Name: delivery of antibodies into the brain using focused scanning ultrasound
Uploaded: 2020-07-18T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Delivery of Antibodies into the Brain Using Focused Scanning Ultrasound at JoVE.com

نحن نقدر الدعم المقدم من حوزة الدكتور كليم جونز AO ، والمجلس الوطني للصحة والبحوث الطبية في أستراليا [GNT1145580 ، GNT1176326] ، ومؤسسة ميتال ، وحكومة ولاية كوينزلاند (DSITI ، وزارة العلوم وتكنولوجيا المعلومات والابتكار).

تمت الموافقة على جميع التجارب على الحيوانات من قبل لجنة أخلاقيات الحيوان بجامعة كوينزلاند.
1. في المنزل إعداد microbubble
<ol><li>وزن نسبة مولية 9: 1 من 1،2-ديستيرويل-sn-glycero-3-phosphocholine و 1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine-N-[amino(polyethyleneglycol)-2000] (ملح الأمونيوم). مطلوب 0.5 ملغ من خليط الدهون لكل 1 مل من مح?...

<ol>
	<li>Choi, J. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Noninvasive+and+transient+blood-brain+barrier+opening+in+the+hippocampus+of+Alzheimer's+double+transgenic+mice+using+focused+ultrasound.">Noninvasive and transient blood-brain barrier opening in the hippocampus of Alzheimer's double transgenic mice using focused ultrasound.</a> Ultrasonic Imaging. 30 (3), 189-200 (2008).</li><li>Lipsman, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Blood-brain+barrier+opening+in+Alzheimer's+disease+using+MR-guided+focused+ultrasound.">Blood-brain barrier opening in Alzheimer's disease using MR-guided focused ultrasound.</a> Nature Communications. 9 (1), 2336 (2018).</li><li>Pandit, R., Chen, L., G&#246;tz, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+blood-brain+barrier:+physiology+and+strategies+for+drug+delivery.">The blood-brain barrier: physiology and strategies for drug delivery.</a> Advanced Drug Delivery Reviews. (19), 30238 (2019).</li><li>Golde, T. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Open+questions+for+Alzheimer's+disease+immunotherapy.">Open questions for Alzheimer's disease immunotherapy.</a> Alzheimers Research &amp; Therapy. 6 (1), 3 (2014).</li><li>Nisbet, R. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combined+effects+of+scanning+ultrasound+and+a+tau-specific+single+chain+antibody+in+a+tau+transgenic+mouse+model.">Combined effects of scanning ultrasound and a tau-specific single chain antibody in a tau transgenic mouse model.</a> Brain. 140 (5), 1220-1230 (2017).</li><li>Janowicz, P. W., Leinenga, G., G&#246;tz, J., Nisbet, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasound-mediated+blood-brain+barrier+opening+enhances+delivery+of+therapeutically+relevant+formats+of+a+tau-specific+antibody.">Ultrasound-mediated blood-brain barrier opening enhances delivery of therapeutically relevant formats of a tau-specific antibody.</a> Scientific Reports. 9 (1), 9255 (2019).</li><li>Leinenga, G., G&#246;tz, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scanning+ultrasound+removes+amyloid-beta+and+restores+memory+in+an+Alzheimer's+disease+mouse+model.">Scanning ultrasound removes amyloid-beta and restores memory in an Alzheimer's disease mouse model.</a> Science Translational Medicine. 7 (278), 233 (2015).</li><li>Burgess, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Targeted+delivery+of+neural+stem+cells+to+the+brain+using+MRI-guided+focused+ultrasound+to+disrupt+the+blood-brain+barrier.">Targeted delivery of neural stem cells to the brain using MRI-guided focused ultrasound to disrupt the blood-brain barrier.</a> PLoS One. 6 (11), 27877 (2011).</li><li>Chen, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Focused+ultrasound-enhanced+intranasal+brain+delivery+of+brain-derived+neurotrophic+factor.">Focused ultrasound-enhanced intranasal brain delivery of brain-derived neurotrophic factor.</a> Scientific Reports. 6, 28599 (2016).</li><li>Leinenga, G., Langton, C., Nisbet, R., G&#246;tz, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasound+treatment+of+neurological+diseases+-+current+and+emerging+applications.">Ultrasound treatment of neurological diseases - current and emerging applications.</a> Nature Reviews Neurology. 12 (3), 161-174 (2016).</li><li>G&#246;tz, J., Halliday, G., Nisbet, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+Pathogenesis+of+the+Tauopathies.">Molecular Pathogenesis of the Tauopathies.</a> Annual Reviews of Pathology. 14, 239-261 (2019).</li><li>Pandit, R., Leinenga, G., G&#246;tz, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Repeated+ultrasound+treatment+of+tau+transgenic+mice+clears+neuronal+tau+by+autophagy+and+improves+behavioral+functions.">Repeated ultrasound treatment of tau transgenic mice clears neuronal tau by autophagy and improves behavioral functions.</a> Theranostics. 9 (13), 3754-3767 (2019).</li><li>Karakatsani, M. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unilateral+Focused+Ultrasound-Induced+Blood-Brain+Barrier+Opening+Reduces+Phosphorylated+Tau+from+The+rTg4510+Mouse+Model.">Unilateral Focused Ultrasound-Induced Blood-Brain Barrier Opening Reduces Phosphorylated Tau from The rTg4510 Mouse Model.</a> Theranostics. 9 (18), 5396-5411 (2019).</li><li>Valdez, M. A., Fernandez, E., Matsunaga, T., Erickson, R. P., Trouard, T. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Distribution+and+Diffusion+of+Macromolecule+Delivery+to+the+Brain+via+Focused+Ultrasound+using+Magnetic+Resonance+and+Multispectral+Fluorescence+Imaging.">Distribution and Diffusion of Macromolecule Delivery to the Brain via Focused Ultrasound using Magnetic Resonance and Multispectral Fluorescence Imaging.</a> Ultrasound in Medicine and Biology. 46 (1), 122-136 (2020).</li></ol>

يمكن توصيل الأجسام المضادة الموسومة بالفلورسنت إلى الدماغ باستخدام الموجات فوق الصوتية المركزة جنبا إلى جنب مع الفقاعات الدقيقة المطبقة في وضع المسح. يمكن الكشف عن توصيل الأجسام المضادة ومورفولوجيا الخلايا الدبقية الدقيقة وتضخم الليزوسومات عن طريق الفحص المجهري الفلوري بعد المسح بالم?...

الموجات فوق الصوتية العلاجية هي تقنية ناشئة تهدف إلى علاج أمراض الدماغ بطريقة غير جراحية ، جزئيا عن طريق تسهيل وصول العوامل العلاجية إلى الدماغ1،2،3. نظرا لأن جزءا صغيرا فقط من الأجسام المضادة العلاجية التي تستهدف أمراض الدماغ يتم تناولها والاحتفاظ بها في الدماغ4 ، فإن الموجات فوق الصوتية العلاجية توفر إمكانية زيادة امتصاصها والمشاركة المستهدفة5,6.
في مختبرنا ، نقوم بتطوير مناهج علاجية للأمراض العصبية التنكسية حيث يتم تسليم جسم مضاد بأشكال مختلفة عبر الحاجز الدموي الدماغي (BBB) باستخدام الفقاعات الدقيقة. لتحقيق ذلك ، يتم تطبيق الموجات فوق الصوتية من خلال الجمجمة إلى الدماغ في بقع متعددة باستخدام وضع المسح الضوئي الذي نشير إليه باسم المسح بالموجات فوق الصوتية (SUS) 7. التفاعل الميكانيكي بين طاقة الموجات فوق الصوتية ، والفقاعات الدقيقة المحقونة عن طريق الوريد والأوعية الدموية في الدماغ يفصل بشكل عابر التقاطعات الضيقة ل BBB في حجم صوتنة معين ، مما يسمح للأجسام المضادة والشحنات الأخرى بما في ذلك العوامل العلاجية بعبور هذا الحاجز بشكل فعال7,8,9 . علاوة على ذلك ، ثبت أن الموجات فوق الصوتية تسهل امتصاص الأجسام المضادة من الدماغ الخلالي إلى خلايا الدماغ ، مثل الخلايا العصبية ، حيث ينتشر الجسم المضاد في جميع أنحاء جسم الخلية وحتى في العمليات العصبية5,10.
يتميز مرض الزهايمر بأمراض أميلويد β وتاو 11، وتتوفر مجموعة من النماذج الحيوانية لتشريح الآليات المسببة للأمراض والتحقق من صحة الاستراتيجيات العلاجية. يمكن لنهج SUS ، الذي يتم من خلاله تطبيق الموجات فوق الصوتية في نمط متسلسل عبر الدماغ بأكمله ، عند تكراره على مدى عدة جلسات علاجية ، أن يقلل من أمراض لوحة الأميلويد في أدمغة الفئران الطافرة لبروتين السلائف الأميلويد المودعة β (APP) وتنشيط الخلايا الدبقية الصغيرة التي تأخذ الأميلويد ، مما يؤدي إلى تحسن في الوظيفة المعرفية 7. فتح BBB مع الموجات فوق الصوتية والفقاعات الدقيقة يقلل أيضا من أمراض تاو في pR5 و K3 و rTg4510 تاو الفئران المعدلة وراثيا5،12،13. الأهم من ذلك ، في حين أن الخلايا الدبقية الصغيرة تزيل رواسب البروتين خارج الخلية ، فإن إحدى آليات التطهير الأساسية للأمراض داخل الخلايا العصبية التي يسببها SUS هي تنشيط الالتهام الذاتي العصبي12.
هنا ، نحدد عملية تجريبية ، يتم من خلالها إعداد الأجسام المضادة ذات العلامات الفلورية ، ثم يتم خلطها مع الفقاعات الدقيقة القائمة على الدهون في المنزل ، تليها الحقن بأثر رجعي في الفئران المخدرة. الحقن خلف الحجاج هو بديل لحقن الوريد الذيل الذي وجدنا أنه فعال بنفس القدر وأبسط في الأداء المتكرر. ويتبع ذلك مباشرة تطبيق SUS على الدماغ. لتحديد امتصاص الأجسام المضادة العلاجية ، يتم التضحية بالفئران ثم يتم تحديد تركيز الأجسام المضادة المتزايد في الدماغ. كوكيل للتغيير في توازن الدماغ ، يتم تحديد نشاط البلعمة الدبقية الدقيقة من خلال علم الأنسجة وإعادة البناء الحجمي 3D.
تشير البيانات التي تم إنشاؤها إلى أن توصيل الموجات فوق الصوتية للأجسام المضادة هو نهج جذاب محتمل لعلاج الأمراض التنكسية العصبية. ويمكن تطبيق البروتوكول بالمثل على الأدوية المرشحة الأخرى، فضلا عن الشحنات النموذجية مثل الدكسترونات ذات الأحجام المحددة بالفلورسنت14.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphocholine</td>
			<td>Avanti</td>
			<td>850365C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine-N-[amino(polyethyleneglycol)-2000]</td>
			<td>Avanti</td>
			<td>880128C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AlexaFluor 647 antibody labeling kit</td>
			<td>Thermo Fisher</td>
			<td>A20186</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CD68 antibody</td>
			<td>AbD Serotec</td>
			<td>MCA1957GA</td>
			<td>Use 1:1000 dilution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chloroform</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>372978</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Coulter Counter (Multisizer 4e)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glycerol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>G5516</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goat anti-rabbit IgG, Alexa Fluor 488</td>
			<td>Thermo FIsher</td>
			<td>A-11008</td>
			<td>Use 1:500 dilution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goat anti-rabbit IgG, Alexa Fluor 488</td>
			<td>Thermo Fisher</td>
			<td>A-11077</td>
			<td>Use 1:500 dilution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>head holder (model SG-4N, Narishige Japan)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Iba1 antibody</td>
			<td>Wako</td>
			<td>019-19741</td>
			<td>Use 1:1000 dilution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Image analysis software</td>
			<td>Beckman Coulter</td>
			<td>#8547008</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isoflow flow solution</td>
			<td>Beckman Coulter</td>
			<td>B43905</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Near infrared imaging system Odyssey Fc</td>
			<td>Licor</td>
			<td>2800-03</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Octafluoropropane</td>
			<td>Arcadophta</td>
			<td>0229NC</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Propylene Glycol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P4347</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TIPS (Therapy Imaging Probe System)</td>
			<td>Philips Research</td>
			<td>TIPS_007</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>Bitplane</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

delivery of antibodies into the brain using focused scanning ultrasound

يتم تناول جزء صغير فقط من الأجسام المضادة العلاجية التي تستهدف أمراض الدماغ من قبل الدماغ. توفر الموجات فوق الصوتية المركزة إمكانية زيادة امتصاص الأجسام المضادة والمشاركة من خلال الفتح العابر للحاجز الدموي الدماغي (BBB). في مختبرنا ، نقوم بتطوير أساليب علاجية للأمراض العصبية التنكسية حيث يتم تسليم جسم مضاد بأشكال مختلفة عبر BBB باستخدام microbubbles ، بالتزامن مع تطبيق الموجات فوق الصوتية المركز من خلال الجمجمة التي تستهدف بقع متعددة ، وهو نهج نشير إليه باسم الموجات فوق الصوتية (SUS). تزيد التأثيرات الميكانيكية للفقاعات الدقيقة والموجات فوق الصوتية على الأوعية الدموية من النقل شبه الخلوي عبر BBB عن طريق فصل التقاطعات الضيقة بشكل عابر وتعزز نقل الخلايا بوساطة الحويصلة ، مما يسمح للأجسام المضادة والعوامل العلاجية بالعبور بفعالية. علاوة على ذلك ، تسهل الموجات فوق الصوتية أيضا امتصاص الأجسام المضادة من الدماغ الخلالي إلى خلايا الدماغ مثل الخلايا العصبية حيث ينتشر الجسم المضاد في جميع أنحاء جسم الخلية وحتى في العمليات العصبية. في دراساتنا ، يتم تحضير الأجسام المضادة ذات العلامات الفلورية ، وخلطها مع الفقاعات الدقيقة القائمة على الدهون المحضرة داخليا وحقنها في الفئران مباشرة قبل تطبيق SUS على الدماغ. ثم يتم تحديد تركيز الأجسام المضادة المتزايد في الدماغ. لحساب التغيرات في توازن الدماغ الطبيعي ، يمكن استخدام البلعمة الدبقية الدقيقة كعلامة خلوية. تشير البيانات التي تم إنشاؤها إلى أن توصيل الموجات فوق الصوتية للأجسام المضادة هو نهج جذاب لعلاج الأمراض التنكسية العصبية.

باستخدام هذا البروتوكول ، يتم تسليم الأجسام المضادة ذات العلامات الفلورية إلى الدماغ ويمكن اكتشافها ، إلى جانب تنشيط الخلايا الدبقية الصغيرة. الاستنتاج الذي يمكن استخلاصه هو استخدام الموجات فوق الصوتية المركزة والفقاعات الدقيقة يعزز بشكل ملحوظ امتصاص الدماغ للأجسام المضادة ويمكن أن يو...

Watch this Scientific Journal Video about Delivery of Antibodies into the Brain Using Focused Scanning Ultrasound at JoVE.com

Delivery of Antibodies into the Brain Using Focused Scanning Ultrasound

يظهر هنا بروتوكول لفتح الحاجز الدموي الدماغي (BBB) بشكل عابر إما عن طريق الفوك أو في جميع أنحاء دماغ الفأر لتوصيل الأجسام المضادة ذات العلامات الفلورية وتنشيط الخلايا الدبقية الصغيرة. كما تم تقديم طريقة للكشف عن تسليم الأجسام المضادة وتنشيط الخلايا الدبقية الصغيرة عن طريق علم الأنسجة.

توصيل الأجسام المضادة إلى الدماغ باستخدام الموجات فوق الصوتية المركزة

Only a small fraction of therapeutic antibodies targeting brain diseases are taken up by the brain. Focused ultrasound offers a possibility to increase ...

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Ultrasound-Guided Microinjection into the Mouse Forebrain In Utero at E9.5

Ultrasound-Guided Microinjection into the Mouse Forebrain In Utero at E9.5

الموجات فوق الصوتية ، إذ تسترشد Microinjection في الدماغ المقدم ماوس في الرحم في E9.5

In utero survival surgery in mice permits the molecular manipulation of gene expression during development.  However, because the uterine wall is opaque ...

Focussed Ion Beam Milling and Scanning Electron Microscopy of Brain Tissue

ركزت شعاع ايون طحن والمجهر الإلكتروني لأنسجة الدماغ

This protocol describes how biological samples, like brain tissue, can be imaged in three dimensions using the focussed ion beam/scanning electron ...

Efficient Gene Delivery into Multiple CNS Territories Using In Utero Electroporation

Efficient Gene Delivery into Multiple CNS Territories Using In Utero Electroporation

كفاءة توصيل الجينات في الجهاز العصبي المركزي متعددة باستخدام الأراضي في الرحم Electroporation

The ability to manipulate gene expression is the cornerstone of modern day experimental embryology, leading to the elucidation of multiple developmental ...

Stereotaxic Infusion of Oligomeric Amyloid-beta into the Mouse Hippocampus

تسريب التجسيمي من بلازميدة قليلة القسيمات اميلويد بيتا في الحصين ماوس

Alzheimer&#8217;s disease is a neurodegenerative disease affecting the aging population. A key neuropathological feature of the disease is the ...

Analysis of Brain Mitochondria Using Serial Block-Face Scanning Electron Microscopy

تحليل الدماغ الميتوكوندريا عن طريق المسلسل بلوك الوجه المجهر الإلكتروني

Human brain is a high energy consuming organ that mainly relies on glucose as a fuel source. Glucose is catabolized by brain mitochondria via glycolysis, ...

Mouse Microsurgery Infusion Technique for Targeted Substance Delivery into the CNS via the Internal Carotid Artery

Mouse Microsurgery Infusion Technique for Targeted Substance Delivery into the CNS via the Internal Carotid Artery

الماوس المجهرية تسريب تقنية لالمستهدفة المواد تسليم في الجهاز العصبي المركزي<i&gt; عبر</i&gt; في الشريان السباتي الداخلي

Animal models of central nervous system (CNS) diseases and, consequently, blood-brain barrier disruption diseases, require the delivery of exogenous ...

Delivery of Antibodies into the Murine Brain via Convection-enhanced Delivery

تسليم الأجسام المضادة إلى الدماغ مورين عن طريق الحمل الحراري تعزيز التسليم

Convection-enhanced delivery (CED) is a neurosurgical technique enabling effective perfusion of large brain volumes using a catheter system. Such an ...

Using Near-infrared Fluorescence and High-resolution Scanning to Measure Protein Expression in the Rodent Brain

استخدام الاشعه تحت الحمراء القريبة والمسح عاليه الدقة لقياس تعبير البروتين في الدماغ القوارض

Neuroscience is the study of how cells in the brain mediate various functions. Measuring protein expression in neurons and glia is critical for the study ...

A Benchtop Approach to the Location Specific Blood Brain Barrier Opening using Focused Ultrasound in a Rat Model

نهج Benchtop لموقع محدد فتح حاجز الدم الدماغ باستخدام الموجات فوق الصوتية المركزة في نموذج الفئران

Stereotaxic surgery is the gold standard for localized drug and gene delivery to the rodent brain. This technique has many advantages over systemic ...

Intra-Arterial Delivery of Neural Stem Cells to the Rat and Mouse Brain: Application to Cerebral Ischemia

التسليم داخل الشرايين للخلايا الجذعية العصبية إلى الدماغ الفئران والفأر: تطبيق على الإقفاري الدماغي

Neural stem cell (NSC) therapy is an emerging innovative treatment for stroke, traumatic brain injury and neurodegenerative disorders. As compared to ...