Method Article

מולקולריים Hydrogel זריקות וטעוני תרופות להזרקה מקומית צנתר לתוך לב החזיר

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 מולקולריים המבוסס על ureido-pyrimidinones לאפשר שליטה מלאה על תכונות ג'ל מקרוסקופית והסול-ג'ל התנהגות המיתוג באמצעות pH. כאן, אנו מציגים פרוטוקול לגיבוש והזרקת hydrogelator כגון מולקולריים באמצעות מערכת מסירת קטטר למסירה מקומית ישירות באזורים רלוונטיים בלב החזיר.

Abstract

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

התחדשות של שריר הלב איבד היא מטרה חשובה עבור טיפולים עתידיים בשל ההתרחשות הגוברת של אי ספיקת לב הכרונית איסכמי והגישה המוגבלת ללב תורם. דוגמא לטיפול לשחזר את תפקוד הלב מורכב של האספקה ​​המקומית של תרופות וbioactives מהידרוג'ל. במאמר זה שיטה הוא הציג לגיבוש ולהזריק הידרוג'ל טעון סמים הלא פולשני והצד ספציפי ללב החזיר באמצעות צנתר ארוך, גמיש. השימוש במיפוי אלקטרו 3-D והזרקה באמצעות צנתר מאפשר טיפול תופעות הספציפיות של שריר הלב. לספק הידרוג'ל תואם עם קטטר זה, הידרוג'ל מולקולריים משמש בגלל המיתוג הנוח מג'ל למדינת פתרון באמצעות גורמים סביבתיים. פולי ב- pH הבסיסי ureido-pyrimidinone זה שונה (אתילן גליקול) פועל כנוזל הניוטונית שניתן להזריק בקלות, אבל ב- pH הפיזיולוגי הפתרון עובר במהירות לג'ל. תנאי מיתוג מתונים אלה מאפשרים לשילוב של תרופות ביו ויו-אקטיביים מינים, כגון גורמי גדילה וexosomes כפי שאנו מציגים כאן בהם במבחנה בניסויי vivo. בניסויים במבחנה לתת אינדיקציה על חבטת כף יד של יציבות ג'ל ושחרור תרופה, המאפשרת לכוונון של ג'ל ולשחרר נכסים לפני היישום הבא in vivo. שילוב זה מאפשר לכוונון האופטימלי של ג'ל לתרכובות ביו משמשות ו מערכת הזרקת מינים, ו.

Introduction

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

למרות שהטיפול באוטם שריר לב השתפר באופן משמעותי את שיעורי הישרדות, אי ספיקת לב איסכמית הכרונית היא בעיה בריאותית הציבורי גדולה שמתקדמת עם הזדקנות אוכלוסייה. ישנם כ -6 מיליון חולים אי ספיקת לב בארה"ב עם עלייה של 25% בשכיחות משוערת בשנת 2030 1,2. אובדן ראשוני של רקמת שריר לב מוביל לשיפוץ לב וסופו של דבר גורם לאי ספיקת לב כרונית. פרט להשתלת לב, אין טיפול אמיתי עבור קבוצה זו של חולים. החסרון הגובר של לבבות תורם מדגיש את הצורך בפיתוח טיפולים חדשים זמינים כדי להפוך את התהליך הזה של שיפוץ. לכן, מטרה לטיפולים עתידיים היא ההתחדשות של שריר הלב הולך לאיבוד.

הידרוג הם חומרים מעניינים בתחום של רפואת רגנרטיבית בגלל ההתאמה הביולוגית שלהם, והרגישות שלהם לגורמים חיצוניים 3. הידרוג זריקות להציע מודעהvantages על הידרוג'ל שאינה זריקות בשימוש שלהם בכירורגיה זעיר פולשנית 4. ניתן ליישם הידרוג זריקות אלה באמצעות מזרק בגלל switchability בתוך תנאים פיסיולוגיים 5, ובעיקרון לאפשר להזרקה מבוססת צנתר גישות 6. אסטרטגיות שונות שימשו לחומרי הזרקה, החל crosslinking הכימי לאחר ההזרקה לcrosslinking הפיזי או על ידי הטמפרטורה, pH ו4,7,8 התנהגות גזירה-דילול. למרות כמה מערכות הראו injectability קל באמצעות מזרק 9,10, קטטר-תאימות מלאה לא הוכח לעתים קרובות 6.

הידרוג הוכן מפולימרים מולקולריים נוצרים על ידי אינטראקציות שאינן קוולנטיים שניתן להעביר בנוחות מג'ל למצב פתרון, ולהיפך באמצעות גורמים סביבתיים 11. יתר על כן, מבשרי המשקל המולקולריים הנמוכים יאפשר ל12,13 processability קל . התנאים קלים הנדרשים למיתוג לאפשר התוספת של רכיבים פעילים ביולוגיים שונים, כגון לעתים קרובות קשה להתמודד עם גורמי גדילה.

רשתות חולפות מולקולריים במים המבוססות על פולי (אתילן גליקול) (PEG), שונה קצה עם ureido-pyrimidinone (UPy) moieties 14 הראו את היתרונות של אינטראקציות שאינן קוולנטיים בשילוב עם יישומים ביו-רפואיים ושמשו כמערכת אספקת סמים בלב 6 ותחת הקפסולה כליות 15. רשתות אלה נוצרות על ידי dimerization של UPy-הקבוצות מוגנות מהסביבה המימית על ידי מפרידי אלקיל יוצרים כיס הידרופובי. מליטה מימן אוריאה מאפשרת לערום הבא של הדימרים אלה לnanofibers. בשל האינטראקציה הפיכה של דימר UPy-UPy, מפעיל כגון pH וטמפרטורה יכולים לשמש כדי לעבור מפתרונות לג'לי. השימוש במוטיב סינטטי מאפשר לעיצוב של תכונות המולקולה וג'ל על ידי לבחינהאורך כוונון ple של PEG-הרשתות ומפרידי אלקיל 14,16.

יתר על כן, ניתן לשלב מספר מרכיבים ביו-אקטיביים, פשוט על ידי ערבוב פתרון hydrogelator מולקולריים לפני ההזרקה, עם סמים או מין ביו, כגון גורמי גדילה או exosomes, בהתאמה. Exosomes הוא שלפוחית ​​קרום קטנה המכילות נגזרי cytosolic. הם מופרשים על ידי תאים רבים ומעורבים בתקשורת בין תאית. Exosomes נגזר מתאי cardiomyocyte הם הציעו לשחק תפקיד בהגנת לב 17.

כאן, אנו מתארים את הפרוטוקול של ניסוח, ובזריקה בשריר הלב vivo של הידרוג'ל מולקולריים ביו כזה. בניסויים במבחנה מתוארים אשר נותנים בחבטת כף יד סימן של יציבות ג'ל ושחרור תרופה, המאפשר לכוונון של ג'ל ולשחרר נכסים לפני יישום in vivo.

Protocol

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

הערה: כל in vivo הניסויים נערכו בהתאם למדריך לטיפול והשימוש בחי מעבדה על ידי לשכת משאבי חיות מעבדה. ניסויים אושרו על ידי הוועדה לניסויים בבע"ח בפקולטה לרפואה של אוניברסיטת אוטרכט, הולנד.

1. גיבוש Hydrogel

  1. כדי להכין 1 מיליליטר של ג'ל 10% WT, לפזר של UPy-hydrogelator 100 מ"ג בבקבוקון ב900 μl PBS pH 11.7 על ידי ערבוב על 70 מעלות צלזיוס במשך שעה 1 באמצעות stirrer מגנטי. לאחר מכן לקרר את הפתרון צמיג לטמפרטורת חדר. הפתרון צריך עכשיו יש pH של כ 9.0. פתרון זה יכול להיות מאוחסן במשך כמה ימים.
  2. פיפטה את הכמות המתאימה של תרופה או biomolecule שמומסת בPBS הניטרלי לפתרון צמיג ומערבבת במשך 10 דקות כדי להגיע לפיזור אחיד. אם הפתרון הופך צמיג מדי, זמן קצר לחמם אותו במים חמים.
  3. מניחים את הפתרון עבור שעה 1 תחת UV-מנורה לעקר.

2. ניתוח של Hydrogel

  1. הערכת Rheological של הפתרון
    1. לפני טעינת ג'ל, הר הגיאומטריה צלחת צלחת 25 מ"מ בrheometer, להגדיר את הטמפרטורה עד 20 מעלות צלזיוס ולטעון את הצלחת עם מים על מנת למנוע אידוי של ג'ל בזמן המדידה.
    2. פיפטה 300 μl של הפתרון על גיאומטריה צלחת צלחת 25 מ"מ על rheometer שמרו על 20 מעלות צלזיוס ולהוריד את הצלחות להשיג מרחק פער 0.5 מ"מ.
    3. צמיגות גזירת שיא כפונקציה של לחץ גזירת .1-500 אבא עם 10 נקודות לעשור.
  2. הערכת Rheological של ג'ל
    1. פיפטה 300 μl של הפתרון לצלחת ופיפטה כוללת של 4.2 μl של 1 M HCl במקומות שונים על הפתרון ללגרום להיווצרות קריש.
    2. מנמיכים את הצלחות למרחק פער של 0.5 מ"מ ולתת את תרופת ג'ל לכ 30 דקות. במהלך תהליך ריפוי זה, למדוד את האחסון וmoduli הפסד בתדר ומתח נמוכים, למשל בהתאמה rad 1 / sec ו 0.5%.
    3. לאחר ג'ל ריפא (לאחר כ -30 דקות), אחסון שיא ואובדן moduli כפונקציה של התדר (.1-100 rad / sec) ולאחר מכן כפונקציה של המתח (0.1-1,000%).

3. ניסויי שחיקה ושחרור

  1. העברת הפתרון צמיג המכיל את התרופה או biomolecule לפולי (אתילן terephthalate) 100 μl תלוי להכניס תרבית תאים לצלחת 24 בארות עם גודל נקבובית 8.0 מיקרומטר. כדי למנוע דליפה של פתרון הפולימר ואילו בשלב הנוזלי, לכסות את תחתית מוסיף עם Parafilm (איור 2 א).
  2. מייד לאחר מכן טפטפת 1.4 μl של 1 M HCl על גבי הפתרון צמיג כדי להפחית את ה- pH של כ 7.0-7.2 ולתת את תרופת ג'ל בתוך להכניס לכ -30 דקות.
  3. הסר את Parafilm הלוך ושובמ 'מוסיף, למקם את הכנס בצלחת 24 גם ולמלא את μl היטב עם 800 PBS pH 7.4. דגירה את הצלחת על 37 מעלות צלזיוס עם נדנדה איטית או רעד בתנועות. על מנת למנוע אידוי של הממס, למלא שנותר בארות ריקות עם PBS ולאטום את צלחת 24 גם עם Parafilm (איור 2).
  4. מעת לעת לרענן את PBS ולנתח את PBS להסיר למוצר שוחרר UPy שחיקה או סמים / biomolecule.
    1. לכמת מוצרי שחיקת UPy או pirfenidone על ידי מדידת ספיגת UV ב 265 ננומטר או 320 ננומטר, בהתאמה. לחלבון פלואורסצנטי פליטת הקרינה מידת mRuby2 ב587 ננומטר לאחר העירור ב 559 ננומטר.
    2. תרגום ערכי קליטה / פליטה שנמדדו ריכוזים באמצעות עקומות כיול שנקבעו מראש.
      1. הכן עקומות כיול המסת סדרה של ריכוזים ידועים של אנליטי במאגר ולמדוד את ספיגת UV או פליטת ניאון של דגימות אלה. לשרבב את הנתונים באמצעות פונקציה ליניארית לDetסמור הריכוז של הדגימות ידועות. לחלבונים שאינם ניאון להשתמש גילוי ELISA 6.

4. הזרקה מקומית באמצעות צנתר

  1. אינדוקציה של אוטם שריר לב
    1. לאחר 12 שעות של צום, לא כולל מים, להרדים את החזיר בה היציב על ידי הזרקת midazolam 0.4 מ"ג / קילוגרם, 10 מ"ג / קילוגרם קטמין ואטרופין 0.014 מ"ג / קילוגרם שריר.
    2. לנהל thiopental נתרן 5 מ"ג / קילוגרם לוריד כדי לגרום להרדמה וצנרר החזיר עם הטובוס. בצע בלון-אוורור בשיעור של 12 / דקה במידת צורך בעת שהעבירה את בעל החיים לחדר הניתוח.
    3. עם ההגעה לתיאטרון המבצע להתחיל מייד אוורור לחץ חיובי מכאני עם FiO 2 0.50, 10 מיליליטר / קילוגרם נפח של גאות ושפל, ותדירות של 12 דקות / תחת capnography הרציף. השתמש משחה וטרינר בעיניים כדי למנוע יובש.
    4. התחל הרדמה מאוזנת על ידי intraven הרציףעירוי היחידות הארגוניות של midazolam 0.5 מ"ג / קילוגרם / שעה, 2.5 מיקרוגרם / קילוגרם / שעה sufentanil ורומיד pancuronium 0.1 מ"ג / קילוגרם / שעה. כדי להבטיח הרדמה מתאימה ברציפות לפקח א.ק.ג., לחץ דם עורקים, טמפרטורה וcapnography.
    5. הווריד להחדיר 4.3 מ"ג / קילוגרם amiodarone ולמקם את הקטטר דפיברילציה intracardiac בחדר ממני באמצעות sheeth ורידי 18.
    6. לחסום את העורק קדמי יורד דיסטלי שמאל (LAD) לסניף באלכסון השני על ידי חסימת בלון intracoronary, למשך 90 דקות, בהתאם לפרוטוקול שתואר קודם לכן 18.
  2. מיפוי אלקטרו
    1. בארבעה שבועות לאחר אוטם שריר לב, לתכנן את הליך המיפוי. הכן את המערכת (איור 4) בcathlab למיפוי 3D אלקטרו (EMM) של החדר השמאלי. עם מערכת זו שריר הלב קיימא, שנת החורף, בהתקף לב ניתן לזהות ללא הדרכת fluoroscopic. לבנות EM-מפה כזה לרכוש seריס של נקודות במקומות רבים על פני endocardial LV באמצעות מקור ultralow שדה מגנטי אנרגיה וקטטר שקצה חיישן 19,20.
    2. להרדים את החזיר, בעקבות פרוטוקול צעדים 4.1.1-4.1.4.
    3. מניחים את תיקון ההתייחסות החיצוני על גביו של החזיר.
    4. אבטחת גישה של כלי דם (עורק הירך) על פי פרוטוקול 18.
    5. לאחר קבלת צנתור של חדר הדו-כנפי עזב באלכסוני של 25 מעלות ימינה קדמית (Rao) ו -40 מעלות השקפת שמאל אלכסוני קדמי (LA) להעריך עזב גודל של חדר, לתת 75 U / קילוגרם של הפרין.
    6. קידום 8 צרפתי-מיפוי (D או עקומת F) קטטר תחת הדרכת fluoroscopic לאב העורקים היורדים, קשת אב העורקים ומעבר לשסתום אב העורקים לתוך החדר השמאלי (LV).
    7. להתמצא קצה הצנתר לשיא של LV לרכוש את הנתונים הראשונים, ואחריו בדרכי יצוא, לרוחב ונקודות האחוריים כדי ליצור צללית 3D, המגדיר את גבולותיה של ventriCLE.
    8. להשיג נקודות הבאות עד שכל מגזרי endocardial כבר שנדגמו על ידי גרירת קטטר המיפוי על endocardium ורצף רכישת המיקום של הקצה ואילו במגע עם endocardium 21,22.
    9. הגדר את אזור היעד, שהמקום שבו פעילות חשמלית היא (ליד) תנועה נורמלית ומכאנית לקוי, מה שנקרא שריר הלב שנת החורף (איור 6).
  3. הזרקת Intramyocardial
    1. החלף את צנתר המיפוי על ידי קטטר הזרקת intramyocardial שמורכב ממחט 27-מד ולומן ליבה בתוך קטטר הצרפתי 8 (איור 5 א 'ו-ב'). כדי לספק כמויות ספציפיות, לטעון מזרק-מדורג נפח עם כ 2 מיליליטר של פתרון הידרוג'ל ולמקם אותו לתוך משאבת מזרק.
    2. התאם את סיומת המחט ב 0 ° ו -90 ° להגמיש ולמקם 0.1 מיליליטר של פתרון הידרוג'ל כדי למלא את החלל המת המחט. ואז, במקוםקצה צנתר הזרקה פני שסתום אב העורקים ולאזור היעד.
    3. עומד בקריטריונים לעמדת זריקה בתוך אזור היעד שנקבע ב4.2.9 הבאים: (1) עמדה בניצב של הצנתר לקיר LV; (2) יציבות לולאה מצוינת (<4 מ"מ) כפי שמחושב על ידי EMM-המערכת; ו- (3) מתח בסיסי> 6.9 mV 21.
      1. לקדם את המחט לתוך שריר הלב, (4) שאושר על ידי התכווצות של חדר מוקדמת של LV, ולהזריק 0.1-.3 מיליליטר של הידרוג'ל בבולוס בקצב קבוע של כ 0.4-0.5 מיליליטר / דקה באמצעות משאבת המזרק. חזור על פעולה זו ב6-10 עמדות שונות כמפוזרים ככל האפשר. רמת החומציות הטבעית של הרקמות תנטרל את הפתרון לאחר הזרקה, שעל הידרוג'ל נוצר.
  4. קורבן
    1. לאחר הליך, אנושי להקריב בעלי החיים על ידי exsanguination. חותך את וריד caval הנחותים ולהסיר דם עם מכשיר יניקה. לגרום Fi חדריתbrillation על ידי הצבת סוללה 9 V על הקודקוד.

Results

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

תוצאות אופייניות המתקבלות ממדידות rheological oscillatory בשני הפתרון וג'ל מוצגות באיור 1. להזרקה באמצעות צנתר ארוך, נוזל הניוטונית עם צמיגות נמוכה רצוי. צמיגות נמדדה כפונקציה של שיעור גזירה, שהראתה כי ב- pH 8.5 הפתרון הוא דליל גזירה אבל ב- pH 9.0 ו -9.5 הפתרונות להתנהג נוזלים הניוטונית ככפי שמעידים צמיגות הקבועה של 0.54 ואבא 0.36 · שניות, בהתאמה (איור 1 א) . בנטרול הדגימות, הדגימות להראות תגובה מוצקה כמו שנצפתה על ידי G מודול האחסון ', שהוא גדול יותר ממודולוס האובדן G "ולכן tanδ = G" / G' <1 (איור 1). ג'ל משיג כוחה הסופי בתוך 30 דקות. מדידות rheological oscillatory להראות תגובה כמו מוצקה טיפוסית עם G "עצמאי כמעט של התדר זוויתיuency וG "G>" לכל התדרים שנמדדו (איור 1 ג).

חיוני לשימוש כמערכת אספקת סמים הוא שחיקת הידרוג'ל לאורך זמן. האינטראקציות מולקולריים מטבעם דינמיים ומאפשרות לשחיקה איטית של ג'ל במבחנה. ניסויי שחיקה ולשחרר מבוצעים על 37 מעלות צלזיוס באמצעות מוסיף נקבובי היטב (איור 2 א 'וב'). על ידי כוונון אורכו של הגוש הידרופובי והידרופילי 14, ג'ל ששוחק על פני תקופה של מספר שבועות ניתן להשיג (איור 3 א). ג'ל שוחק 25% ב 2 שבועות עם שחיקה ראשונית של 10% ביום הראשון, ככל הנראה בשל נפיחות ראשונית של הידרוג'ל. כדוגמא, שני שחרורו של סמים קטנים מולקולה (pirfenidone), ושחרורו של חלבון פלואורסצנטי מודל (mRuby2) נחקר. חלבון מודל ניאון מאפשר קריאת נתונים קלים; עם זאת, במבחנה 6. תרופת המולקולה הקטנה משתחררת תוך יום, ואילו מולקולות גדולות כמו חלבונים משתחררות בהדרגה במשך השבוע 1 (איור 3). התאמה עד שחרור 60% עם מודל Korsmeyer-Peppas למחצה אמפירי פרופיל שחרור mRuby2 מציינת שחרור עקב דיפוזיה (n = 0.44) 23. היעדר קיזוז במודל (המותאם) Korsmeyer-Peppas מראה כי אין כיום שחרור פרץ 24 mRuby2. בגלל הכמות המוגבלת של נקודות נתונים עם שחרור נמוך יותר מ -60% לpirfenidone, לא ראוי בוצע על פרופיל מהדורה זו.

מערכת ניווט קטטר מורכבת של קונסולת יחידת תקשורת, תחנת עבודה (איור 4), כרית מיקום משולש (יצירת שדה מגנטי נמוך) עם תיקון התייחסות חיצוני, ושני צנתרים, מיפוי שקצה החיישן וInjectioקטטר n (איור 5).

לאחר ניתוח שלאחר העיבוד חלחל נקודות יציבה שחזור endocardial 3D של LV מתעדכן בזמן אמת עם הרכישה של כל נקודת נתונים חדשה ומוצג ברציפות כפוטנציאל מתח חד קוטבי ודו קוטבי בקנה מידת צבע מדורג (איור 6 א). פונקצית קיצור ליניארי המקומי (LLS) מכמתת קיר תנועה אזורית על ידי קבלת השינוי הממוצע במרחק בין אתר לדוגמא ונקודות סמוכות בסוף-התכווצות והסוף-ירוויח. ערכי המתח ממוצע וLLS מחושבים לכל מגזר ומוצגים במפת הקוטב. (איור 6). הנוכחות של פוטנציאל לא נורמלי או נמוך חד קוטבי (≤6 mV) ופעילות מכאנית לקויה (% LLS ≤4) מאפיינת את האזורים בהתקף לב 22.

figure-results-1 איור 1 :. הערכת Rheological של הפתרונות וג'לי. צמיגות () כפונקציה של שיעור גזירה לפתרונות ב- pH שונה. לדוגמא ב- pH 8.5 דליל גזירה הוא ציין אבל לדגימות ב- pH 9.0 ו 9.5 צמיגויות קבועות, מתקבלים, המציג את ההתנהגות הניוטונית של פתרונות אלה. ריפוי ג'ל (B) ואחריו זומם δ שיזוף כפונקציה של זמן. לטאטא תדר (ג) למדגם נוטרל לאחר ריפוי שעה 2. ברים שגיאה להראות סטיות תקן של 3 מדידות עצמאיות, המצביע על שגיאה ניסיונית טיפוסית.

figure-results-2
איור 2:. ניסויי התקנה לשפלה ולשחרר () פולי (אתילן terephthalate) גם להכניס מכוסים Parafilm כדי למנוע דליפת during הכנה. צלחת 24 בארות עם מוסיף (ב '), עטוף עם Parafilm כדי למנוע אידוי של הממס.

figure-results-3
איור 3: שחיקת שחיקה ושחרור (א) להידרוג'ל לאורך זמן.. שחיקה הדרגתית של ג'ל לפחות 2 שבועות הוא ציין. שחרור (B) של מולקולה כימית קטנה וחלבון מודל. בעוד המולקולה הקטנה משתחררת תוך יום, חלבון המודל משתחרר בהדרגה במשך שבוע ללא שחרור פרץ משמעותי. הקו מראה את ההתאמה של מודל Korsmeyer-Peppas לשלב הראשוני של השחרור.

figure-results-4
מערכת ניווט קטטר: איור 4. קונסולת strong> יחידת תקשורת עם מערכת ניווט לב NOGA XP.

figure-results-5
איור 5: (א) קטטר הזרקת intramyocardial עם מזרק המצורף. פרטים של מחט זריקה (B).

figure-results-6
איור 6: מתח חד-קוטבי ומפת LLS. () מפה חד-קוטבי, נוף LAO (למעלה) ושורי העין (להלן). צבע אדום מציין ערכי מתח חד קוטביים נמוכים בבסיס שריר לב (רגיל) עם הפסד של posterolateral פעילות החשמלי. כחול מציין שריר הלב נורמלי, בעוד צבעים ירוקים וצהובים מצביעים על ירידה בכדאיות. (ב) מפת LLS, נוף LAO (למעלה) ושורי העין (להלן). אינדיקה צבע האדומהאקינזיה TES בקיר posterolateral, ירוקה וצהוב מצביעות על ירידת קיר תנועה. נקודות המיפוי מוצגות על ידי נקודות לבנות. הקו הלבן נמשך מציג את השטח של עניין, מאופיין במתח חד קוטבי ירד ותנועות קיר לקוי. נקודות בראון מייצגות את אתרי הזרקה.

Discussion

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

אתגר מרכזי הוא להשיג פתרון שהוא הזרקה באמצעות צנתר ארוך, תוך שמירה על הפתרון תואם עם התרכובות ביו. למרות שה- pH צריך להיות מוגבר כדי להגדיל injectability, תרכובות ביו כגון גורמי גדילה הן מולקולות שבירות שצריך להיות מטופל בזהירות. אנו מנטרים את ה- pH של התמיסה באמצעות מד pH מקרוב לאחר הוספת hydrogelator כדי לאשר אותה הוא pH 9.0 לפני הוספת כל רכיבים ביו-אקטיביים. בתחילה, כמה סיבובים של התאמת pH ההתחלתי של PBS היו צורך לסיים עם pH תקין. יתר על כן, מכיוון שאנו משתמשים בפתרונות יחסית צמיגים וקטטר ארוך דק, ירידה בלחץ גדולה היא ההווה (בהזמנה של 0.5 מגפ"ס, בהתאם למהירות של הזרקה). לכן, טיפול מיוחד יש לנקוט בבחירת הקשרים הנכונים בין המזרק וקטטר. הזרקה תומכת משאבת מזרק מבוקרת, כמו החלת כוחות כאלה ביד היא מאתגרת. בvitrניסויי o, הפתרון היה gelated ידי נטרול הפתרון עם HCl, ואילו בvivo זה נעשה על ידי החומציות הטבעית של הרקמות. לכן, חשוב להוסיף את הכמות הנכונה של HCl כדי למנוע להחטיא את המטרה בpH. דיפוזיה של חומצה זו היא כנראה הגורם המגביל בgelation של הידרוג'ל בניסויים במבחנה; עם זאת, בvivo הנוזל יהיה שטח פנים גבוה ליצירת קשר עם נטרול רקמה, דבר שככל הנראה תוצאה במהירות רבה יותר ויותר באופן שווה gelation לעומת dropwise תוספת של חומצה מרוכזת. יתר על כן, מיתוג ג'ל הוא הרבה יותר מהר עם הליך קל זה בהשוואה לשיטות ששמשו בעבר (0.5 שעות לעומת שעה 2) 25. השימוש בחומציות הטבעית של הגוף למעבר של תכונות חומר היא מאוד מושך מאז המעבר הוא מהיר, הפיך, לא יכול להתרחש בתוך קטטר וin vivo באופן אוטומטי לחלוטין. מאפיינים אלה נותנים יתרונות על פני למשל swit התרמיתChable ג'לי 26, שבו הסיכון של gelation בקטטר עקב שינויי טמפרטורה הוא הווה, ג'לים שדורש פילמור מושרה תמונה, שהוא מאתגר בשל חדירה מוגבלת אור והיווצרות רדיקלית 27, או ג'לים הדורשים שיתוף הזרקה של יוזם פילמור או accellerator 28.

שחרור מוצלח של תרופה מהידרוג'ל תלוי במידה רבה בגודל של התרופה. כפי שניתן לראות, תרופת המולקולה הקטנה הוא שוחרר מייד ואילו השחרור ההדרגתי של חלבון המודל מעל השבוע 1 מציג את ההבטחה של הידרוג אלה כמערכות אספקה ​​לגורמי גדילה. באופן כללי, הידרוג'ל יותר מבטיח ככלי למשלוח חפצים גדולים כגון חלבונים, exosomes ותאי 29,30.

הליך המיפוי והזרקת אלקטרו 3-D מספק גישת משלוח מבוסס צנתר נבדקה מבחינה קלינית לטיפולים שונים בשריר הלב משובי, כגון הידרוג'ל. אדהערך ד של טכנולוגיה זו בהשוואה לטכניקות מסירה לא ניתוחית אחרות הוא תכנון הטיפול, כך שניתן להבחין שריר הלב רגיל, בהתקף לב ושנת החורף ולהדריך את הטיפולים באזור של עניין. חסרונות של חשש זה גישת המיומנויות טכניות הנדרשות והזמן רב והליך יקר 20. במודל חזירי הציג מיפוי אלקטרו אוטם שריר לב בעקבות זריקות intramyocardial מודרכות עם UPy-הידרוג'ל מולקולריים ביו. שילובים אחרים עם טיפולי משובי שלהיבדק במבחנת in vivo כדי להשיג יותר הצלחה בתחום מתפתח זה. יתר על כן, אופטימיזציה של תהליכי injectability ועיקור יש לבצע לתרגם בהצלחה בשיטה זו להגדרה קלינית.

Disclosures

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

למחברים אין מה לחשוף.

Acknowledgements

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

עבודה זו מומנה על ידי משרד החינוך, התרבות והמדע (תכנית הכבידה 024.001.035), ארגון הולנד למחקר מדעי (NWO), המועצה האירופית למחקר (FP7 / 2007-2013) הסכם ERC גרנט 308,045 ונערכו ב מסגרת LSH TKI. חלק צורות מחקר זה של פרויקט P1.03 העצור של תכנית המחקר של יו חומרי המכון, שותף במימון המשרד ההולנדי לענייני כלכלה. פרויקט זה נתמך על ידי בעניין נכס - הולנד מכון לב (www.icin.nl) ו" Wijnand מ 'פום Stichting ". המחברים מבקשים להודות להנק Janssen וג'וריס פיטרס לסינתזה של UPy-hydrogelator וRemco האמנויות למתן mRuby2. אנו מודים לברט Meijer, Tonny בוסמן, רוקסן Kieltyka, סטיין קרמר, יוסט Sluijter, IMO Hoefer, וFrebus אן Slochteren לדיונים מועילים הרבים וMarlijn ינסן, ג'ויס ויסר, גרייס קרופט וMartijn אן Nieuwburg לteסיוע chnical.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
1 M HCl
1 M NaOH
פוליסטירן 24 בארותצלחת Falcon353047
AmiodaroneCordaron IV (Sanofini)
Anton Paar Physica MCR501Anton Paar GmbHמצויד בגיאומטריית לוח מקביל (25 מ"מ)
AtropinePCH
מאוורר
Cary 50 סרוק ספקטרופוטומטר UV גלויVarian
Cary Eclipse ספקטרופוטומטר פלואורסצנטי
DMSOBiosolve44705
צינור אנדוטרכאליCovidien
הפרין
קטמיןנרקטן 10 Vé קטטר מיפוי טוקינול
115  cmBiosense Webster
MidazolamActavis
MilliQMD Milipore MilliQ מערכת
mRuby2
NaCl 0.9% 500  ccBraun
NOGA מונחה קטטר הזרקת MyostarBiosense Webster
NOGA-RefStar EFO-patchBiosense Webster
Pancuronium bromide
ParafilmVWRIKAA3801100
PBSSigma AldrichP4417 
PET millicelMilliporePIEP12R48
PirfenidoneSigma AldrichP2116בשימוש מ 100  מלאי mM ב-DMSO
SodiumthiopentalInresa
SufentanilSufentanil-Hameln
Tegaderm
UPy-PEG10k
מנורת
UV משחה וטרינרית
Visipaque ניגוד נוזל 100  עותק
בלון מדבקות דפיברילציה Varian טיהור מים אינטגרלית

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