Method Article

عن طريق الحقن ومحملة المخدرات Supramolecular هيدروجيل لحقن القسطرة المحلي في قلب خنزير

DOI:

10.3791/52450

⸱

June 7th, 2015

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Institute for Complex Molecular Systems, Department of Biomedical Engineering, Laboratory of Chemical Biology, Eindhoven University of Technology, 2Department of Cardiology, Division Heart and Lungs, Interuniversity Cardiology Institute of the Netherlands (ICIN), University Medical Center Utrecht

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

hydrogelators Supramolecular على أساس ureido-pyrimidinones سماح للسيطرة الكاملة على خصائص هلام العيانية وسلوك التحويل سول الجل باستخدام الرقم الهيدروجيني. هنا، نقدم بروتوكول لصياغة وحقن مثل هذا hydrogelator supramolecular عن طريق نظام تسليم القسطرة للتسليم المحلي مباشرة في المجالات ذات الصلة في قلب خنزير.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تجديد فقدت عضلة القلب هو هدف مهم للعلاجات في المستقبل بسبب زيادة حدوث فشل القلب الإقفاري المزمن ومحدودية الوصول إلى قلوب المانحة. مثال على العلاج لاستعادة وظيفة القلب يتكون من التسليم المحلي من الأدوية وbioactives من هيدروجيل. في هذه الورقة هو عرض طريقة لصياغة وحقن هيدروجيل محملة بالمخدرات غير جراحية والجانب محددة في قلب خنزير باستخدام طويلة، قسطرة مرنة. استخدام 3-D رسم الخرائط الكهربائية والحقن عن طريق القسطرة يسمح العلاج الجانبية معين من عضلة القلب. لتوفير هيدروجيل متوافق مع هذه القسطرة، يتم استخدام هيدروجيل supramolecular بسبب التحول مريحة من هلام إلى حالة حل باستخدام مشغلات البيئية. بولي في درجة الحموضة الأساسية تعديل هذا ureido-بريميدونون (جلايكول الإثيلين) بمثابة السائل النيوتونية التي يمكن حقنها بسهولة، ولكن في درجة الحموضة الفسيولوجية الحل التبديل بسرعة إلىمادة هلامية. هذه الشروط التحول خفيفة تسمح لإدراج المخدرات النشطة بيولوجيا والأنواع النشطة بيولوجيا، مثل عوامل النمو وexosomes ونحن نعرض هنا في سواء في التجارب المختبرية والتجارب المجراة. في المختبر التجارب تعطي مؤشرا على امامية من الاستقرار جل والافراج عن المخدرات، والذي يسمح لضبط من هلام والافراج عن الخصائص قبل الطلب اللاحق في الجسم الحي. يسمح هذا المزيج لضبط الأمثل من الجل على المركبات النشطة بيولوجيا المستخدمة و الأنواع، ونظام الحقن.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

على الرغم من أن علاج احتشاء عضلة القلب الحاد قد تحسنت بشكل ملحوظ معدلات البقاء على قيد الحياة، وعدم نقص تروية القلب المزمن هو مشكلة صحية عامة رئيسية يتقدم مع تقدم السكان في السن. هناك ما يقرب من 6 ملايين مرضى فشل القلب في الولايات المتحدة بزيادة قدرها 25٪ في انتشار في عام 2030 1،2. فقدان الأولية من الأنسجة عضلة القلب يؤدي إلى إعادة القلب، وفي النهاية تسبب فشل القلب المزمن. باستثناء زرع القلب، وليس هناك علاج حقيقي لهذه الفئة من المرضى. العيب متزايد من قلوب المانحة يؤكد الحاجة لتطوير علاجات جديدة متاحة لعكس هذه العملية من التجديد. وبالتالي، هدفا لعلاجات في المستقبل هو تجديد فقدت عضلة القلب.

الهلاميات المائية هي مواد مثيرة للاهتمام في مجال الطب التجديدي بسبب توافق مع الحياة الخاصة بهم، وحساسيتها للمحفزات الخارجية 3. الهلاميات المائية عن طريق الحقن تقدم الإعلانيةالأفضال على الهلاميات المائية غير القابلة للحقن في استخدامها في الحد الأدنى من جراحة 4. ويمكن تطبيق هذه الهلاميات المائية عن طريق الحقن من خلال حقنة بسبب switchability في غضون الظروف الفسيولوجية 5، ومن حيث المبدأ يسمح للحقن القائم على القسطرة النهج 6. وقد استخدمت استراتيجيات مختلفة للمواد القابلة للحقن، بدءا من يشابك الكيميائي بعد الحقن ليشابك الجسدي من قبل سواء في درجة الحرارة، ودرجة الحموضة والقص رقيق السلوك 4،7،8. على الرغم من أن العديد من النظم أظهرت السهل injectability عن طريق حقنة 9،10، لم يظهر كامل القسطرة التوافق في كثير من الأحيان 6.

تتشكل الهلاميات المائية المحضرة من البوليمرات supramolecular بواسطة التفاعلات غير التساهمية التي يمكن أن تنتقل بسهولة من هلام إلى حالة الحل، والعكس بالعكس باستخدام مشغلات البيئي 11. وعلاوة على ذلك، وانخفاض السلائف الوزن الجزيئي تسمح لسهولة بروسسبيليتي 12،13 . في ظروف معتدلة المطلوبة للتبديل تسمح بإضافة مختلف المكونات البيولوجية النشطة مثل كثير من الأحيان صعوبة في التعامل مع عوامل النمو.

شبكات عابرة Supramolecular في المياه على أساس بولي (جلايكول الإثيلين) (PEG)، تعديل نهاية مع ureido-بريميدونون (UPy) الأنصاف 14 أظهرت فوائد التفاعلات غير التساهمية في تركيبة مع التطبيقات الطبية الحيوية، وقد تستخدم نظام توصيل الدواء في قلب 6 وتحت كبسولة الكلى 15. تتشكل هذه الشبكات التي كتبها dimerization من UPy مجموعات محمية من البيئة المائية من خلال الفواصل ألكيل تشكيل جيب مسعور. الرابطة اليوريا الهيدروجين يسهل التراص لاحق من هذه dimers إلى ألياف النانو. نظرا للتفاعل عكوس من ديمر UPy-UPy، وموجبات مثل الرقم الهيدروجيني ودرجة الحرارة يمكن استخدامها للتبديل من حلول لالهلام. استخدام عزر الاصطناعية يسمح للتصميم جزيء وهلام الخصائص التي كتبها لامتحانالتنوير القائل طول ضبط للPEG-السلاسل والفواصل ألكيل 14،16.

وعلاوة على ذلك، يمكن دمج العديد من المكونات النشطة بيولوجيا ببساطة عن طريق خلط الحل hydrogelator supramolecular قبل الحقن، مع المخدرات أو الأنواع النشطة بيولوجيا، مثل عوامل النمو أو exosomes، على التوالي. Exosomes هي الحويصلات الغشاء الصغيرة التي تحتوي على مشتقات عصاري خلوي. ويفرز من قبل العديد من الخلايا وتشارك في الاتصالات بين الخلايا. واقترح Exosomes المستمدة من الخلايا الاصلية cardiomyocyte للعب دور في حماية القلب 17.

هنا، نحن تصف بروتوكول صياغة، وحقن عضلة القلب فيفو مثل هيدروجيل supramolecular النشطة بيولوجيا. موصوفة في التجارب المختبرية التي تعطي على امامية مؤشرا على الاستقرار جل والافراج عن المخدرات، والذي يسمح لضبط من هلام والافراج عن الخصائص قبل التطبيق في الجسم الحي.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ملاحظة: تم إجراء جميع التجارب المجراة وفقا لدليل لرعاية واستخدام الحيوانات المختبرية من قبل معهد مختبر الثروة الحيوانية. تمت الموافقة على التجارب من قبل لجنة التجارب على الحيوانات من كلية الطب في جامعة أوترخت، هولندا.

1. صياغة هيدروجيل

  1. لإعداد 1 مل من هلام 10٪ بالوزن، حل 100 ملغ من UPy-hydrogelator في قارورة في 900 ميكرولتر PBS درجة الحموضة 11.7 عن طريق اثارة عند 70 درجة مئوية لمدة 1 ساعة باستخدام محرك مغناطيسي. تبرد بعد ذلك في حل لزجة إلى درجة حرارة الغرفة. يجب أن يكون الحل الآن درجة الحموضة ما يقرب من 9.0. ويمكن تخزين هذا الحل لعدة أيام.
  2. ماصة كمية مناسبة من المخدرات أو جزيء حيوي أن يذوب في برنامج تلفزيوني محايد في حل لزجة ويحرك المزيج لمدة 10 دقيقة للوصول إلى توزيع موحد. إذا أصبح حل لزجة جدا، دافئة قريبا مع الماء الساخن.
  3. وضع حل لمدة 1 ساعة تحت مصباح الأشعة فوق البنفسجية لتعقيم.

2. تحليل هيدروجيل

  1. تقييم الانسيابية من الحل
    1. قبل تحميل هلام، تركيب 25 ملم لوحة لوحة هندسة في مقياس غلفاني، ضبط درجة الحرارة إلى 20 درجة مئوية، وتحميل لوحة بالماء لمنع التبخر من هلام أثناء القياس.
    2. ماصة 300 ميكرولتر من حل على 25 ملم لوحة لوحة هندسة على مقياس غلفاني الحفاظ على 20 درجة مئوية، وخفض لوحات للحصول على 0.5 ملم مسافة الفجوة.
    3. تسجيل اللزوجة القص وظيفة من إجهاد القص ،1-500 با برصيد 10 نقاط في العقد.
  2. تقييم الانسيابية من هلام
    1. ماصة 300 ميكرولتر من الحل على طبق وماصة ما مجموعه 4.2 ميكرولتر من 1 M حمض الهيدروكلوريك في أماكن مختلفة على حل للحث على تشكيل مادة هلامية.
    2. خفض لوحات لمسافة الفجوة من 0.5 ملم، والسماح للعلاج جل ما يقرب من 30 دقيقة. خلال هذه العملية المعالجة، وقياس التخزين وفقدان الرجوعية في التردد المنخفض والضغط، على سبيل المثال على التوالي 1 راد / ثانية و 0.5٪.
    3. بعد الجل والشفاء (بعد حوالي 30 دقيقة)، وتخزين السجلات وفقدان الرجوعية وظيفة من وتيرة (،1-100 راد / ثانية)، وبعد ذلك وظيفة من سلالة (0.1-1،000٪).

3. تآكل والإفراج التجارب

  1. نقل 100 ميكرولتر من محلول لزج يحتوي على المخدرات أو جزيء حيوي في بولي (إيثيلين تيريفثاليت) شنقا إدراج الثقافة خلية ل 24 بئرا لوحة مع حجم المسام 8.0 ميكرون. لمنع التسرب من الحل البوليمر في حين أنه في الحالة السائلة، وتغطي الجزء السفلي من إدراج مع parafilm (الشكل 2A).
  2. بعد ذلك مباشرة ماصة 1.4 ميكرولتر من 1 M حمض الهيدروكلوريك على رأس حل لزجة للحد من درجة الحموضة إلى حوالي 7،0-7،2 والسماح للعلاج هلام داخل إدراج لمدة 30 دقيقة.
  3. إزالة Parafilm جيئة وذهابام وتدرج، ضع إدراج في 24 لوحة جيدا وملء ميكرولتر جيدا مع 800 PBS الرقم الهيدروجيني 7.4. احتضان لوحة عند 37 درجة مئوية مع هزاز بطيئة أو حركة الهز. لمنع تبخر المذيب، وملء ما تبقى الآبار فارغة مع برنامج تلفزيوني وختم لوحة 24-جيدا مع parafilm (الشكل 2B).
  4. دوري بتحديث برنامج تلفزيوني وتحليل PBS إزالة لإطلاق سراح UPy المنتج تآكل أو المخدرات / جزيء حيوي.
    1. تحديد UPy المنتجات تآكل أو بيرفنيدون من خلال قياس امتصاص الأشعة فوق البنفسجية في 265 نانومتر أو 320 نانومتر على التوالي. لبروتين فلوري mRuby2 الانبعاث على قياسه مضان في 587 نانومتر بعد الإثارة في 559 نانومتر.
    2. ترجمة القيم امتصاص / الانبعاثات المقاسة لتركيزات عبر منحنيات المعايرة محددة سلفا.
      1. إعداد منحنيات المعايرة حل سلسلة من تركيزات معروفة من الحليلة في المخزن وقياس امتصاص الأشعة فوق البنفسجية أو انبعاث الفلورسنت من هذه العينات. أقحم البيانات باستخدام دالة خطية لديتفرو القاقم تركيز العينات المجهولة. للبروتينات غير الفلورسنت استخدام الكشف عن ELISA 6.

4. حقن المحلي عن طريق القسطرة

  1. تحريض احتشاء عضلة القلب
    1. بعد 12 ساعة من الصيام، باستثناء المياه، رزين الخنزير في مستقر لها عن طريق حقن ميدازولام 0.4 مغ / كغ، الكيتامين 10 ملغ / كغ والأتروبين 0.014 ملغ / كغ عضليا.
    2. تول ثيوبنتال الصوديوم 5 ملغ / كغ وريديا للحث على التخدير وأنبوبا الخنزير مع أنبوب القصبة الهوائية. أداء منطاد التهوية بمعدل 12 / دقيقة إذا لزم الأمر أثناء نقل الحيوان إلى غرفة العمليات.
    3. عند وصوله إلى غرفة العمليات البدء فورا الميكانيكية التهوية بالضغط الإيجابي مع قوة المراقبة الدولية 2 0.50، 10 مل / كغ حجم المد والجزر، وتردد 12 / دقيقة تحت capnography المستمر. استخدام مرهم التعليم والتدريب المهني على العيون لمنع جفاف.
    4. بدء التخدير متوازن intraven مستمرةضخ الأوس الميدازولام 0.5 ملغ / كغ / ساعة، sufentanil 2.5 ميكروغرام / كغ / ساعة وبروميد بانكورونيوم 0.1 ملغ / كغ / ساعة. لضمان التخدير المناسبة مراقبة مستمرة تخطيط القلب، ضغط الدم الشرياني، ودرجة الحرارة وcapnography.
    5. عن طريق الوريد ضخ 4.3 ملغ / كغ الأميودارون ووضع القسطرة داخل القلب صدمات الكهربائية في البطين الأيمن باستخدام شيث الوريدي 18.
    6. انسداد الشريان الأيسر الأمامي تنازلي (LAD) البعيدة إلى فرع قطري الثاني داخل التاجي بالون انسداد، لمدة 90 دقيقة، وفقا لبروتوكول سبق وصفها 18.
  2. رسم الخرائط الكهروميكانيكية
    1. في أربعة أسابيع بعد احتشاء عضلة القلب، والتخطيط لإجراءات التعيين. إعداد النظام (الشكل 4) في cathlab ل3D رسم الخرائط الكهروميكانيكية (EMM) من البطين الأيسر. مع هذا النظام عضلة القلب قابلة للحياة، السبات ومحتشية يمكن تحديدها دون توجيه جهاز أشعة. لبناء مثل هذه خريطة EM الحصول على ذاتهريس من النقاط في مواقع متعددة على سطح الشغاف LV باستخدام مصدر الطاقة الحقل المغنطيسي فائقة الانخفاض وقسطرة ذات الرؤوس استشعار 19،20.
    2. تخدير الخنازير، بعد بروتوكول الخطوات 4.1.1-4.1.4.
    3. وضع التصحيح مرجع خارجي على ظهر خنزير.
    4. تأمين الوصول الى الاوعية الدموية (الشريان الفخذي) وفقا لبروتوكول 18.
    5. بعد الحصول على ذات السطحين البطين الأيسر وعائية في المائل 25 ° الأيمن الأمامي (راو) و 40 ° الأيسر الأمامي المائل (LA) بغية تقدير حجم البطين الأيسر، وإعطاء 75 U / كغ من الهيبارين.
    6. دفع 8 الفرنسي رسم الخرائط (D أو منحنى F) القسطرة بتوجيه جهاز أشعة للالأبهر النازل، قوس الأبهر وعبر الصمام الأبهري إلى البطين الأيسر (LV).
    7. توجيه غيض من القسطرة لقمة من LV للحصول على البيانات الأولى، تليها المسالك تدفق، الجانبية والخلفية النقاط لتشكيل صورة ظلية 3D، وتحديد حدود ventriشركة كلي.
    8. الحصول على نقطة لاحقة حتى يتم أخذ عينات جميع شرائح شغافية عن طريق سحب القسطرة رسم الخرائط على البطانة واكتساب بالتسلسل الموقع من طرف بينما في اتصال مع البطانة 21،22.
    9. تحديد المنطقة المستهدفة، وهذا هو حيث النشاط الكهربائي هو (قرب) الحركة الطبيعية والميكانيكية إعاقة، ما يسمى عضلة القلب السبات (الشكل 6).
  3. الحقن داخل عضلة القلب
    1. استبدال القسطرة رسم الخرائط من قبل القسطرة حقن داخل عضلة القلب الذي يتكون من إبرة عيار 27 والتجويف الأساسية داخل 8 القسطرة الفرنسية (الشكل 5A وB). لتوفير مبالغ محددة، تحميل حقنة متدرج حجم مع ما يقرب من 2 مل من محلول هيدروجيل ووضعه في ضخ حقنة.
    2. ضبط تمديد إبرة في 0 ° و 90 ° العطف ووضع 0.1 مل من محلول هيدروجيل لملء الفراغ إبرة القتلى. ثم، ضعحقن القسطرة طرف عبر الصمام الأبهري وإلى المنطقة المستهدفة.
    3. تلبية المعايير التالية للحصول على موقف الحقن داخل المنطقة المستهدفة المحددة في 4.2.9: (1) وضع عمودي القسطرة إلى الحائط LV. (2) ممتاز الاستقرار حلقة (<4 ملم)، وتحسب على أساس نظام EMM. و (3) الجهد الأساسي> 6.9 فولت 21.
      1. دفع الإبرة في عضلة القلب، (4) أكدت انكماش البطين السابق لأوانه LV، وحقن 0.1-0.3 مل من هيدروجيل في بلعة بمعدل ثابت من حوالي 0،4-0،5 مل / دقيقة باستخدام مضخة الحقنة. كرر هذا في 10/6 المواقف المختلفة كما منتشر وقت ممكن. ودرجة الحموضة الطبيعية للأنسجة تحييد الحل بعد الحقن، والتي يعتمد عليها يتم تشكيل هيدروجيل.
  4. تضحية
    1. بعد الإجراء والتضحية إنسانية الحيوان التي كتبها استنزاف. قطع الوريد الأجوف السفلي وإزالة الدم مع جهاز الشفط. حمل فاي البطينbrillation عن طريق وضع بطارية 9 V على قمة.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وأظهرت النتائج النموذجية التي تم الحصول عليها من متذبذبة القياسات الريولوجية على كل من الحل وجل في الشكل 1. لحقن عن طريق قسطرة طويلة، السائل النيوتونية مع اللزوجة المنخفضة أمر مرغوب فيه. وقد تم قياس اللزوجة وظيفة من معدل القص، وتبين أن في درجة الحموضة 8.5 الحل هو رقيق القص ولكن في درجة الحموضة 9.0 و 9.5 الحلول تتصرف سوائل نيوتن كما يتضح من اللزوجة ثابتة من 0.54 و 0.36 باسكال · ثانية، على التوالي (الشكل 1A) . بعد تحييد العينات، تظهر العينات استجابة الصلبة مثل رصدها من قبل G تخزين معامل 'الذي هو أكبر من معامل خسارة G "، وبالتالي tanδ = G" / G' <1 (الشكل 1B). هلام يحصل القوة النهائية في غضون 30 دقيقة. وتشير القياسات الريولوجية متذبذبة في مثل الصلبة استجابة نموذجية مع G 'تقريبا مستقلة عن التكرار الزاويuency وG '> G "لجميع الترددات قياس (الشكل 1C).

ضروري لاستخدام كنظام تسليم المخدرات هي تآكل هيدروجيل مع مرور الوقت. التفاعلات supramolecular ديناميكية بطبيعتها وتسمح للتآكل بطيء من هلام في المختبر. تتم التعرية والافراج عن التجارب عند 37 درجة مئوية باستخدام إدراج كذلك مسامية (الشكل 2A و B). من خلال ضبط طول كتلة مسعور وماء 14، هلام أن يؤدي إلى تآكل على مدى عدة أسابيع ويمكن الحصول على (الشكل 3A). الجل يؤدي إلى تآكل 25٪ في 2 أسابيع مع تآكل الأولي من 10٪ في اليوم الأول، ويفترض بسبب تورم الأولي من هيدروجيل. وكمثال، تم دراسة كل من الافراج عن المخدرات الصغيرة جزيء (بيرفنيدون)، والإفراج عن بروتين نموذج الفلورسنت (mRuby2). بروتين نموذج الفلورسنت يسمح لقراءات سهلة؛ ومع ذلك، في المختبر 6. يتم الافراج عن المخدرات جزيء صغير في غضون يوم، في حين يتم الإفراج الجزيئات الأكبر مثل البروتينات تدريجيا على مدى 1 أسبوع (الشكل 3B). تركيب ملف الإفراج عن mRuby2 ما يصل إلى 60٪ الإصدار مع نموذج Korsmeyer-Peppas شبه تجريبي يشير الإفراج بسبب نشر (ن = 0.44) 23. عدم وجود تعويض في (مكيف) نموذج Korsmeyer-Peppas يظهر أنه لا يوجد أي انفجار الإفراج الحاضر لmRuby2 24. بسبب كمية محدودة من نقاط البيانات مع بيان أقل من 60٪ للبيرفنيدون، تم إجراء أي المناسب على هذا الملف الافراج عنهم.

ويتكون نظام الملاحة القسطرة من وحدة وحدة الاتصالات ومحطة عمل (الشكل 4)، وسادة موقع الثلاثي (توليد حقل مغناطيسي منخفض) مع التصحيح مرجع خارجي، واثنين من القسطرة، ورسم الخرائط ذات الرؤوس أجهزة الاستشعار وinjectioن القسطرة (الشكل 5).

بعد تصفية تحليل مرحلة ما بعد المعالجة نقاط غير المستقرة يتم تحديث 3D إعادة الإعمار الشغاف من LV في الوقت الحقيقي مع الحصول على كل نقطة بيانات جديدة ويتم عرض مستمر كما إمكانات الجهد أحادية القطب وثنائي القطب على نطاق اللون متدرج (الشكل 6A). وظيفة تقصير خطي المحلي (LLS) يقيس حركة الجدار الإقليمية من خلال الحصول على متوسط ​​التغير في المسافة بين موقع نموذج ونقاط المجاورة في نهاية انقباض وانبساط نهاية. يتم حساب القيم متوسط ​​الجهد وLLS لكل قطاع وعرضها على الخريطة القطبية. (الشكل 6B). وجود إمكانيات غير طبيعية أو منخفضة أحادية القطب (≤6 بالسيارات) وضعاف النشاط الميكانيكي (LLS ≤4٪) يميز المناطق محتشية 22.

figure-results-1 الشكل 1 :. تقييم الريولوجية من الحلول والمواد الهلامية. (A) اللزوجة بوصفها وظيفة من معدل القص للحلول في درجة الحموضة المختلفة. بالنسبة للعينة في درجة الحموضة 8.5 القص رقيق لوحظ ولكن بالنسبة للعينات في درجة الحموضة 9.0 و 9.5 اللزوجة ثابتة يتم الحصول عليها، والتي تبين السلوك النيوتونية من هذه الحلول. (B) جل علاج تليها بالتآمر δ تان بوصفها وظيفة من الزمن. الاجتياح (C) تردد لعينة تحييد بعد 2 ساعة المعالجة. تظهر أشرطة الخطأ الانحرافات المعيارية من 3 قياسات مستقلة، مما يدل على أن الخطأ التجريبي النموذجي.

figure-results-2
الشكل 2: الإعداد لتدهور والافراج عن التجارب (A) بولي (إيثيلين تيريفثاليت) كذلك إدراج تغطيتها مع parafilm لمنع تسرب الدرإعداد جي. (B) 24 بئرا لوحة مع تدرج، ملفوفة مع parafilm لمنع تبخر المذيب.

figure-results-3
الرقم 3: تآكل والإصدار (A) تآكل هيدروجيل مع مرور الوقت. لوحظ التآكل التدريجي من هلام لمدة 2 أسابيع على الأقل. (B) بيان من المخدرات جزيء صغير والبروتين نموذج. في حين أن يتم الافراج عن جزيء صغير خلال يوم واحد، ويتم تحريرها البروتين نموذج تدريجيا على مدى أسبوع دون الافراج عن انفجار كبير. يظهر خط نوبة من طراز Korsmeyer-Peppas إلى المرحلة الأولى من الإصدار.

figure-results-4
الرقم 4: نظام الملاحة القسطرة. قوية> وحدة وحدة التواصل مع NOGA XP قلب نظام ملاحة.

figure-results-5
الشكل 5: (A) القسطرة حقن داخل عضلة القلب مع حقنة المرفقة. (B) تفاصيل عن حقن إبرة.

figure-results-6
الشكل (6): الجهد أحادي القطب وخريطة LLS. (A) خريطة القطب الواحد، وعرض LAO (أعلى) والثيران العين (أدناه). اللون الأحمر يشير إلى القيم المنخفضة الجهد أحادية القطب في قاعدة عضلة القلب (عادي) مع فقدان النشاط الكهربائي خلفي وحشي. الأزرق يدل على عضلة القلب العادي، بينما الألوان الخضراء والصفراء تشير إلى تراجع قدرتها على البقاء. (B) خريطة LLS، نظرا LAO (أعلى) والثيران العين (أدناه). اللون الأحمر إنديكاتعذر الحركة الاحصائيين في الجدار الخلفي الوحشي والأخضر والأصفر تشير إلى تراجع حركة الجدار. وتظهر النقاط الخرائط التي كتبها بقع بيضاء. الخط الأبيض تعادل يبين مجال الاهتمام، وتتميز الفولتية القطب الواحد انخفضت والاقتراحات جدار ضعاف. نقاط البني تمثل مواقع الحقن.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ويتمثل التحدي الرئيسي هو الحصول على الحل الذي هو عن طريق الحقن من خلال القسطرة طويلة مع الحفاظ على حل متوافق مع المركبات النشطة بيولوجيا. على الرغم من ضرورة زيادة درجة الحموضة إلى زيادة injectability، والمركبات النشطة بيولوجيا مثل عوامل النمو هي جزيئات الهشة التي يجب التعامل معها بعناية. نحن نراقب الرقم الهيدروجيني للمحلول عن كثب باستخدام متر الرقم الهيدروجيني بعد إضافة hydrogelator للتأكد من ذلك هو الرقم الهيدروجيني 9.0 قبل إضافة أي مكونات النشطة بيولوجيا. في البداية، كانت عدة جولات من ضبط درجة الحموضة بدءا من PBS اللازمة لوضع حد لدرجة الحموضة المناسبة. وعلاوة على ذلك، لأننا نستخدم حلول لزجة نسبيا وقسطرة رقيقة طويلة، انخفاض ضغط كبير موجود (في حدود 0.5 ميجا باسكال، وهذا يتوقف على سرعة الحقن). ولذلك، يجب توخي الحذر خاصة في اختيار اتصالات الحق بين حقنة والقسطرة. A حقن الدعم ضخ حقنة للرقابة، كما تطبق هذه القوات باليد يمثل تحديا. لفي vitrتجارب س، وgelated الحل من خلال تحييد الحل مع حمض الهيدروكلوريك، أثناء وجوده في الجسم الحي ويتم ذلك عن طريق الرقم الهيدروجيني الطبيعية من الأنسجة. وبالتالي، فمن المهم أن إضافة كمية مناسبة من حمض الهيدروكلوريك لمنع التجاوز في الرقم الهيدروجيني. نشر هذا الحمض هو على الارجح عاملا يحد من دبق من هيدروجيل في التجارب في المختبر. ومع ذلك، في الجسم الحي السائل سيكون له مساحة اتصال عالية مع تحييد الأنسجة، الأمر الذي سيؤدي على الأرجح في أسرع وأكثر توازنا دبق مقارنة قطرة قطرة إضافة حمض المركزة. وعلاوة على ذلك، فإن التحول هلام هو أسرع بكثير مع هذا الإجراء خفيفة بالمقارنة مع الأساليب المستخدمة سابقا (0.5 ساعة مقابل 2 ساعة) 25. باستخدام درجة الحموضة الطبيعية في الجسم لتحويل من خصائص المواد غير جذابة جدا منذ التحول هو سريع، عكسها، لا يمكن أن يحدث داخل القسطرة وغير الحية التلقائي بالكامل. هذه الخصائص تعطي المزايا على سبيل المثال SWIT الحراريchable المواد الهلامية 26، حيث خطر دبق في القسطرة بسبب التغيرات في درجات الحرارة هو الحاضر، والمواد الهلامية التي تتطلب الصورة التي يسببها البلمرة، والذي يشكل تحديا بسبب انتشار محدود الضوء وتشكيل جذري 27، أو المواد الهلامية التي تتطلب شارك حقن من البادئ البلمرة أو accellerator 28.

إطلاق ناجح للدواء من هيدروجيل يعتمد إلى حد كبير على حجم المخدرات. كما هو مبين، والإفراج عن المخدرات جزيء صغير على الفور في حين الإفراج التدريجي من البروتين نموذج أكثر من 1 أسبوع يبين الوعد هذه الهلاميات المائية كما نظم توفير عوامل النمو. بشكل عام، الهلاميات المائية هي واعدة أكثر كأداة لتسليم الأجسام الكبيرة مثل البروتينات، exosomes والخلايا 29،30.

يوفر الكهروميكانيكية رسم الخرائط والحقن الداخلي 3-D نهج تسليم القائم على القسطرة التحقق من صحة سريريا لمختلف العلاجات التجدد عضلة القلب، مثل الهلاميات المائية. وآديقيمة د من هذه التكنولوجيا بالمقارنة مع غيرها من التقنيات تسليم غير الجراحية هي تخطيط العلاج، مما يجعل من الممكن للتمييز العادي، محتشية والسبات عضلة القلب وتوجيه العلاجات في مجال الاهتمام. عيوب هذا القلق نهج المهارات الفنية المطلوبة وتستغرق وقتا طويلا ومكلفا الإجراء 20. في نموذج الخنازير قدمت من احتشاء عضلة القلب ورسم الخرائط الكهربائية وتبع عن طريق الحقن داخل عضلة القلب الموجهة مع النشطة بيولوجيا supramolecular UPy-هيدروجيل. وإلى أن يتم اختبار تركيبات أخرى مع علاجات التجدد في المختبر والمجراة لكسب المزيد من النجاح في هذا المجال الناشئ. وعلاوة على ذلك، والتحسين من الإجراءات injectability والتعقيم والتي يتعين القيام بها لترجمة بنجاح هذه الطريقة لإعداد سريرية.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وقد تم تمويل هذا العمل من قبل وزارة التربية والتعليم والثقافة والعلوم (برنامج الجاذبية 024.001.035)، ومنظمة هولندا للبحوث العلمية (NWO)، والمجلس الأوروبي للبحوث (FP7 / 2007-2013) اتفاق ERC جرانت 308045 وأجريت داخل الإطار LSH TKI. هذه نماذج الأبحاث جزءا من مشروع P1.03 PENT من برنامج البحوث في المعهد المواد الطبية الحيوية، بتمويل مشترك من قبل وزارة الشؤون الاقتصادية الهولندية. وقد أيد هذا المشروع من قبل ICIN - معهد هولندا القلب ( www.icin.nl ) و "Wijnand M. بوم ستيختينغ". فإن الكتاب أود أن أشكر هينك يانسن ويوريس بيترز لتركيب وUPy-hydrogelator والفنون رمكو لتوفير mRuby2. نشكر بيرت ماير، طوني بوسمان، روكسان Kieltyka، ستيجن كرامر، جوست Sluijter، إيمو Hoefer، وFrebus فان Slochteren للعديد من المناقشات المفيدة وMarlijn يانسن، جويس فيسر، غريس كروفت ومارتن فان Nieuwburg عن الشركة المصرية للاتصالاتالمساعدة chnical.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
1 م حمض الهيدروكلوريك
م بوليسترين هيدروكسيد
24 بئر صفيحةفالكون353047
أميودارونكوردارون IV (سانوفيني)
أنطون بار فيزيكا MCR501أنطون بار GmbHمجهزة بهندسة لوحة متوازية (25 مم)
أتروبينPCH
التنفس الصناعي بالبالون
Cary 50 Scan UV-Visible SpectrophotometerVarian
Cary Eclipse Fluorescence SpectrophotometerVarian
Defibrillation بقع
DMSOBiosolve44705
أنبوب القصبة الهوائيةCovidien
الهيبارين
كيتامينناركيتان 10 فولت & إيكوت;
115   ؛ سمBiosense ويبستر
ميدازولامأكتافيس
ميلي كيوMD نظام تنقية
mRuby2
NaCl 0.9٪ 500   ccBraun
NOGA توجيه قسطرة حقن MyostarBiosense ويبستر
NOGA-RefStar EFO-patchBiosense ويبستر
بانكورونيوم بروميد
بارافيلمVWRIKAA3801100
PBSSigma AldrichP4417  
PET millicelMilliporePIEP12R48
PirfenidoneSigma AldrichP2116مستعمل من 100   ؛ مخزون mM في DMSO
SodiumthiopentalInresa
SufentanilSufentanil-Hameln
Tegaderm
UPy-PEG10k
UV-Lamp
مرهم
Visipaque contrastfluid 100   ؛ نسخة
1 الصوديوم جهاز قسطرة رسم خرائط toquinol المياه المتكامل Milipore MilliQبيطري

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Long-Term Trends in the Incidence of and Survival with Heart Failure. The New England Journal of Medicine. 347 (18), 1397-1402 (2002).">Levy, D., et al. Long-Term Trends in the Incidence of and Survival with Heart Failure. The New England Journal of Medicine. 347 (18), 1397-1402 (2002).
  2. Heart disease and stroke statistics—2012 update: a report from the American Heart Association. Circulation. 120 (1), 2-220 (2012).">Roger, V. L., et al. Heart disease and stroke statistics—2012 update: a report from the American Heart Association. Circulation. 120 (1), 2-220 (2012).
  3. Physicochemical foundations and structural design of hydrogels in medicine and biology. Annual Review of Biomedical Engineering. 2 (1), 9-29 (2000).">Peppas, N. A., Huang, Y., Torres-Lugo, M., Ward, J. H., Zhang, J. Physicochemical foundations and structural design of hydrogels in medicine and biology. Annual Review of Biomedical Engineering. 2 (1), 9-29 (2000).
  4. Yielding Behavior in Injectable Hydrogels from Telechelic Proteins. Macromolecules. 43 (21), 9094-9099 (2010).">Olsen, B. D., Kornfield, J. A., Tirrell, D. A. Yielding Behavior in Injectable Hydrogels from Telechelic Proteins. Macromolecules. 43 (21), 9094-9099 (2010).
  5. Shear-thinning hydrogels for biomedical applications. Soft Matter. 8 (2), 260(2012).">Guvendiren, M., Lu, H. D., Burdick, J. A. Shear-thinning hydrogels for biomedical applications. Soft Matter. 8 (2), 260(2012).
  6. A Fast pH-Switchable and Self-Healing Supramolecular Hydrogel Carrier for Guided, Local Catheter Injection in the Infarcted Myocardium. Advanced Healthcare Materials. 3 (1), 70-78 (2014).">Bastings, M., et al. A Fast pH-Switchable and Self-Healing Supramolecular Hydrogel Carrier for Guided, Local Catheter Injection in the Infarcted Myocardium. Advanced Healthcare Materials. 3 (1), 70-78 (2014).
  7. Injectable Hydrogels from Segmented PEG-Bisurea Copolymers. Biomacromolecules. 13 (12), 3966-3976 (2012).">Pawar, G. M., et al. Injectable Hydrogels from Segmented PEG-Bisurea Copolymers. Biomacromolecules. 13 (12), 3966-3976 (2012).
  8. Polymeric supramolecular systems for drug delivery. Journal of Materials Chemistry. 20 (2), 211-222 (2009).">Yoon, H. -J., Jang, W. -D. Polymeric supramolecular systems for drug delivery. Journal of Materials Chemistry. 20 (2), 211-222 (2009).
  9. Biomaterials for the treatment of myocardial infarction. Journal of the American College of Cardiology. 48 (5), 907-913 (2006).">Christman, K. L., Lee, R. J. Biomaterials for the treatment of myocardial infarction. Journal of the American College of Cardiology. 48 (5), 907-913 (2006).
  10. Injectable hydrogels as unique biomedical materials. Chemical Society Reviews. 37 (8), 1473-1481 (2008).">Yu, L., Ding, J. Injectable hydrogels as unique biomedical materials. Chemical Society Reviews. 37 (8), 1473-1481 (2008).
  11. Noncovalent Water-Based Materials: Robust yet Adaptive. Chemistry – A European Journal. 17 (33), 9016-9026 (2011).">Krieg, E., Rybtchinski, B. Noncovalent Water-Based Materials: Robust yet Adaptive. Chemistry – A European Journal. 17 (33), 9016-9026 (2011).
  12. Injectable self-assembling peptide nanofibers create intramyocardial microenvironments for endothelial cells. Circulation. 111 (4), 442-450 (2005).">Davis, M. E., et al. Injectable self-assembling peptide nanofibers create intramyocardial microenvironments for endothelial cells. Circulation. 111 (4), 442-450 (2005).
  13. Injectable drug-delivery systems based on supramolecular hydrogels formed by poly(ethylene oxide)s and alpha-cyclodextrin. Journal of Biomedical Materials Research. Part A. 65 (2), 196-202 (2003).">Li, J., Ni, X., Leong, K. W. Injectable drug-delivery systems based on supramolecular hydrogels formed by poly(ethylene oxide)s and alpha-cyclodextrin. Journal of Biomedical Materials Research. Part A. 65 (2), 196-202 (2003).
  14. Hierarchical formation of supramolecular transient networks in water: a modular injectable delivery system. Advanced materials. 24 (20), 2703-2709 (2012).">Dankers, P. Y. W., et al. Hierarchical formation of supramolecular transient networks in water: a modular injectable delivery system. Advanced materials. 24 (20), 2703-2709 (2012).
  15. Development and in-vivo characterization of supramolecular hydrogels for intrarenal drug delivery. Biomaterials. 33 (20), 5144-5155 (2012).">Dankers, P. Y. W., et al. Development and in-vivo characterization of supramolecular hydrogels for intrarenal drug delivery. Biomaterials. 33 (20), 5144-5155 (2012).
  16. Mesoscale modulation of supramolecular ureidopyrimidinone-based poly(ethylene glycol) transient networks in water. Journal of the American Chemical Society. 135 (30), 11159-11164 (2013).">Kieltyka, R. E., et al. Mesoscale modulation of supramolecular ureidopyrimidinone-based poly(ethylene glycol) transient networks in water. Journal of the American Chemical Society. 135 (30), 11159-11164 (2013).
  17. Cardiomyocyte progenitor cell-derived exosomes stimulate migration of endothelial cells. Journal of Cellular and Molecular Medicine. 14 (5), 1064-1070 (2010).">Vrijsen, K. R., et al. Cardiomyocyte progenitor cell-derived exosomes stimulate migration of endothelial cells. Journal of Cellular and Molecular Medicine. 14 (5), 1064-1070 (2010).
  18. Myocardial infarction and functional outcome assessment in pigs. Journal of Visualized Experiments. (86), (2014).">Koudstaal, S., et al. Myocardial infarction and functional outcome assessment in pigs. Journal of Visualized Experiments. (86), (2014).
  19. Sustained delivery of insulin-like growth factor-1/hepatocyte growth factor stimulates endogenous cardiac repair in the chronic infarcted pig heart. Journal of Cardiovascular Translational Research. 7 (2), 232-241 (2014).">Koudstaal, S., et al. Sustained delivery of insulin-like growth factor-1/hepatocyte growth factor stimulates endogenous cardiac repair in the chronic infarcted pig heart. Journal of Cardiovascular Translational Research. 7 (2), 232-241 (2014).
  20. Non-surgical stem cell delivery strategies and in vivo cell tracking to injured myocardium. International Journal of Cardiovascular Imaging. 27 (3), 367-383 (2011).">Spoel, T. I., et al. Non-surgical stem cell delivery strategies and in vivo cell tracking to injured myocardium. International Journal of Cardiovascular Imaging. 27 (3), 367-383 (2011).
  21. Hemodynamic evaluation of the heart with a nonfluoroscopic electromechanical mapping technique. Circulation. 96 (10), 3672-3680 (1997).">Gepstein, L., Hayam, G., Shpun, S., Ben-Haim, S. A. Hemodynamic evaluation of the heart with a nonfluoroscopic electromechanical mapping technique. Circulation. 96 (10), 3672-3680 (1997).
  22. Diagnostic and prognostic value of 3D NOGA mapping in ischemic heart disease. Nature Reviews Cardiology. 8 (7), 393-404 (2011).">Gyöngyösi, M., Dib, N. Diagnostic and prognostic value of 3D NOGA mapping in ischemic heart disease. Nature Reviews Cardiology. 8 (7), 393-404 (2011).
  23. Modeling of diffusion controlled drug delivery. Journal of Controlled Release Official Journal of the Controlled Release Society. 161 (2), 351-362 (2012).">Siepmann, J., Siepmann, F. Modeling of diffusion controlled drug delivery. Journal of Controlled Release Official Journal of the Controlled Release Society. 161 (2), 351-362 (2012).
  24. Application of binary polymer system in drug release rate modulation. 2. Influence of formulation variables and hydrodynamic conditions on release kinetics. Journal of Pharmaceutical Sciences. 86 (3), 323-328 (1997).">Kim, H., Fassihi, R. Application of binary polymer system in drug release rate modulation. 2. Influence of formulation variables and hydrodynamic conditions on release kinetics. Journal of Pharmaceutical Sciences. 86 (3), 323-328 (1997).
  25. Mesoscale characterization of supramolecular transient networks using SAXS and rheology. International Journal Of Molecular Sciences. 15 (1), 1096-1111 (2014).">Pape, A. C. H., et al. Mesoscale characterization of supramolecular transient networks using SAXS and rheology. International Journal Of Molecular Sciences. 15 (1), 1096-1111 (2014).
  26. Lee, B. H., Vernon, B. In Situ-Gelling, Erodible N-Isopropylacrylamide Copolymers. Macromolecular Bioscience. 5 (7), 629-635 (2005).
  27. 25th Anniversary Article: Rational Design and Applications of Hydrogels in Regenerative Medicine. Advanced Materials. 26 (1), 85-124 (2014).">Annabi, N., et al. 25th Anniversary Article: Rational Design and Applications of Hydrogels in Regenerative Medicine. Advanced Materials. 26 (1), 85-124 (2014).
  28. Protein polymer hydrogels by in situ, rapid and reversible self-gelation. Biomaterials. 33 (21), 5451-5458 (2012).">Asai, D., et al. Protein polymer hydrogels by in situ, rapid and reversible self-gelation. Biomaterials. 33 (21), 5451-5458 (2012).
  29. Hydrogels in Biology and Medicine: From Molecular Principles to Bionanotechnology. Advanced Materials. 18 (11), (2006).">Peppas, N. A., Hilt, J. Z., Khademhosseini, A., Langer, R. Hydrogels in Biology and Medicine: From Molecular Principles to Bionanotechnology. Advanced Materials. 18 (11), (2006).
  30. Synthetic biomaterials as instructive extracellular microenvironments for morphogenesis in tissue engineering. Nature Biotechnology. 23 (1), 47-55 (2005).">Lutolf, M. P., Hubbell, J. A. Synthetic biomaterials as instructive extracellular microenvironments for morphogenesis in tissue engineering. Nature Biotechnology. 23 (1), 47-55 (2005).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Supramolecular HydrogelDrug DeliveryCatheter InjectionPig HeartElectromechanical MappingHibernating MyocardiumIn Vitro AnalysisIn Vivo ExperimentsGel FormationBioactive Compounds

Related Articles