ヘパリンとプロタミンから製造された自己組織化高分子電解質複合体(PEC)をアルギン酸ビーズ上に堆積させ、骨形成成長因子の放出を閉じ込めて調節しました。この送達戦略により、脊椎固定術の用途でBMP-2の投与量を20倍に減らすことができます。この記事では、PECの利点と製造について説明します。
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ヘパリンとプロタミンから製造された自己組織化高分子電解質複合体(PEC)をアルギン酸ビーズ上に堆積させ、骨形成成長因子の放出を閉じ込めて調節しました。この送達戦略により、脊椎固定術の用途でBMP-2の投与量を20倍に減らすことができます。この記事では、PECの利点と製造について説明します。
再建骨手術中に、成長因子の超生理学的な量は、経験的に成功した骨の融合を促進するために足場上に装填されています。非常に強力な生物剤の大量投与は、急速な酵素分解の結果としての成長因子の不安定性だけでなく、移植部位で成長因子の十分な量をローカライズにおけるキャリアの非効率性に必要とされます。したがって、例えばBMP-2 / NELL-1のような成長因子の安定性を延長戦略、及びそれらの放出を制御するには、実際に有効な投与量を低下させ、従って、将来の骨再生手術の間に、より大きな用量の必要性を減らすことができます。これにより、副作用および成長因子コストを削減します。自己集合のPECは、 インビボでの安定性を高めることにより、ヘパリン結合、さらに増強成長因子の生物活性を介して、BMP-2 / NELL-1送達の良好な制御を提供するために製造されています。ここでは、deliveに役立つPEC製造の単純さを示しています再建骨の手術中に種々の成長因子のRY。
偽の発生率は、変性脊椎固定術およびリビジョン脊椎手術1の10〜45%と高いことが報告されています。脊椎融合および他の再建骨手術中に偽関節の速度を減少させるために、例えば、BMP-2、NELL-1および血小板由来増殖因子(PDGF)などの骨形成増殖因子はデノボ骨形成を促進するために導入されています。これらのうち、BMP-2は、脊椎固定術2のための一般的な選択です。新骨形成を誘導および促進におけるBMP-2の効力は十分に3を確立してきたが。このような異骨形成、血清腫および血腫形成、炎症反応、神経根炎、椎体の骨溶解、および逆行性射精などの臨床的に有意な合併症が原因で4,5使用超生理学的量に関心事項であり続けます。
したがって、BMP-2の用量を低下させることがでに関連する戦略まま副作用を最小にするために誘惑。また、効率的なキャリアシステムは、現代のコラーゲンスポンジ担体系で観察されたBMP-2の初期バースト放出を抑制し、さらに、この強力なサイトカインの長期化と局所的な送達を促進するために必要とされます。陽イオンおよび陰イオン高分子電解質の交互の層毎の自己集合足場マトリックスまたは移植可能な材料6の表面に高分子電解質複合体を構築するための調整可能な方法として使用することができます。この点では、(すべての生物学的因子の最も負の電荷密度を有するために知られている)、ヘパリンが強く静電及びヘパリン結合ドメインを介して、種々の増殖因子と結合することが認識されています。実際、ヘパリンは半減期を延長し、従って、いくつかの成長因子の生物活性を増強することが示されています。
これに基づいて、私たちのグループは、ヘパリン系高分子電解質複合体(PEC)を製造するために層ごとの自己集合のプロトコルを適合その負荷および固定化7,8の間に骨形成成長因子の生物活性を保持します。アルギン酸マイクロビーズのコアは、二価カチオン、カルシウムまたはストロンチウムイオンと、アルギン酸塩のα-L-グルロン酸(G)残基を架橋することによって作製しました。アルギン酸コアは、生分解性足場の行列です。これは移植後、それは骨の内部成長のための部屋を提供する融合ベッドに再吸収されます。ポリ-L-リジン(PLL)またはプロタミン(この場合は、アルギン酸マイクロビーズキャリアコア)足場マトリックスと負に帯電したヘパリンの両方とインタレースするカチオン性層として使用されます。アニオン性ヘパリン層の機能は、ロードされた成長因子を安定化し、局在化しています。三層PECは、ブタモデル9における成長因子負荷容量を増加させることが示されています。近年、PECキャリアは正常ラット10と脊椎8のブタモデルにおいて少なくとも20倍のBMP-2の有効量を減少させることが示されています。
ntent ">ここでは、我々はモデル骨形成増殖因子としてBMP-2を使用して、脊椎固定術で強化された成長因子の配信および他の再建骨手術のためのPECを製造する方法を報告しています。アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
1.アルギン酸塩溶液の調製
2.アルギン酸マイクロビーズの作製
アルギン酸マイクロビーズの3サイズの測定
4.滅菌
5.プロタミンとヘパリンコーティング
6.プロタミンコンテンツ
7.ヘパリンコンテンツ
レイヤー・バイ・レイヤー構造の8共焦点イメージ
前記BMP-2そして、NELL-1取り込みおよびリリース
10. インビトロ生物活性NELL-1の
注:PECから放出されたNELL-1の生物活性は、ウサギ骨髄幹細胞におけるアルカリホスファターゼ(ALP)の発現を増加させる能力(rBMSC)を測定することによって評価しました。
11.細胞生存率

12.足場へのパッケージ化とBMP-2&NELL-1のロード
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それは、類似の化学的特性を有し、それは、FDAは、ヘパリンの解毒剤として承認されているとしてのキャリアでは、プロタミン、ポリ-L-リジンの代わりに選択しました。光学顕微鏡の結果は、非照射マイクロビーズが267±14ミクロンの直径を有する球形であることを示しました。 (0.35ミリメートルノズルを5ミリリットル/時間及び5.8 kVでの流量)。照射されたマイクロビーズの大部分は、涙滴形状です。照射されたマイクロビーズのラウンド部分で測定した直径が212±30ミクロン(0.35ミリメートルノズル、4ミリリットル/時&6 kVでの流量)でした。 ( 図4)。
PECマイクロビーズの共焦点画像は、CF-405ラベルされたプロタミン(青)、CF594標識ヘパリン(赤)とFITC-BMP-2 / FITC-NELL-1(緑)のレイヤーバイレイヤーコーティングを明らかにする。結果は、PECのは、正に帯電したBMP-2と結合し、負ヘ...
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このプロトコルは、レイヤーバイレイヤー自己組織化を通じたPECの調製のための方法を提示しています。層ごとの構造は、プロタミン、ヘパリン、BMP-2およびNELL-1および共焦点顕微鏡の蛍光類似体を用いて可視化されます。取り込みおよび放出試験は、PECのヘパリンは骨形成成長因子の取り込み及び放出を媒介することを示します。 PEC法の取り込み効率は次のとおりです。NELL-1:86.7±2.7%、BMP-2:70.5±3.1%。 PECの担体は、カルシウムアパタイト粒子として純粋表面吸着担体(40-80%)11と比較して、NELL-1(20%)の放出のより良好な調節を有します。
リリースを調節することに加えて、ヘパリンは、このような不要な細胞毒性関連の問題12を回避するためにプロタミンなどのポリカチオンの過度の正電荷を中和します。 MTTアッセイおよびアラマーブルーアッセイ7によって決定されるのPECは、細胞毒性の兆候を示しません。 ALPアッセイは、PECキャリアがbioactを維持することができます示していNELL-...
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私たちは、利害関係のありません。
これらの研究は、National Medical Research Council Clinician Scientist - Individual Research Grant (CS-IRG) NMRC/CIRG/1372/2013 および NMRC EDG/0022/2008 によって資金提供されました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| ライフサイエンス アクロディスク 25 mmシリングフィルター(0.2 &マイクロ;m スープルメンブレン | PALL | PN4612 | プロタミン、限外ろ過によるヘパリン溶液 |
| 24ウェルプレート | セルスター | 662160 | |
| 96ウェルプレート ヌクロンデルタ表面 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 167008 | |
| (3-(4,5-ジメチルチアゾール-2-イル)-2,5-ジフェニルテトラゾリウムブロマイド)、MTT | シグマ アルドリッチ | M5655 | PEC-NELL-1 アセトンの細胞毒性を測定 |
| フィッシャーサイエンティフィック | A/0600/17 | 沈殿物 CF-405 標識プロタミン | |
| アラマー | ブルー Invitrogen,Life Technologies | DAL 1025 | PEC-BMP-2 |
| アルカリホスファターゼアッセイ(ALP)アッセイキット | Anaspec | AS-72146 | |
| 塩化アンモニウム | Merck | Art 1145 | FITC標識の試薬を停止 |
| 無水ジメチルスルホキシド(DMSO) | Invitrogen, Life Technologies | D12345 | 蛍光イソチオシアネートI |
| ジメチルスルホキシド(DMSO) | シグマ・アルドリッチ | ディゾルブ フォルマザン | |
| オートクレーブ | ヒラヤマ | HU-110 | アルギン酸ビーズを蒸気滅菌 |
| β-グリセロリン酸 | Sigma Aldrich | G9422 | |
| BMP-2 (Infuse Bone Graft Large II Kit) | Medtronic Sofarmor Danek, Memphis TN, USA | 7510800 | 骨形成成長因子、透析は、FITCカップリング |
| カルボキシベンゾイルキノリン-2-カルボキシアルデヒド(CBQCA) | サーモフィッシャーサイエンティフィック | A-6222 | NELL-1タンパク質 |
| 細胞ストレーナーの定量化 (100 &マイクロ;m) | BD Science | 352360 | ALPアッセイ用PECを保持 |
| セルスクレーパー 290 mm ブレード幅 20 mm | SPL Life Science | 90030 | 24ウェルプレートから細胞を取り外す |
| CF 405S, Succinimidyl Ester | Sigma Aldrich | SCJ4600013 | プロタミン標識用青色蛍光色素 |
| CF 594, Hydrazide | Sigma Aldrich | SCJ4600031 | ヘパリン標識用深赤色蛍光色素 |
| 遠心分離 | ベックマン・コールター | マイクロフュージ 22R | |
| 共焦点顕微鏡 | オリンパス | FV1000 | |
| デキサメタゾン | Sigma Aldrich | D4902 | 骨形成培地 |
| キストラン脱塩カラム | Pierce (Thermo Scientific)の成分 | 43230 | |
| DMEM | ギブコ | 12320 | |
| BMP-2 Quantikine ELISAキット | R&Dシステム | DBP200 | BMP-2放出を決定する |
| ウシ胎児血清 FBS | Hyclone | SV30160.03 | |
| フルオセインイソチオシアナン酸、異性体 I | Sigma Aldrich | F7250 | NELL-1およびBMP-2標識用緑色蛍光色素 |
| ThinCert細胞培養インサート、 24ウェルプレート用、滅菌 | Greiner | 662630 | 骨形成媒体を交換するときにPECの洗い流しを防ぎます |
| Havard Appartus シリンジ ポンプ (11 plus) | Havard 装置 | 70-2208 | |
| n-ヘキサン (>99%) | シグマ アルドリッチ | 139386 | |
| ヘパリン | シグマ アルドリッチ | H3149 | ヘパリン結合ドメインを持つ骨形成性 成長因子と結合 |
| 塩酸 (37%) | メルク | 100317 | 高腐食性 |
| インキュベータ | ーバインダー | C8150 | |
| MicroBCAタンパク質アッセイキット | Thermoscientific | 23235 | |
| マイクロプレートリーダー | Tecan | Infinite M200 | ALPおよびmicroBCAアッセイ用 |
| Nisco細胞カプセル化器 | Nisco Engineering Inc | カプセル化ユニット VAR V1 | |
| 蛍光顕微鏡 | オリンパス | IX71 | |
| mPCL-TCPスキャフォールド(細孔径は1.3 mm) | Osteopore | PCL-TCP 0/90 | PECをin vivo研究用PECを保持 |
| ニシリン-ストレプトマイシン 10,000 unit/ml, 100 ml | Hyclone Cell Culture | SV30010 | Antibiotic |
| 10x Phosphate Buffered Saline (PBS) | Vivantis | PB0344-1L | 10x Solution, Ultra Pure Grade |
| Poly-L-Lysine MW 15,000-30,000 | Sigma Aldrich | P2568 | Polycation |
| Protamine Sulfate salt, from Salmon | Sigma Aldrich | P4020 | Polycation |
| Shaker | Labnet | S2025 | |
| スネークスキン透析チューブ 3,500 MWCO 22 mm x 35 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 68035 | 透析による未反応のFITCの除去 |
| 塩化ナトリウム | メルク | 1.06404.1000 | |
| 水酸化ナトリウム | Qrec | S5158 | |
| 重炭酸ナトリウム | US バイオロジカル | S4000 | バッファー |
| ナトリウム | シグマ アルドリッチ | S7795-500G | バッファー |
| 塩化ストロンチウムヘキサハイドレート | シグマ アルドリッチ | 255521 | アルギン酸用架橋剤 |
| スパチュラ | 3dia | ||
| 5 ml シリンジ | テルモ | 140425R | シリンジの直径は流量に影響します |
| 75 cm2 細胞培養フラスコ カンテッドネック | コーニング | 730720 | |
| トルイジンブルー | シグマ アルドリッチ | 52040 | ヘパリンアッセイ |
| トリプシン 1x | Hyclone 細胞培養 | SH30042.01 | |
| アルギン酸ナトリウム | Novamatrix (FMC Biopolymer, Princeton, NJ) | Pronova UPMVG | マイクロビーズのコア材料 |
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