Method Article
여기서, 우리는 척추의 요추 내 공간에 카테터를 이식하여 쥐 중추 신경계에 약물을 전달하는 방법을 설명합니다. 우리는 안티 센스 올리고 뉴클레오티드의 전달에 초점을 맞추고, 이 방법은 뿐만 아니라 다른 치료 양식의 전달에 적합 하지만.
혈액 뇌 장벽 (BBB) 중추 신 경계에 혈액에서 잠재적으로 독성 또는 병원 성 에이전트의 입구에 대 한 중요 한 방어 (CNS). 그러나, 그것의 존재는 또한 극적으로 CNS에 체계적으로 관리된 치료에이전트의 접근성을 낮춥시다. 이를 극복하는 한 가지 방법은, 이러한 제제를 뇌척수액(CSF)에 직접 주입하여 BBB를 우회하는 것이다. 이것은 삼투성 펌프를 사용하여 연속 주입을 위해 카테터를 이식하거나 단일 볼러스 전달을 위해 수행 할 수 있습니다. 본 문서에서는, 우리는 성인 쥐 척추의 카우다 에퀴나 공간에 직접 이식된 카테터를 통해 CNS 표적화 안티센스 올리고뉴클레오티드(ASO)의 전달을 위한 외과 프로토콜을 기술한다. 대표적인 결과로서, 우리는 쥐 CNS의 다른 지구에 있는 표적 RNA를 쓰러뜨리는 이 카테터 삽입 시스템을 통해 단일 볼루스 ASO 내(IT) 주입의 효능을 보여준다. 절차는 안전하고 효과적이며 고가의 장비 또는 수술 도구가 필요하지 않습니다. 여기에 설명 된 기술은 뿐만 아니라 다른 양식에 약물을 제공 하도록 적응 될 수 있다.
중추 신경계 (CNS)의 혈관 시스템은 항상성의 중요한 레귤레이터로 진화하여 분자의 트래픽을 제어하고 영양소를 공급하고 폐기물을 제거합니다. 이 시스템은 또한 내피 세포의 벽을 따라 단단한 접합부가 조밀하게 분포되어 있기 때문에 외부 병원균의 공격으로부터 첫 번째 방어선입니다. 이 단단한 접합은 혈액 두뇌 방벽의 1개의 양상을 구성합니다 (BBB). BBB는 영양소 및 에너지 요구(예를 들어, 이온, 포도당)를 충족시키는 데 필요한 분자의 수송을 허용하지만, 또한 독성 화학물질뿐만 아니라 병원체의 통과를 선택적으로 제한한다1,2,3.
아이러니하게도, 병원균과 독성 화학물질의 통과를 제한하는 BBB의 동일한 보호 기능은유기체에대한 전신 투여 후 치료적 치료로 CNS에 쉽게 접근할 수 있는 우리의 능력에 큰 장애가 된다2. 4,5. BBB의 이러한 역할은 신약 유통 기술의 과다한 개발을 촉발시켰으며6.
이러한 장애를 극복하는 한 가지 방법은뇌와 척수7,8,9,10을지속적으로 투과시키는 뇌척수액(CSF)에 약물을 직접 주입하는 것이다. 이 기사에서는, 우리는 쥐 척추의 카우다 에퀴나 공간에 카테터의 내부 단부를 완전히 배치하여 요추 내 공간으로 에이전트를 성공적으로 전달하는 방법을 설명합니다. 이 절차에 대한 설명은 이전에 Mazur 외11.
이 프로토콜은 표적 유전자의 정량적 중합효소 연쇄 반응(qPCR) 분석에 의해 평가될 때 CNS에 대한 안티센스 올리고뉴클레오티드(ASO) 전달의 90% 이상의 성공률을 매우 발휘한다8. 이 절차는 쥐의 100 %가 수술에서 생존하고 수술 상처 주위에 최소한의 붓기와 고통의 흔적을 보이지 않는 것처럼 동물에게 최소한의 불편 을 초래합니다 (예 : 과잉 행동, 탈수, 순환, 균형 상실, 음식 섭취 감소, 및 탈수) 수술 후 관찰 중. 여기에 설명된 방법의 또 다른 장점은 고가의 장비나 특수 공구가 필요하지 않다는 것입니다.
모든 생체 내 절차는 실험실 동물의 관리 및 사용에 대한 미국 국립 보건원 가이드에 의해 명시된 지침을 따르는 Biogen 기관 동물 사용 및 관리 위원회 (IACUC) 승인 된 프로토콜에 따라 수행되었습니다.
1. 재료 및 악기 준비
2. 수술 준비
참고: 이 절차는 200 g과 400 g 사이 체중을 가진 남성과 여성 Sprague Dawley 쥐에 일상적으로 수행됩니다. 두 마리의 쥐는 음식과 물에 무료로 접근 할 수있는 12 시간 빛 / 어두운 주기에서 케이지 당 보관됩니다.
3. 수술
4. IT 주입 후 조직 별 녹다운 평가
여기에 기재된 방법을 사용하여, 우리는 긴 비코딩(linc) RNA Malat1을 표적으로 하는 인산완충 식염수 PBS 또는 300 μg의 단일 볼루스와 함께 성인 암컷 쥐(250-300 g; n=10/군)의 두 그룹을 주입하였다; 우리 실험실에서 우리는 Malat1이 뇌와 척수를 포함한 모든 조직14에서유비쿼터스로 그리고 높은 수준으로 표현되었기 때문에 Malat1 ASO를 도구 화합물로 일상적으로 사용합니다. Malat1 ASO는 RNA를 저하시키는 RNaseH1 매개 메커니즘15를 통해 작동하여 녹다운(KD)을 초래합니다. 여기에서 기술된 실험에서, 우리는 ASO의 납품 후에 2 주, 척수의 요추 세그먼트 뿐만 아니라 두뇌의 다른 지구 (즉, 대뇌 피질, striatum 및 소뇌)를 수집했습니다. 수집된 각 영역으로부터의 RNA를 qPCR을 통해 추출 및 분석하여 Malat1 RNA의 발현 수준을 평가하였습니다.
테스트 된 에이전트가 ASO인 경우 1) ASO 효능을 비교하기 위해 항상 CNS의 여러 영역을 수집하는 것이 좋습니다. 2) 외과 적 방법의 기술적 복잡성을 감안할 때, 우리는 양성 대조군을 포함하는 것이 좋습니다, 여기서 잘 확립 된 약동학 및 약력 학적 특성 (즉, 우리 실험실에서 Malat1 ASO)는 시험 에이전트와 병렬로 테스트; 이것은 수술의 효과에 대한 정보를 제공 할 것입니다, 예기치 않거나 설명 할 수없는 결과를 얻을 경우 (예를 들어, 부족 또는 부족한 RNA 조절).
여기서 설명한 실험에서, 우리는 도 3에도시된 바와 같이 수집된 모든 지역에서 매우 양호한 KD를 얻었다. 그러나, 우리는 KD의 가장 높은 비율을 보여주는 척수와 지역 가변성의 어느 정도를 관찰 않았다 (대뇌 피질 = 87% KD, 줄무늬 = 77% KD, 소뇌 = 74% KD, 척수 = 94% KD). 우리는 수술 후 2 주 이전에 생체 내 녹다운 효율에 액세스하지 않았습니다. 몇몇 ASO를 가진 우리의 경험에서, 우리는 6-8 주 수술 후 까지 표적 유전자의 중요한 녹다운을 검출했습니다 (데이터는 도시되지 않음). 주어진 ASO의 정확한 시간 의존적 녹다운 효율이 관심있는 경우 시간 코스 연구가 수행되어야합니다.
그림 1: 경내 주사에 사용되는 맞춤형 재료 및 카테터 세트. (A)카테터/와이어 어셈블리(v)는 스타일와이어(ii)를 PE-10 카테터(i)의 내루에 삽입하여 이루어진다. 캐뉼라/바늘 조립체(vi)는 가이드 캐뉼라(iii)의 내강내황에 23G 바늘을 삽입하여 이루어진다. (B)전달 카테터 어셈블리 (v)는 튜빙 어댑터를 PE-50 카테터의 한쪽 끝에 연결하고 컷 30G 바늘을 다른 쪽 끝에 연결하여 PE-10 카테터(ii)를 어댑터로 사용하여 이루어진다. 수술 동안, 전달 카테터 어셈블리(v)의 30 G 바늘 말단은 이식된 카테터(vi)의 상부에 연결되고, 이식된 카테터의 다른 쪽 끝이 동물의 경막 내 공간에 삽입된 후. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2: 사출 부위 및 절개선의 식별. (A)50 mL 원엽 튜브에 의해 지지되는 쥐의 복부와 함께 골반 위의 근육 사이의 두 구덩이가 쉽게 보입니다 (화살표). (B)한 손으로 구덩이를 잡고 다른 손으로 척추를 부드럽게 누르고 느끼고 L5와 L6 척추 사이의 추간판 공간을 찾으십시오. 패널 A의 점선은 사출 부위가 가운데에 있는 절개선을 표시합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3: ASO의 단일 볼러스 IT 주사는 생체 내에서 랫트 Malat1을 감소시킨다. 우리는 PBS 또는 Malat1 ASO의 300 μg의 단일 볼루스를 주입했습니다. 수술 2 주 후 우리는 CNS의 다른 영역을 수집하고 Malat1 RNA의 발현 수준을 정량화. 우리는 분석된 모든 지역에서 Malat1 RNA의 양호한 KD를 얻었으며, 지역 간 일부 가변성(대뇌 피질 = 87% KD, 줄무늬 = 77% KD, 소뇌 = 74% KD, 척수 = 94% KD; 오차 바 = ± SEM). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
본 문서는 쥐 CNS내로 직접 치료제를 전달하는 강력한 방법을 보여준다. 이론적으로, 유사한 기술은 더 작은 크기 때문에, 방법이 더 도전적 일 수 있더라도, 마우스에서 또한 수행될 수 있습니다. 따라서, 우리 그룹은 다른 투여 경로를 통해 동일한 목표에 도달하는 CNS 약물 전달을 위해 마우스에서 intracerebroincular (ICV) 주사를 수행합니다. 이 방법은 또 다른 연구16에기재되어 있다.
여기에 설명된 방법의 장점은 고가의 장비나 특수 공구가 필요하지 않다는 것입니다. 그림1A에 표시된 카테터/와이어 어셈블리를 미리 준비하는 것이 좋습니다. 연구에 쥐가 있는 만큼 적어도 많은 카테터/와이어 어셈블리를 준비해야 하지만, 수술 중에 일부 카테터/와이어 어셈블리가 손상되거나 교체될 경우를 대비하는 것이 좋습니다.
일단 기술이 숙달되면, 기술된 전체 절차는 쥐 당 대략 25 분 필요, 그러므로 1 일 안에 많은 쥐의 처리를 허용하. 한 사람이 첫 번째 쥐에 수술을 수행하고 두 번째 사람이 다음 쥐에 수술 준비를 수행하는 경우, 두 마리의 쥐는 동물 당 시간을 줄이기 위해 동시에 처리 될 수있다. 능숙한 작업자의 경우 지주막이 아닌 경막외 공간에 바늘이 도달할 가능성은 여전히 적습니다. CSF 역류의 관찰은 올바른 바늘 위치의 좋은 지표이지만 완벽하지 않습니다. 결과 세션에 기재된 RNA 녹다운 분석과 같은 표적 교전 분석이 시험 화합물의 정확한 전달을 확인하기 위해 수행되어야 하는 것이 좋습니다.
여기에 설명된 것과 같은 기술을 확립하는 것은 CNS 표적 치료를 발전시킬 수 있는 강력한 전임상 연구 파이프라인의 개발에 매우 중요합니다. 실제로, 치료적 개입으로서 ASO의 IT 전달은 현재 CNS17,18, 19,20의많은 장애의 치료를 위해 탐구되고 있는 방법이다. Nusinersen, 척추 근육 위축에 대 한 ASO 기반 치료 (SMA) 환자, 최근 여러 시장에서 승인 되었다, 또한 소아 환자에 게이 방법의 적용성을 입증21,22, 23.
저자는 바이오젠, 주식회사 또는 아이오니스 제약의 모든 직원입니다. 저자는 Ionis 제약에서 기사에 설명 된 안티 센스 올리고 뉴클레오티드를받을 수 있습니다.
이 기사에 설명된 ASO를 공급해 주신 Ionis 제약에 감사드립니다.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
3M Steri-Drape Small Drape with Adhesive Aperture | 3M | 1020 | |
70% ethanol | Decon Laboratories, Inc | 8416-160Z | |
Alcohol swab sticks | Dynarex | NO 1204 | |
BD General Use Syringes 1 mL Luer-Lok tip | BD | 1ml TB Luer-Lok tip | BD 302830 |
BD Intramedic PE Tubing | BD | Polyethylene tubing PE50 Diameter 0.023 in | BD 427400 (10ft, Fischer Scientific 22-204008) or 427401 (100ft, Fischer Scientific 14-170-12P) |
BD Intramedic PE Tubing | BD | Polyethylene tubing PE10 Diameter 0.011 in | BD 427410 (10ft, Fischer Scientific 14-170-11B) or 4274011 (100ft, Fischer Scientific 14-170-12B) |
BD Intramedic PE Tubing Adapters | BD | 23 gauge intramedic luer stub adaper | BD 427565 or Fisher Scientific 14-826-19E |
BD PrecisionGlide Single-use Needles 30G | BD | BD 305128 | |
Buprenorphine Sustained Release-lab | ZooPharm | Prescription required | |
Ethylene oxide sterilizer | Andersen Sterilizer INC. | AN 74i, gas sterilizer | AN 74i |
Guide cannula | BD | 19G x 1 WT (1.1 mm x 25mm) needle | BD 305186 |
Hamilton syringe 100ul | Hamilton company | Hamilton syringe 100ul | |
Hot bead Sterilizer | Fine Science Tools | STERILIZER MODELNO FST 250 | |
Ophthalmic ointment | Dechra veterranery product | 17033-211-38 | |
Pocket Pro Pet Trimmer | Braintree Scientific | CLP-9931 B | |
Povidone scrub | PDI | S48050 | |
Saline | Baxter | Sodium Chloride 0.9% Intravenous Infusion BP 50ml | FE1306G |
Scalpel | Feather | disposable scalpel | No. 10 |
Small animal heating pad | K&H Manufacturing | Model # 1060 | |
Stylet Wire | McMaster-Carr | 1749T14 | LH-36233780 |
Surgery Towel drape | Dynarex | 4410 | |
Surgical scissors and forceps | FST and Fisher Scientific | ||
Sutures | Ethicon | 4-0 or 5-0 | |
Tool to make the Guide cannular | Grainger | Rotary tool (Dremel) | 14H446 (Mfr: EZ456) |
EZ lock cut off Wheel | 1PKX5 (Mfr: 3000-1/24) | ||
Grinding Wheel, Aluminum Oxide | 38EY44 (Mfr: EZ541GR) | ||
EZ lock Mandrel | 1PKX8 (Mfr: EZ402-01) | ||
Diamond wheel floor Tile | 3DRN4 (Mfr: EZ545) | ||
Alternative source for pre-made and sterilized materials for this procedure | |||
Dosing catheter system | SAI Infusion Systems | RIDC-01 | |
Guide cannula | SAI Infusion Systems | RIDC-GCA | |
Internal Catheters | SAI Infusion Systems | RIDC-INC | |
Stylet Wire | SAI Infusion Systems | RIDC-STY |
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