önemsiz olsa da, anlamlılık daha fazla sayıda hayvanla sonuçlanabilir. Tümör büyümesindeki bu gecikme, Wu ve ark. (2019), tedavi edilen hayvanlarda zaman içinde tümör büyümesinin yavaşladığını ve hayatta kalma sürelerinin arttığını göstermiştir⁹.

Bu protokol tasarlanırken göz önünde bulundurulması gereken hususlar arasında hayvan suşu, tümör tipi ve sonosensitize edici ajan seçimi yer alıyordu. Bu protokol için birçok nedenden dolayı atimik çıplak fareler seçildi. İlk olarak, çıplak farenin sonikasyonu daha kolaydır, çünkü saç eksikliği herhangi bir zayıflamayı önler. Ayrıca, bir bağışıklık sisteminin olmaması, hasta kaynaklı ksenogreftlerin (PDX'ler) implantasyonuna izin verir, böylece tümör modeli klinik duruma daha çok benzer. Atimik bir model kullanmanın dezavantajı, bağışıklık sisteminin karakterize edilememesidir, bu nedenle bu çalışmalarda SDT tarafından üretilen herhangi bir bağışıklık tepkisi ölçülmeyecektir¹⁰. Seçilen tümör hattı agresif ve hızlı büyüyen bir PDX hattıdır. Tedavi zamanı çok önemlidir çünkü tümörün oluşumu doğrulanmalıdır, ancak tümör yükü kraniyal hemisferi doldurmamalıdır. Farklı hücre hatları, klinik öncesi deneyler için en uygun boyutta bir tümör elde etmek için farklı inkübasyon süreleri gerektirir. Bu protokolde, önceki deneylerde (yayınlanmamış veriler) bu hücre hattı için in vitro olarak doğrulanan GBM tümörlerinde tercihli alımı nedeniyle sonosensitizer olarak 5-ALA kullanılmıştır. Etkinlik ve güvenlik için en uygun bileşiği belirlemek için diğer sonosensitizörler ikame edilebilir ve test edilebilir. Son olarak, 5-ALA enjeksiyonundan 3 saat sonra tedaviye başlandı, çünkü önceki literatür bunun bu enjeksiyon dozu ile en uygun zaman^{olduğunu göstermiştir 5}.

Bu protokolde seçilen FUS parametrelerine (her hedef konumda 515 kHz'de 2 dakika boyunca 10 W/^cm2), önceki literatürün gözden geçirilmesine ve ilk deneylere^(4,9) dayalı olarak karar verilmiştir. Tüm tümör boyunca ROS etkisini oluşturmak için tüm tümörü kapsayan bir sonikasyon noktaları ızgarası seçildi. Burada kullanılan yoğunluk diğer yayınlardan daha yüksektir, ancak kısa bir zaman aralığında, 25 W/^cm2'ye kadar olan yoğunluklar bir fare modelinde önemli yan etkiler olmaksızın başarıyla kullanıldığından, bunun sıcaklıkla ilgili herhangi bir olumsuz etkiye yol açması beklenmemektedir¹¹. Daha da önemlisi, literatürde standartlaştırılmış veya optimize edilmiş bir FUS parametresi seti yayınlanmamıştır. Bu nedenle, burada rapor edilen spesifik değerler, optimal parametre setini belirlemek için ayarlanabilir, bu da güvenliği korurken tümör dokusunun maksimum azalmasına yol açar. Ek olarak, farklı hücre hatları farklı seviyelerde vaskülarizasyon ve hipoksiye sahip olduğundan, bu tedavinin ayarlanması gerekebilir. SDT tedavisinden sonraki 24 saat içinde genel olarak tümör büyümesinin azaldığını gösterdik (Şekil 5), ancak parametrelerin optimize edilmesi ve bu tedavinin maksimum etkisini belirlemek için daha fazla hayvanın test edilmesi gerekiyor. Tedavi sonrası MRG taramaları, tümör dokusuna lokalize etki ile sağlıklı dokuda FUS tedavisi ile oluşturulan lezyonların görünümünü göstermez (Şekil 6). Tümörde 5-ALA alımını en üst düzeye çıkarmak için SDT'yi kan-beyin bariyerini geçici olarak geçirgen hale getirmek gibi diğer FUS teknikleriyle birleştirme fırsatı da vardır¹². Bu protokol, yapısal düzeyde güvenlik ve etkinliği kontrol etmek için çeşitli histoloji teknikleri uygulanarak daha da desteklenebilir. Yapısal veya tümör hasarını kontrol etmek için bir hematoksilen ve eozin (H & E) boyası yapılabilir¹³, hücresel apoptozu kontrol etmek için bir terminal deoksinükleotidil transferaz dUTP nick ucu etiketleme (TUNEL) boyası^{yapılabilir 14}. Ne olursa olsun, bu protokol, SDT ile tedavi edilen tümörlerin büyüme hızının ve tedavi edilmemiş tümörlerin büyüme hızının karşılaştırılmasının yanı sıra sonikasyondan önce ve sonra tümör dilimlerinin karşılaştırılmasıyla belirgin olan, tedaviden 24 saat sonra bile değişikliklerin fark edildiği güvenli ve tümöre özgü bir tedavi sunar.

Herhangi bir protokolde, her zaman tartılması gereken dezavantajlar veya sınırlamalar vardır. Mevcut protokolün ana sınırlaması zaman ve masraftır. Bu arada, bu protokolün avantajlarından biri de otomatik odaklı amacıdır. Bu odaklanmış prosedürü gerçekleştirmek için, tümörün hedeflenmesinin doğru olduğundan emin olmak için her bir hayvan için MRI taramalarının yapılması gerekir, bu hem zaman alıcı hem de pahalı olabilen bir süreçtir. Ek olarak, istenen odak noktalarının sayısına bağlı olarak, bu protokolü gerçekleştirmek için gereken süre sadece birkaç hayvan için bile saatler olabilir ve bu da deney hayvanı sayılarının düşük olmasına neden olabilir. Bu dezavantajlara rağmen, bu hedefe yönelik noninvaziv protokol, açık cerrahi seçeneklerle karşılaştırıldığında uygulanabilir bir tercih olmaya devam etmektedir.

Sonuç olarak, bu protokol, SDT tedavisinin tedaviden sonraki 24 saat içinde beyindeki tümör büyümesini azaltma yeteneğini gösterirken, klinik öncesi bir fare modelinde sağlıklı nöral dokuyu korudu. Bu tedaviyi klinik olarak uygun hale getirmek için SDT'nin etkinliği ve ROS üretimini artırmak için çeşitli parametrelerin optimize edilmesi üzerine çalışmalar gereklidir. SDT'nin noninvaziv bir terapötik model olarak kullanımı için yeni yollar araştırılmalıdır.

Yazarlar, araştırmanın potansiyel bir çıkar çatışması olarak yorumlanabilecek herhangi bir ticari veya finansal ilişkinin yokluğunda yürütüldüğünü beyan ederler. Amir Manbachi, BK Medical (GE Healthcare), Neurosonics Medical için ders veriyor ve danışmanlık yapıyor ve patent bekleyen bir dizi FUS teknolojisinin mucidi. Betty Tyler, NIH'den araştırma fonuna sahiptir ve Hızlandırılmış Kombinasyon Terapileri*'nin ortak sahibidir. Ashvattha Therapeutics Inc. ayrıca patentlerinden birini lisanslamıştır ve Peabody Pharmaceuticals'ın hissedarıdır (*öz sermaye veya opsiyonları içerir).

Yazarlar, Ulusal Bilim Vakfı (NSF) STTR Faz 1 Ödülü'nden (#: 1938939), ASME Savunma İleri Araştırma Projeleri Ajansı (DARPA) Ödülü (#: N660012024075) ve Johns Hopkins Klinik ve Translasyonel Araştırma Enstitüsü'nün (ICTR) Klinik Araştırma Akademisyenleri Programı (KL2), Ulusal Sağlık Enstitüleri (NIH) Ulusal Translasyonel Bilimleri Geliştirme Merkezi (NCATS) tarafından yönetilmektedir. Hücreler, Mayo Tıp Eğitimi ve Araştırma Vakfı'ndan satın alındı ve sağlandı.