Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
Доставка терапевтических препаратов непосредственно в центральную нервную систему является одним из способов обхода гематоэнцефалического барьера. В настоящем протоколе показана внутримозговая инъекция для последующего забора спинномозговой жидкости и органов тела. Это облегчает исследование фармакокинетики и фармакодинамики лекарственных средств на животных моделях для разработки новых методов лечения.
Несмотря на то, что гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) защищает мозг от инородных включений, он также предотвращает проникновение некоторых терапевтических средств в центральную нервную систему (ЦНС) для облегчения заболеваний или инфекций. Препараты вводятся непосредственно в ЦНС у животных и человека для обхода ГЭБ. Настоящий протокол описывает уникальный способ лечения инфекций головного мозга путем внутрижелудочковой доставки антибиотиков, т.е. полимиксинов, антибиотиков последней линии для лечения грамотрицательных бактерий с множественной лекарственной устойчивостью. Был разработан простой протокол стереотаксической хирургии для имплантации направляющей канюли, идущей в боковой желудочек у крыс. После восстановительного периода в течение 24 часов крысам можно сознательно и многократно вводить инъекции через канюлю, которая устанавливается на поводыре. Инъекции могут быть введены вручную в виде болюса или инфузии с помощью микроинжекционного насоса для получения медленной и контролируемой скорости потока. Внутрижелудочковая инъекция была успешно подтверждена с помощью красителя Evans Blue. Спинномозговая жидкость (ликвор) может быть дренирована, а мозг и другие органы могут быть собраны. Этот подход хорошо поддается исследованиям с доставкой лекарственного препарата в ЦНС и последующей оценкой фармакокинетической и фармакодинамической активности.
Гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) является важнейшим защитным механизмом для центральной нервной системы (ЦНС). Селективно-проницаемый анатомический барьер отделяет циркулирующую кровь и ее растворенные вещества от внеклеточной жидкости мозга, тем самым предотвращая попадание большинства молекул в мозг 1,2,3,4, в зависимости от их размера, липофильности5 и наличия активного транспортного механизма 2.
Этот защитный барьер полезен для эффективной регуляции сложного гомеостаза мозга и здоровья ЦНС 4,6. Однако это также затрудняет доставку лекарств для лечения инфекций головного мозга или других заболеваний ЦНС 4,7. Помимо разрушения ГЭБ с помощью различных методов 8,9, основным подходом к обходу ГЭБ является доставка лекарственного препарата непосредственно в мозг путем высвобождения его в спинномозговую жидкость (СМЖ)4. Несмотря на то, что это относительно инвазивная практика, она успешно используется для доставки таргетной терапии пациентам и лабораторным животным. У людей лекарственные препараты могут быть введены во внутрижелудочковую систему или ликвор и впоследствии отобраны с использованием резервуара Ommaya, резервуара, расположенного под кожей головы, прикрепленного к катетеру, вставленному в боковой желудочек10,11. Аналогичные методы были установлены на лабораторных животных, таких как грызуны, для достижения эквивалентных целей. Мышам 12,13,14,15 и крысам16,17 имплантировали микроосмотические насосы для непрерывной доставки лекарств в желудочковую систему или паренхиму мозга. Кроме того, проводили прямые внутримозговые инъекции мышам под наркозом с использованием одноразовой иглы18,19 и находящимся в сознании крысам с помощью хирургически имплантированной канюли 20,21,22,23. Доставка лекарств в ЦНС является бесценным методом для улучшения понимания в различных областях 20,24,25,26,27,28.
Инфекции ЦНС являются одной из таких областей, которая срочно нуждается в новых методах лечения и более глубоком понимании существующих противоинфекционных методов лечения. Инфекции ЦНС, вызванные грамотрицательными бактериями с множественной лекарственной устойчивостью, вызывают особую обеспокоенность7. Полимиксины являются антибиотиками последней линии, которые все чаще используются для лечения инфекций, вызванных этими «супербактериями». При внутривенном введении полимиксинов в соответствии с действующими рекомендациями по дозировке30 их проникновение в ЦНС очень низкое, в то время как более высокие дозы увеличивают риск нефротоксичности. Таким образом, внутривенная терапия полимиксинами малоэффективна для лечения инфекций ЦНС7. Установление безопасного и эффективного режима дозирования для доставки полимиксинов в ЦНС является неотложной неудовлетворенной медицинской потребностью 31,32,33. Таким образом, настоящий протокол был разработан и описан с акцентом на введение антибиотиков непосредственно в спинномозговую жидкость крыс. Тем не менее, его можно использовать для введения любого лекарственного средства, которое не является нейротоксичным и где терапевтические концентрации могут вводиться в небольших объемах (например, до 10 мкл у крыс). Описанные методы также могут быть модифицированы для воздействия на различные области мозга и доставки нескольких инъекций.
Настоящий протокол представляет собой простую хирургическую и инъекционную технику, которая обеспечивает эффективную фармакокинетику и распределение лекарств после введения ICV. Операция включает в себя имплантацию направляющей канюли. Поскольку это менее инвазивная процедура, чем имплантация микроосмотической помпы 12,13,14,15,16,17, это усовершенствованный вариант, подходящий для кратковременного введения лекарственных препаратов в спинномозговую жидкость. Этот протокол упрощен и может обеспечить очень высокие показатели выживаемости и стабильную массу тела через 24 часа после операции, что является улучшением по сравнению ссуществующими методами. После операции крысы в сознании получали либо ручную болюсную инъекцию ICV, либо более медленную доставку с использованием микронасоса для снижения пиковых концентраций в плазме. При этом они могли свободно передвигаться в своей клетке. Для установления безопасных и эффективных режимов дозирования лекарственных препаратов образцы ликвора, головного мозга, спинного мозга, почек, плазмы и т.д. были затем использованы для изучения фармакокинетики и распределения лекарственных средств после введения интрацеребровентрикулярного (ICV). Распределение лекарственных препаратов также может быть исследовано визуально, например, с помощью иммуногистохимии или матричной лазерной десорбции/ионизационной масс-спектрометрической визуализации (MALDI-MSI). При необходимости может быть имплантирована двусторонняя канюля, например, для введения лекарственных препаратов, которые в противном случае распространялись бы в одностороннем порядке в обоих полушариях.
Все эксперименты проводились в соответствии с Австралийским кодексом по уходу за животными и их использованию в научных целях. Эксперименты были одобрены комитетом по этике Мельбурнского университета (заявка #1914890). Для экспериментов использовались самцы и самки крыс Спрэг-Доули в возрасте 8-14 недель.
1. Стереотаксическая хирургия канюляции бокового желудочка
2. Инъекции ICV
3. Спинномозговая жидкость и забор образцов тканей
Представленный хирургический протокол является весьма успешным: обученные хирурги достигают >99,8% выживаемости, а животные демонстрируют стабильную массу тела после операции в 1-й день по сравнению с их дооперационным весом в 0-й день (среднее ± SD 315,8 г ± 42,1 г в 0-й день и 3...
Исследователи и клиницисты используют инъекции ICV для обхода защитного механизма ГЭБ и доставки лекарств непосредственно в ЦНС 12,18,19,21,24. Настоящая работа представляет собой полн...
У авторов нет конфликта интересов, который можно было бы раскрыть.
Авторы благодарят Центр биомедицинских наук о животных при Мельбурнском университете за предоставление и уход за животными. Это исследование было поддержано исследовательским грантом от Национального института аллергии и инфекционных заболеваний Национального института здравоохранения (R01 AI146241, GR и TV). JL является главным научным сотрудником Австралийского национального совета по медицинским исследованиям в области здравоохранения (NHMRC). Содержание является исключительной ответственностью авторов и не обязательно отражает официальную точку зрения Национального института аллергии и инфекционных заболеваний или Национального института здравоохранения.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Acetone | Terumo, Japan | SS+01T | |
5 mL syringes | Terumo, Japan | SS+05S | |
Acetone | Merck, Germany | 67641 | |
Bench protector sheets | Halyard, USA | 2765-C | |
Betadine | Mundipharma, Netherlands | 1015695 | |
Buprenorphine; Temgesic | Clifford Hallam Healthcare, Australia | 1238366 | |
Carprofen | Zoetis, Australia | 10001132 | |
Chlorhexidine | Tasman Chemicals, Australia | 890401 | |
Chux superwipes (or equivalent) | Chux, Australia | n/a | autoclaved |
Clippers | n/a | n/a | |
Cotton swabs | LP Italiana, Italy | 112191 | autoclaved |
Dental cement powder (Vertex Self cure powder) | Henry Schein, USA | VX-SC500GVD5 | |
Dental cement solvent (Vertex Self cure liquid) | Henry Schein, USA | VX-SC250MLLQ | |
Disposable needles: 18 G, 26 G, 30 G | Terumo, Japan | NN+2525RL | |
Disposable surgical blades | Westlab, Australia | 663-255 | |
Dissector scissors | F.S.T. | 14082-09 | |
Dummy cannulas | Bio Scientific, Australia | C313DC/SPC | cut to 4.05 to fit the guide cannula |
Ethanol 80% | Merck, Australia | 10107 | |
Evan's blue dye | Sigma | E2129 - 50G | |
Eye lube | Clifford Hallam Healthcare, Australia | 2070491 | |
Felt tip pen | Sharpie, USA | D-4236 | |
Fibre optic light source | n/a | n/a | |
Flattened needle (18 G) or similar to apply superglue | n/a | n/a | |
Glass pipettes, pulled | Hirschmann Laborgeraete, Germany | 9100175 | |
Glass syringe 10 uL | Hamilton, USA | 701 LT and 1701 LT | |
Guide cannulas | Bio Scientific, Australia | C313G/SPC | 22 G, cut 4 mm below the pedestal for lateral ventricle cannulation in adult Sprague Dawley rats |
Haemostat | |||
Heat bead steriliser | Inotech, Switzerland | IS-250 | |
Heat pad | n/a | n/a | |
Hydrogen peroxide 3% | Perrigo, Australia | 11383 | |
Induction chamber (Perspex 300 mm x 200 mm) | n/a | n/a | |
Injector cannula | Bio Scientific, Australia | C313I/SPC | cut to fit the 4 mm cannula + 0.5 mm projection |
Isoflurane | Clifford Hallam Healthcare, Australia | 2093803 | |
Isoflurane vaporiser and appropriate scavenging system | n/a | n/a | |
Medium size weighing boats | n/a | n/a | |
Metal spatula | Met-App, Australia | n/a | |
Micro syringe pump | New Era, USA | NE-300 | |
Microdrill | RWD Life Science Co, China | 87001 | |
Polymyxin B | Beta Pharma, China | 86-40302 | |
Protein LoBind tubes, 0.5 mL | Eppendorf, Germany | Z666491 | |
Ropivacaine 1%; Naropin | AstraZeneca, UK | PS09634 | |
Scissors, large | F.S.T. | 14511-15 | |
Scissors, small | F.S.T. | 14079-10 | |
Screwdriver | n/a | n/a | |
Screws | Mr. Specs, Australia | n/a | |
Stereotaxic frame | RWD Life Science Co, China | n/a | Necessary components: rat ear bars, tooth bar, anaesthesia nose cone, arm with digital readout (X, Y, Z) and cannula holder |
Sterile saline 0.9% | Baxter, USA | AHB1323 | |
Super etch (37% phosphoric acid) gel | SDI Limited, Australia | 8100045 | |
Superglue | UHU, Germany | n/a | |
Tissue forceps with hooks | F.S.T. | 11027-12 | |
Tubing, PE-50 | Bio Scientific, Australia | C313CT |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены