本文介绍了一种利用聚双膦酸盐化学方法将肽CD47(pepCD47)偶联到金属支架上的实验方案。使用pepCD47对金属支架进行功能化修饰可防止炎性细胞的黏附与活化,从而提高其生物相容性。
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本文介绍了一种利用聚双膦酸盐化学方法将肽CD47(pepCD47)偶联到金属支架上的实验方案。使用pepCD47对金属支架进行功能化修饰可防止炎性细胞的黏附与活化,从而提高其生物相容性。
金属裸支架和药物洗脱支架相关的主要并发症分别为支架内再狭窄和晚期支架内血栓形成。因此,提高金属支架的生物相容性仍然是一个重大挑战。本实验方案旨在介绍一种通过生物活性肽对金属表面进行修饰的可靠技术,以提高包括血管内支架在内的血液接触型医用植入物的生物相容性。CD47是一种具有种属特异性的“自我”免疫标志物,具有抗炎特性。研究表明,CD47胞外区免疫球蛋白结构域对应的22个氨基酸肽段(pepCD47)具有与全长蛋白相似的抗炎作用。本实验室在大鼠体内的研究以及在兔和人血液系统中的离体实验表明,将pepCD47固定于金属表面可通过抑制炎症细胞的黏附与活化来改善其生物相容性。本文详细描述了金属表面功能化及肽段固定的逐步操作流程。首先采用含潜伏性巯基的聚烯丙胺双磷酸酯(PABT)对金属表面进行修饰,随后脱保护释放巯基,并通过与含吡啶二硫基团的聚乙烯亚胺(PEI-PDT)反应,扩增巯基反应位点。最后,通过二硫键将含有终端半胱氨酸残基、并通过双8-氨基-3,6-二氧杂辛酰基间隔臂连接至核心肽序列的pepCD47肽段共价连接至金属表面。该肽段固定方法高效且成本相对较低,因此可广泛应用于多种金属生物材料的生物相容性改良。
经皮冠状动脉介入治疗是治疗冠状动脉疾病(CAD)的首选疗法,主要通过对病变动脉进行支架置入来实现。然而,支架内再狭窄(ISR)和支架内血栓形成是支架植入后常见的并发症1血液与支架界面的相互作用表现为血浆蛋白几乎立即在金属表面吸附,随后血小板和炎症细胞发生黏附与活化2活化的炎性细胞释放炎性细胞因子和趋化因子,可导致血管中膜层的血管平滑肌细胞(VSMCs)发生表型改变,并触发其向内膜腔室的向心性迁移。活化的VSMC在内膜层中增殖,引起内膜增厚、管腔狭窄以及支架内再狭窄。3药物洗脱支架(DES)的研发旨在抑制血管平滑肌细胞(VSMC)增殖;然而,这些药物对内皮细胞具有脱靶性的细胞毒性作用。4,5因此,晚期支架内血栓形成是药物洗脱支架(DES)常见的并发症6,7由可生物降解聚合物(如聚-L-丙交酯)制成的支架在动物实验和早期临床试验中显示出良好前景,但在“真实世界”临床应用中因其性能劣于第三代金属药物洗脱支架而最终被召回rd 生成DES8因此,有必要提高金属裸支架的生物相容性,以改善患者的临床预后。
CD47 是一种广泛表达的跨膜蛋白,当其与相应的受体信号调节蛋白α(Signal Regulatory Protein alpha, SIRPα)结合时,可抑制先天免疫反应9。SIRPα受体含有免疫细胞酪氨酸抑制基序(immune cell tyrosine inhibitory motif, ITIM)结构域,SIRPα与CD47相互作用所触发的信号传导事件最终导致炎性细胞活化的下调10,11,12,13。本实验室的研究表明,重组CD47或其肽段衍生物(对应于CD47胞外区22个氨基酸组成的Ig结构域,即pepCD47)能够降低宿主对多种临床相关生物材料的免疫反应14,15,16。近期,我们已证实pepCD47可被固定于不锈钢支架表面,并显著减轻与再狭窄相关的病理生理反应。值得注意的是,经pepCD47修饰的表面可耐受长期储存和环氧乙烷灭菌等实际应用条件17。因此,pepCD47可能是解决血管内支架临床应用局限性的一个有效治疗靶点。
将 pepCD47 共价连接至金属表面的策略涉及对金属表面进行一系列新颖的化学修饰。首先,用含有潜伏性巯基的聚烯丙胺双膦酸盐(PABT)包覆金属表面,随后脱保护暴露出巯基,并连接带有吡啶二硫基团(PDT)的聚乙烯亚胺(PEI)。未参与与脱保护后 PABT 巯基反应的 PEI 上的 PDT 基团,进一步与含有末端半胱氨酸残基巯基的 pepCD47 反应,从而通过二硫键将 pepCD47 结合到金属表面14,17,18。我们使用荧光素标记的 pepCD47(TAMRA-pepCD47)来确定能够实现肽在表面最大固定量的肽投入浓度。最后,分别采用钱德勒循环装置(Chandler loop apparatus)和单核细胞黏附/巨噬细胞扩增实验,在离体条件下评估了包被 pepCD47 的金属表面的急性和慢性抗炎能力。
本文提供了一套系统的实验方案,用于将巯基化肽段固定到金属表面;测定肽段的最大固定密度;以及评估覆盖有pepCD47的金属表面在接触全血和分离的单核细胞时的抗炎特性。
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本实验所用所有人源样本均按照费城儿童医院机构审查委员会(IRB)的规定获取。所有动物实验均经费城儿童医院动物护理与使用委员会(IACUC)批准后进行。
1. 使用 PEI-PDT 涂覆裸金属表面
2. 使用荧光显微镜和荧光测定法对金属表面荧光标记肽段pepCD47的结合及定性/定量评估
3. 将人源 pepCD47 连接到 PEI-PDT 修饰的表面
4. 在 PEI-PDT 修饰的表面涂覆随机序列(Scr)
5. 用于分析细胞在金属表面黏附的钱德勒循环系统
使用 CFDA 染料分析细胞在金属表面的黏附
7. 单核细胞在 pepCD47 修饰表面与裸金属表面的黏附及巨噬细胞的扩增
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通过一系列化学修饰,使金属表面具有硫醇反应活性,从而实现多肽的固定,如图1所示。先用PABT孵育,再经PEI-PDT处理,使金属表面适合多肽的连接。含有C端半胱氨酸残基、并通过柔性双AEEAc连接臂与核心pepCD47序列相连的CD47多肽(pepCD47),可通过二硫键共价结合至具有硫醇反应活性的表面。采用该方案,我们已证明pepCD47可在金属表面稳定结合长达六个月,并能耐受正常的生理剪切力以及灭菌处理17。
通过将TAMRA标记的pepCD47肽连接至金属表面,随后进行充分洗涤以去除非共价结合的肽,再通过还原连接肽与表面的二硫键将TAMRA-pepCD47裂解,并采用荧光定量分析法进行分析,从而确定肽的最大保留量。具体而言,将不同浓度的TAMRA-conjugated pepD47(1 mL,10–200 µg/mL溶液)加入PEI-PDT包被的表面,多次洗涤以去除非共价结合的肽。通过使用还原剂TCEP释放共价结合的肽,并以其荧光强度对照标准品进行定量,从而确定共价结合...
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我们展示并描述了一种相对新颖的化学策略,旨在将治疗性肽片段连接到不锈钢表面,其总体目标是降低该表面与血液中炎症细胞的反应性。本文所述的双膦酸盐化学涉及PABT的金属氧化物与双膦酸盐基团之间形成配位键。在金属表面形成的聚双膦酸盐单层厚度不超过5 nm18,因此不会产生厚聚合物涂层可能引发的潜在促炎效应20。PABT脂肪族侧链中潜伏的巯基去保护后,可使金属表面具备进一步与巯基反应性化合物进行化学修饰的条件。PEI-PDT是一种支化的聚乙烯亚胺(平均分子量Mw=25,000),其中约20%的乙烯亚胺连接位点被修饰为具有巯基反应性的吡啶二硫基团。由于在与PABT衍生的巯基反应过程中仅消耗了PEI-PDT中少数的PDT基团,因此在PEI-PDT接枝后,表面化学性质仍保持巯基反应性,从而能够连接含巯基的肽段18。该化学策略已在本实验室开发并广泛用于将多种生物分子(如重组蛋白14、肽段14,<...
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作者无任何利益冲突需要披露。
本论文中所述的实验方案开发与研究工作得到了美国国立卫生研究院(NBIB)R01基金(# EB023921)对IF和SJS的资助,以及美国国立卫生研究院(NHLBI)R01基金(# HL137762)对IF和RJL的资助。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 1 M Tris-HCl | Invitrogen | 15567-027 | pH - 7.5 |
| 4% 戊二醛 | Electron Microscopy Sciences | 16539-07 | |
| 4% 柠檬酸钠 | Sigma | S5770 | |
| ACK 裂解缓冲液 | Quality Biologicals | 118-156-721 | |
| 抗 CD45RA 抗体(小鼠抗大鼠;克隆号 OX-19) | Biolegend | 202301 | |
| 抗 CD5 抗体(小鼠抗大鼠;克隆号 OX-19) | Biolegend | 203501 | |
| 抗 CD6 抗体(小鼠抗大鼠;克隆号 OX-52) | BD Biosciences | 550979 | |
| 抗 CD68 抗体(小鼠抗大鼠;克隆号 ED-1) | BioRad | MCA341 | |
| 抗 CD8a 抗体(小鼠抗大鼠;克隆号 OX-8) | Biolegend | 201701 | |
| 氯仿,ACS 认证级 | Fisher Chemical | C298-500 | |
| 二甲基甲酰胺(DMF) | Alfa Aesar | 39117 | |
| Embra 不锈钢载网 | Electron Microscopy Sciences | E200-SS | 不锈钢网状圆盘 |
| Ficoll Hypaque | GE Healthcare | 17-1440-02 | |
| 冰乙酸 | ACROS organic | 148930025 | |
| Alexa Fluor 标记的山羊抗小鼠 IgG | ThermoFisher | A11030 | |
| 肝素钠 | Sagent Pharmaceuticals | 402-01 | |
| 人源 pepCD47 | Bachem | 4099101 | |
| 异丙醇 | Fisher Chemical | A426P-4 | |
| 金属接头 | Leur Fitting | 6515IND | 单通接头 316 不锈钢 1/4"-5/16" 水嘴端 |
| 甲醇 | RICCA chemical company | 4829-32 | |
| 显微镜 | Nikon Eclipse | TE300 | |
| 磷酸盐缓冲液(PBS) | Gibco | 14190-136 | |
| 碳酸氢钾(KHCO3) | Fisher Chemical | P184-500 | |
| PVC 管 | Terumo-CVS | 60050 | 1/4" × 1/16 8' |
| 含 0.1 M 氯化钠的二甲胂酸钠缓冲液 | Electron Microscopy Sciences | 11653 | |
| 十二烷基硫酸钠(SDS) | Bio-Rad laboratories | 161-0302 | |
| 乙酸钠(C2H3NaO2) | Alfa Aesar | A13184 | |
| Src 肽段 | Bachem | 4092599 | |
| 带管腔的圆柱形不锈钢(AISI 304)样品 | Microgroup, Medway, MA | 20097328 | 1 cm × 6 mm 外径 |
| 不锈钢箔片(AISI 316L) | Goodfellow, Coraopolis, PA | 100 mm × 100 mm × 0.05 mm | |
| TAMRA 标记的 pepCD47(TAMRA-pepCD47) | Bachem | 4100277 | |
| TMB(3,3’ ,5,5’ -四甲基联苯胺)底物及三(2-羧乙基)膦盐酸盐(TCEP) | Thermo Scientific | PG82089 | |
| 吐温-20 | Bio-Rad laboratories | 170-6531 | |
| Vybrant CFDA SE 细胞示踪试剂盒 | Invitrogen | V12883 |
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