Methodenartikel

Een injecteerbare en-Drug geladen Supramoleculaire Hydrogel voor Local Catheter injectie in de Pig Heart

17.5K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/52450

⸱

7 juni 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

* These authors contributed equally

In dit artikel

Samenvatting

Supramoleculaire hydrogelators gebaseerd op ureido-pyrimidinonen maken volledige controle over de gel macroscopische eigenschappen en de sol-gel-schakelgedrag met pH. Hier presenteren we een protocol voor de formulering en het injecteren van een dergelijke supramoleculaire hydrogelator via een katheter afgiftesysteem voor lokale afgifte direct betrokken gebieden in het varkenshart.

Samenvatting

Regeneratie van verloren myocard is een belangrijk doel voor toekomstige therapieën vanwege de toenemende optreden van chronisch ischemisch hartfalen en de beperkte toegang tot donor hart. Een voorbeeld van een behandeling om de functie van het hart te herstellen bestaat uit lokale toediening van geneesmiddelen en bioactieve een hydrogel. In dit document wordt een methode geïntroduceerd formuleren en injecteren geneesmiddel beladen hydrogel non-invasieve en side-specifieke in het varkenshart met behulp van een lange, buigzame katheter. Het gebruik van 3-D elektromechanische mapping en injectie via een catheter maakt side-specifieke behandeling van het myocardium. Om een ​​hydrogel compatibel is met deze katheter te bieden, wordt een supramoleculaire hydrogel gebruikt vanwege de gunstige omschakeling van een gel naar een oplossing staat het gebruik van milieu-triggers. Bij basische pH gemodificeerde dit ureido-pyrimidinon poly (ethyleenglycol) als een Newtonse vloeistof die gemakkelijk kan worden geïnjecteerd, maar bij fysiologische pH van de oplossing snel schakelt ineen gel. Deze milde schakeltoestanden oog op het opnemen van bioactieve middelen en bioactieve soort, zoals groeifactoren en exosomes wij hier presenteren in zowel in vitro en in vivo experimenten. De in vitro experimenten geven een op voorhand indicatie van de stabiliteit gel en geneesmiddelafgifte, die zorgt voor het afstemmen van de gel en lossingseigenschappen voordat het volgende verzoek in vivo. Deze combinatie zorgt voor de optimale afstemming van de gel van de gebruikte biologisch actieve verbindingen en soorten, en het injectiesysteem.

Inleiding

Hoewel de behandeling van acuut myocardinfarct aanzienlijk is verbeterd overlevingskansen, de chronisch ischemisch hartfalen is een groot probleem voor de volksgezondheid dat vordert met een vergrijzende bevolking. Er zijn ongeveer 6.000.000 hartfalen patiënten in de VS met een geschatte 25% toename in de prevalentie van 2030 1,2. Eerste verlies van myocardweefsel leidt tot cardiale remodeling en uiteindelijk veroorzaakt chronisch hartfalen. Behalve harttransplantatie, is er geen echte behandeling voor deze groep patiënten. De toenemende tekortkoming van donorharten benadrukt de noodzaak om nieuwe beschikbare therapieën om dit proces van remodeling keren ontwikkelen. Daarom is een doel voor toekomstige therapieën is de regeneratie van verloren myocard.

Hydrogels zijn interessante materialen op het gebied van regeneratieve geneeskunde vanwege hun biocompatibiliteit en hun gevoeligheid voor externe triggers 3. Injecteerbare hydrogels bieden advoordelen oplevert ten opzichte van niet-injecteerbare hydrogels bij het ​​gebruik in minimaal invasieve chirurgie 4. Deze injecteerbare hydrogels kunnen worden aangebracht via een injectiespuit door hun schakelbaarheid in fysiologische omstandigheden 5 en in principe mogelijk katheter gebaseerde injectie nadert 6. Verschillende strategieën zijn gebruikt voor injecteerbare materialen, variërend van chemische verknoping na injectie fysische verknoping door een temperatuur, pH en afschuiving verdunnende gedrag 4,7,8. Hoewel verschillende systemen hebben aangetoond eenvoudig injecteerbaarheid via een spuit 9,10, full katheter-compatibiliteit is niet vaak 6 getoond.

Hydrogelen bereid uit supramoleculaire polymeren worden gevormd door niet-covalente interacties die gemakkelijk kan worden omgeschakeld van een gel naar een oplossing toestand, en vice versa gebruik gemaakt worden 11. Bovendien is de laagmoleculaire precursors voor gemakkelijke verwerkbaarheid 12,13 . De milde omstandigheden nodig zijn voor het schakelen kan de toevoeging van verschillende biologisch werkzame bestanddelen zoals vaak moeilijk groeifactoren verwerken.

Supramoleculaire transient netwerken in water op basis van poly (ethyleenglycol) (PEG), end-gemodificeerd met ureido-pyrimidinon (UPy) delen 14 hebben aangetoond dat de voordelen van niet-covalente wisselwerkingen in combinatie met biomedische toepassingen en zijn gebruikt als geneesmiddelafgiftesysteem in het hart 6 en onder de renale capsule 15. Deze netwerken worden gevormd door dimerisatie van het UPy-groepen afgeschermd van de waterige omgeving door alkyl spacers vormen een hydrofobe pocket. Urea waterstofbinding vergemakkelijkt daaropvolgende stapeling van deze dimeren in nanovezels. Door de omkeerbare wisselwerking van de UPy-UPy dimeer, triggers zoals pH en temperatuur kan worden omgeschakeld van oplossingen voor gelen. Het gebruik van een synthetisch motief maakt ontwerp van het molecuul en geleigenschappen door Examencontractvoorwaardeple tuning lengte van de PEG-ketens en alkyl spacers 14,16.

Bovendien kunnen meerdere biologisch actieve componenten worden opgenomen door eenvoudig mengen van de supramoleculaire hydrogelator oplossing voor injectie met geneesmiddelen of biologisch actieve species, zoals groeifactoren of exosomes respectievelijk. Exosomen zijn kleine membraanvesicles die cytosolische derivaten bevatten. Zij worden uitgescheiden door veel cellen en zijn betrokken bij intercellulaire communicatie. Exosomes afgeleid van cardiomyocyten progenitorcellen voorgesteld om een rol te spelen in cardiale bescherming 17.

Hier beschrijven we het protocol formulering en in vivo myocardiale injectie van dergelijke bioactieve supramoleculaire hydrogel. In vitro experimenten beschreven die uit over forehand vermelding van gelstabiliteit en geneesmiddelafgifte, die zorgt voor het afstemmen van de gel en lossingseigenschappen vóór toepassing in vivo.

Protocol

LET OP: Alle in vivo experimenten werden uitgevoerd in overeenstemming met de Gids voor de Zorg en gebruik van proefdieren door het Institute of Laboratory Animal Resources. Experimenten werden goedgekeurd door de Animal Experimentation Comité van de Geneeskunde Faculteit van de Universiteit Utrecht, Nederland.

1. Formulering van het Hydrogel

  1. Ter voorbereiding 1 ml van 10 gew% gel los 100 mg van de UPy-hydrogelator in een flacon in 900 pl PBS pH 11,7 door roeren bij 70 ° C gedurende 1 uur met een magnetische roerder. Daarna koel de viskeuze oplossing tot kamertemperatuur. De oplossing dient nu een pH van ongeveer 9,0. Deze oplossing kan worden opgeslagen gedurende verscheidene dagen.
  2. Pipetteer de juiste hoeveelheid geneesmiddel of biologisch molecuul dat wordt opgelost in PBS neutraal in de viskeuze oplossing toe en roer gedurende 10 minuten om een ​​uniforme verdeling te bereiken. Als de oplossing te dik, kort opwarmen met heet water.
  3. Plaats de oplossing gedurende 1 uur onder een UV-lamp te steriliseren.

2. Analyse van Hydrogel

  1. Reologische evaluatie van de oplossing
    1. Voordat de gel, zet de 25 mm plaat-plaatgeometrie in de rheometer, de temperatuur tot 20 ° C en laden van de plaat met water tot verdamping van de gel tijdens de meting te voorkomen.
    2. Pipetteer 300 ul van de oplossing op een 25 mm plaat-plaat geometrie bij een rheometer gehandhaafd op 20 ° C en laat de platen een 0,5 mm openingsafstand verkrijgen.
    3. Neem afschuifviscositeit als functie van de afschuifspanning 0,1-500 Pa met 10 punten per decade.
  2. Reologische evaluatie van de gel
    1. Pipetteer 300 ul van de oplossing op de plaat en pipetteer een totaal van 4,2 pl 1 M HCl op verschillende plaatsen op de oplossing van de gelvorming veroorzaken.
    2. Laat de platen een spleetafstand van 0,5 mm en laat de gel behandeling gedurende ongeveer 30 min. Tijdens dit hardingsproces, meet de opslag en verlies moduli bij lage frequentie en spanning, bijvoorbeeld respectievelijk 1 rad / sec en 0,5%.
    3. Nadat de gel is uitgehard (na ongeveer 30 min), verslagopslag en verlies moduli als functie van de frequentie (0,1-100 rad / sec) en daarna als functie van de spanning (0,1-1.000%).

3. Erosie and Release Experimenten

  1. Breng 100 pi van de viskeuze oplossing die het geneesmiddel of biomolecuul in een poly (ethyleentereftalaat) opknoping celkweek inzetstuk voor 24-wells plaat met poriëngrootte 8,0 urn. Om lekkage van de polymeeroplossing te verhinderen terwijl in de vloeibare fase omvatten de bodem van de inzetstukken met Parafilm (Figuur 2A).
  2. Onmiddellijk daarna pipet 1,4 gl 1 M HCl bovenop de viskeuze oplossing de pH op ongeveer 7,0-7,2 te verlagen en laat de gel genezing binnen het inzetstuk gedurende 30 min.
  3. Verwijder de Parafilm weerm inbouwelementen plaats de insert in een 24-wells plaat en vul de put met 800 pl PBS pH 7,4. Incubeer de plaat bij 37 ° C met langzame rockende of schudbeweging. Verdamping van het oplosmiddel te voorkomen, vul resterende lege putjes met PBS en sluit de 24-well plaat met Parafilm (figuur 2B).
  4. Periodiek Vernieuw de PBS en analyseren van de verwijderde PBS voor vrijgegeven UPy erosie product of drugs / biomolecuul.
    1. Kwantificeren UPy erosie producten of pirfenidone door het meten van UV-absorptie bij 265 nm of 320 nm respectievelijk. Voor fluorescent eiwit mRuby2 maatregel fluorescentie-emissie bij 587 nm na excitatie bij 559 nm.
    2. Vertalen gemeten absorptie / emissiewaarden aan concentraties via vooraf kalibratiecurves.
      1. Bereid kalibratiekrommen oplossen van een aantal bekende concentraties van de analyt in buffer en meet de UV-absorptie of fluorescentie-emissie van deze monsters. Interpoleren de gegevens met behulp van een lineaire functie detHermelijn de concentratie van de onbekende monsters. Voor niet-fluorescerende eiwitten gebruiken ELISA detectie 6.

4. Lokale injectie via een katheter

  1. Inductie van myocardiaal infarct
    1. Na 12 h vasten, exclusief water, verdoven het varken in de stal door injectie van midazolam 0,4 mg / kg, ketamine 10 mg / kg atropine en 0,014 mg / kg intramusculair.
    2. Beheren sodium thiopental 5 mg / kg intraveneus anesthesie induceren en intuberen het varken met een endotracheale buis. Voer ballon ventilatie met een snelheid van 12 / min als dat nodig is, terwijl het transport van de dieren naar de operatiekamer.
    3. Bij aankomst in de operatiekamer direct beginnen mechanische beademing met FiO 2 0,50, 10 ml / kg ademvolume en een frequentie van 12 / min onder voortdurend capnografie. Gebruik vet zalf op de ogen tot droog voorkomen.
    4. Begin evenwichtige verdoving door continue intravenlende infusie van midazolam 0,5 mg / kg / uur, sufentanil 2,5 ug / kg / uur en pancuroniumbromide 0,1 mg / kg / uur. Voor een juiste anesthesie continu ECG, arteriële bloeddruk, temperatuur en capnografie monitoren.
    5. Intraveneus infuus 4,3 mg / kg amiodaron en plaats de defibrillatie intracardiale katheter in de rechter ventrikel via de veneuze sheeth 18.
    6. Insluiten de linker anterieure dalende slagader (LAD) distaal van de tweede diagonale tak door intracoronaire ballon occlusie gedurende 90 min, gemeten volgens de eerder beschreven protocol 18.
  2. Elektromechanische mapping
    1. Op vier weken na een hartinfarct, het plan van de mapping procedure. Bereid het systeem (figuur 4) in cathlab 3D elektromechanische mapping (EMM) van de linker ventrikel. Met dit systeem levensvatbaar, winterslaap en infarct hartspier kunnen worden geïdentificeerd zonder fluoroscopische begeleiding. Om zo'n EM-map construct verwerven van een SEries punten op meerdere plaatsen op het endocardiale LV oppervlak met behulp van een ultralage magnetisch veld energiebron en een sensor katheter 19,20.
    2. Verdoven het varken, volgende protocol stappen 4.1.1-4.1.4.
    3. Plaats de externe referentie pleister op de rug van het varken.
    4. Secure vasculaire toegang (dijbeenslagader) volgens het protocol 18.
    5. Na het verkrijgen van een tweedekker linkerventrikel angiogram in de 25 ° rechts voorafgaande schuine (RAO) en 40 ° links voorafgaande schuine (LA) te schatten links ventriculaire omvang, geven 75 U / kg heparine.
    6. Advance een 8 Frans-mapping (D of F curve) katheter onder fluoroscopische begeleiding aan de dalende aorta, aortaboog en over de aortaklep in de linker ventrikel (LV).
    7. Richt de tip van de catheter aan de apex van de LV om de eerste gegevens te verkrijgen, gevolgd door uitstroombaan, zijdelingse en achterste wijst op een 3D silhouet vormen, afgebakend de ventricle.
    8. Verkrijgen latere tijdstippen tot alle endocardiale segmenten zijn bemonsterd door het slepen van de mapping catheter via endocardium en opeenvolgend verkrijgen van de locatie van de punt, terwijl in contact met het endocardium 21,22.
    9. Definieer het doelgebied, dat is waar de elektrische activiteit is (bijna) normale en mechanische bewegingsbeperkingen, zogenaamde winterslaap hartspier (figuur 6).
  3. Intramyocardiale injectie
    1. Vervang de mapping catheter door de intramyocardial injectiekatheter die is samengesteld uit een 27-gauge naald en een centraal lumen in een 8 French katheter (Figuur 5A en B). Om specifieke bedragen te leveren, moet u een volume gesorteerde spuit met ongeveer 2 ml van de hydrogel oplossing en plaats deze in een injectiepomp.
    2. Stel de naald verlenging bij 0 ° en 90 ° flex en plaats 0,1 ml van de hydrogel oplossing van de naald dode ruimte te vullen. Vervolgens plaatst u deinjectie catheter tip over de aortaklep en in het doelgebied.
    3. Voldoen aan de volgende criteria voor een injectiepositie in het doelgebied bepaald 4.2.9: (1) loodrechte positie van de katheter van de LV wand; (2) uitstekende lus stabiliteit (<4 mm), berekend volgens de EMM-systeem; en (3) de onderliggende spanning> 6,9 mV 21.
      1. De naald verder in het myocardium, (4) bevestigd in een premature ventriculaire contractie van de LV en injecteer 0.1-0.3 ml van de hydrogel in een bolus met een constante snelheid van ongeveer 0,4-0,5 ml / min met de spuitpomp. Herhaal dit op verschillende posities 6-10 diffuse mogelijk. De natuurlijke pH van het weefsel zal de oplossing na injectie, waarna de hydrogel wordt gevormd neutraliseren.
  4. Offer
    1. Post-procedure, humane offeren het dier door verbloeding. Snijd de inferieure vena cava en bloed te verwijderen met een zuiginrichting. Induceert ventriculaire fidefibrillatie door het plaatsen van een 9 V batterij op de top.

Resultaten

Kenmerkende resultaten van de oscillerende rheologische metingen op zowel de oplossing en de gel worden getoond in Figuur 1. Voor injectie door een lange katheter, een Newtonse vloeistof met lage viscositeit gewenst is. De viscositeit werd gemeten als functie van afschuifsnelheid, waaruit blijkt dat bij pH 8,5 de oplossing afschuiving maar bij pH 9,0 en 9,5 oplossingen gedragen als Newtonse vloeistoffen zoals blijkt uit de constante viscositeit van 0,54 en 0,36 Pa-sec, respectievelijk (figuur 1A) . Na neutraliseren van de monsters, de monsters een vaste-achtige respons waargenomen met een opslagmodulus G 'die groter is dan de verliesmodulus G "en derhalve tanó = G" / G' <1 (Figuur 1B). De gel krijgt zijn uiteindelijke sterkte binnen 30 minuten. Oscillerende reologische metingen tonen een typische solid-achtige reactie met G 'nagenoeg onafhankelijk van de hoek frequency en G '> G "voor alle frequenties gemeten (figuur 1C).

Essentieel voor de toepassing als geneesmiddelafgiftesysteem is de erosie van de hydrogel in de tijd. De supramoleculaire interacties inherent dynamisch en zorgen voor een langzame erosie van de gel in vitro. Erosie kort experimenten worden uitgevoerd bij 37 ° C met behulp poreuze en inserts (figuur 2A en B). Door het afstemmen van de lengte van de hydrofobe en hydrofiele blok 14, een gel dat erodeert gedurende enkele weken kan worden verkregen (figuur 3A). De gel erodeert 25% in 2 weken met een eerste uitholling van 10% in de eerste dagen, waarschijnlijk door aanvankelijke zwellen van de hydrogel. Als bijvoorbeeld zowel de afgifte van een klein molecuul geneesmiddel (pirfenidone), en de vrijmaking van een model fluorescent eiwit (mRuby2) bestudeerd. Een TL-model eiwit zorgt voor een gemakkelijke uitlezing; In vitro Afgifte-experimenten kunnen worden uitgevoerd op andere eiwitten met behulp van ELISA voor de kwantificering 6. De kleinmoleculige geneesmiddel wordt afgegeven binnen een dag, terwijl grotere moleculen zoals eiwitten geleidelijk afgegeven gedurende 1 week (figuur 3B). Montage van het afgifteprofiel van mRuby2 tot 60% afgifte van de semi-empirische Korsmeyer-Peppas model geeft afgifte door diffusie (n = 0,44) 23. Het ontbreken van een offset in de (aangepast) Korsmeyer-Peppas model laat zien dat er geen stootafgifte aanwezige mRuby2 24. Door het beperkte aantal gegevenspunten met een verwijderbare minder dan 60% voor pirfenidone werd zonder montagehulpstuk uitgevoerd op het afgifteprofiel.

Het katheternavigatie bestaat uit een communicatie-eenheid console, een werkstation (figuur 4), een driehoekige locatie pad (opwekken van een laag magnetisch veld) met een externe referentieplek en twee katheters, kartering-sensor tip en de injection katheter (Figuur 5).

Na de post-processing analyse onstabiele punten heeft gefilterd de 3D-endocardiale reconstructie van de LV is bijgewerkt in real time met de overname van elke nieuwe data punt en wordt continu weergegeven als unipolaire en bipolaire spanning potentials op een gesorteerde kleur schaal (figuur 6A). De lokale lineaire verkorting (LLS) functie kwantificeert regionale wand beweging door het verkrijgen van eind systole en eind-diastole de gemiddelde verandering in de afstand tussen monster site en aangrenzende punten. De gemiddelde spanning en LLS waarden worden voor elk segment en weergegeven in de polaire kaart. (Figuur 6B). De aanwezigheid van een abnormaal of unipolaire lage potentiaal (mV ≤6) en verminderde mechanische activiteit (LLS ≤4%) karakteriseert geïnfarceerde gebied 22.

figure-results-1
Figuur 1 :. Reologische evaluatie van de oplossingen en gels. (A) viscositeit als functie van afschuifsnelheid van de oplossingen bij verschillende pH. Voor het monster bij pH 8,5 afschuiving wordt waargenomen, maar de monsters bij pH 9,0 en 9,5 constante viscositeiten worden verkregen, die het Newtons gedrag van deze oplossingen. (B) Gel harden gevolgd door het uitzetten tan δ als functie van de tijd. (C) Frequentie sweep voor een geneutraliseerd monster na 2 uur uitharden. Fout balken tonen standaarddeviaties van 3 onafhankelijke metingen, wat wijst op een typische experimentele fout.

figure-results-2
Figuur 2:. Opstelling voor afbraak en afgifte-experimenten (A) poly (ethyleentereftalaat) en insert bedekt met Parafilm om lekkage te voorkomen during preparaat. (B) 24-wells plaat met inserts, omwikkeld met Parafilm verdamping van het oplosmiddel te voorkomen.

figure-results-3
Figuur 3:. Erosie and Release (A) Erosie van de hydrogel in de tijd. Geleidelijke erosie van de gel gedurende tenminste 2 weken waargenomen. (B) Onthechting van een klein molecuul medicijn en een model eiwit. Hoewel het kleine molecuul vrijgegeven binnen een dag wordt het modeleiwit geleidelijk afgegeven gedurende een week zonder significante stootafgifte. De stippellijn toont de pasvorm van de Korsmeyer-Peppas model met de initiële fase van de introductie.

figure-results-4
Figuur 4: Het katheter navigatiesysteem. Communicatie unit console met NOGA XP Cardiac navigatiesysteem.

figure-results-5
Figuur 5: (A) de intramyocardial injectiekatheter met spuit bevestigd. (B) Detail van de injectienaald.

figure-results-6
Figuur 6: unipolaire spanning en LLS kaart. (A) Unipolar kaart, LAO view (boven) en bulls eye (hieronder). Rode kleur geeft lage unipolaire spanning waarden op myocard basis (normaal) met verlies van de elektrische activiteit posterolaterale. Blauw geeft normale myocard, terwijl de groene en gele kleuren geven afgenomen levensvatbaarheid. (B) LLS kaart, LAO view (boven) en bulls eye (hieronder). Rode kleur indicates akinesie in de posterolaterale muur, groen en geel duiden verminderde wandbeweging. Het in kaart brengen punten worden aangegeven door witte stippen. De getekende witte lijn toont het gebied van belang, gekenmerkt door verminderde unipolaire voltages en verminderde muur bewegingen. Brown punten vertegenwoordigen de injectieplaats.

Discussie

Een belangrijke uitdaging is om een ​​oplossing die injecteerbaar door een lange katheter terwijl de oplossing compatibel is met de bioactieve stoffen te verkrijgen. Hoewel de pH te verhogen tot injecteerbaarheid te vergroten, bioactieve stoffen zoals groeifactoren zijn kwetsbaar molecules die zorgvuldig moet worden behandeld. We volgen de pH van de oplossing dicht met een pH meter na toevoeging van het hydrogelator te bevestigen pH 9,0 vóór toevoeging van bioactieve componenten. Aanvankelijk verscheidene series van instellen van de pH van het starten van de PBS waren nodig om bij de juiste pH. Verder omdat we relatief dikke monsters een lange dunne katheter, een grote drukdaling aanwezig is (in de orde van 0,5 MPa, afhankelijk van de snelheid van injectie). Daarom moet speciale zorg worden genomen bij het selecteren van de juiste verbindingen tussen de spuit en de katheter. Een injectiepomp steunen gecontroleerde injectie, zoals het aanbrengen van dergelijke krachten met de hand is uitdagend. Want in Vitro experimenten werd de oplossing gegeleerd door het neutraliseren van de oplossing met HCl, terwijl in vivo wordt dit gedaan door de natuurlijke pH van het weefsel. Daarom is het belangrijk om de juiste hoeveelheid HCl aan een overshoot in pH te voorkomen. De verspreiding van dit zuur is waarschijnlijk de beperkende factor in de gelering van de hydrogel in in vitro experimenten; In vivo zou de vloeistof een groot contactoppervlak met neutraliserende weefsel hebben die zal waarschijnlijk resulteren in een snellere en gelijkmatiger gelering vergelijking met toevoeging van geconcentreerd zuur druppelsgewijs. Bovendien is de gel switching veel sneller met deze milde procedure in vergelijking met eerder gebruikte werkwijzen (0,5 uur versus 2 uur) 25. Met de natuurlijke pH voor het schakelen van de materiaaleigenschappen is zeer aantrekkelijk omdat de overgang is snel, reversibel, kan optreden binnen de katheter en is in vivo volautomatisch. Deze eigenschappen geven voordelen boven bv thermische switchable gels 26, waarbij het ​​risico van gelering in een katheter als gevolg van veranderingen in temperatuur aanwezig is, gels die foto-geïnduceerde polymerisatie, dat is een uitdaging vanwege de beperkte lichtinval en radicale vorming 27 of gels die co-injectie van een polymerisatie-initiator nodig nodig of versneller 28.

Succesvolle afgifte van een geneesmiddel uit de hydrogel grotendeels afhankelijk van de grootte van het geneesmiddel. Zoals getoond is de kleinmoleculige geneesmiddel onmiddellijk vrijgegeven terwijl de geleidelijke afgifte van het modeleiwit dan 1 week geeft de belofte van deze hydrogelen als afgiftesystemen voor groeifactoren. In het algemeen, hydrogels zijn veelbelovend als afgiftewerktuig voor grotere objecten zoals eiwitten, exosomes en cellen 29,30.

De 3-D elektromechanische mapping en injectieprocedure biedt een klinisch gevalideerde katheter gebaseerde afgifte benadering van verschillende myocardiale regeneratieve therapieën zoals hydrogels. De Added waarde van deze technologie in vergelijking met andere niet-chirurgische toedieningstechnieken de behandelingsplanning, waardoor de normale, geïnfarceerde en hibernerend myocardium differentiëren en therapieën begeleiden in het interessegebied. Nadelen van deze benadering betreffen de vereiste technische kennis en de tijdrovende en kostbare procedure 20. In de gepresenteerde varkens model van myocardinfarct elektromechanische mapping werd gevolgd door begeleide intramyocardiale injecties met de bioactieve supramoleculaire UPy-hydrogel. Andere combinaties met regeneratieve therapieën worden getest in vitro en in vivo meer succes op dit nieuwe terrein winnen. Voorts optimalisatie van injecteerbaarheid en sterilisatie procedures worden uitgevoerd om deze werkwijze met succes te vertalen naar een klinische omgeving.

Openbaarmakingen

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dankbetuigingen

Dit werk werd gefinancierd door het Ministerie van Onderwijs, Cultuur en Wetenschap (Gravity programma 024.001.035), Nederland Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO), de European Research Council (FP7 / 2007-2013) overeenkomst ERC Grant 308.045 en uitgevoerd binnen het LSH TKI kader. Dit onderzoek maakt deel uit van het Project P1.03 PENT van het onderzoeksprogramma van het BioMedical Materials-instituut, mede gefinancierd door het Nederlandse ministerie van Economische Zaken. Dit project werd gesteund door ICIN - Nederland Heart Institute ( www.icin.nl ) en de "Wijnand M. Pom Stichting". De auteurs willen graag Henk Janssen en Joris Peters bedanken voor de synthese van de UPy-hydrogelator en Remco Arts voor het verstrekken van de mRuby2. Wij danken Bert Meijer, Tonny Bosman, Roxanne Kieltyka, Stijn Kramer, Joost Sluijter, Imo Hoefer en Frebus van Slochteren voor de vele nuttige discussies en Marlijn Jansen, Joyce Visser, Grace Croft en Martijn van Nieuwburg voor technische hulp.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
1 M HCl
1 M NaOH
Polystyrene 24-well plateFalcon353047
AmiodaroneCordaron I.V. (Sanofini)
Anton Paar Physica MCR501Anton Paar GmbHUitgerust met een parallelplaat geometrie (25 mm)
AtropinePCH
Ballonventilator
Cary 50 Scan UV-Visible SpectrophotometerVarian
Cary Eclipse Fluorescence SpectrophotometerVarian
Defibrillatie patches
DMSOBiosolve44705
Endotracheale buisCovidien
Heparine
KetamineNarketan 10 Vétoquinol
Mapping catheter 115 cmBiosense Webster
MidazolamActavis
MilliQMD Milipore MilliQ Integral Water Purification System
mRuby2
NaCl 0.9% 500 ccBraun
NOGA guided Myostar injectiekatheterBiosense Webster
NOGA-RefStar EFO-patchBiosense Webster
Pancuronium bromide
ParafilmVWRIKAA3801100
PBSSigma AldrichP4417 
PET millicelMilliporePIEP12R48
PirfenidoneSigma AldrichP2116Gebruikt vanaf 100 mM stock in DMSO
NatriumthiopentalInresa
SufentanilSufentanil-Hameln
Tegaderm
UPy-PEG10k
UV-Lamp
Vetsalf
Visipaque contrastvloeistof 100 cc

Referenties

  1. 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. 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. 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. Olsen, B. D., Kornfield, J. A., Tirrell, D. A. Yielding Behavior in Injectable Hydrogels from Telechelic Proteins. Macromolecules. 43 (21), 9094-9099 (2010).
  5. Guvendiren, M., Lu, H. D., Burdick, J. A. Shear-thinning hydrogels for biomedical applications. Soft Matter. 8 (2), 260(2012).
  6. 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. Pawar, G. M., et al. Injectable Hydrogels from Segmented PEG-Bisurea Copolymers. Biomacromolecules. 13 (12), 3966-3976 (2012).
  8. Yoon, H. -J., Jang, W. -D. Polymeric supramolecular systems for drug delivery. Journal of Materials Chemistry. 20 (2), 211-222 (2009).
  9. 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. Yu, L., Ding, J. Injectable hydrogels as unique biomedical materials. Chemical Society Reviews. 37 (8), 1473-1481 (2008).
  11. Krieg, E., Rybtchinski, B. Noncovalent Water-Based Materials: Robust yet Adaptive. Chemistry – A European Journal. 17 (33), 9016-9026 (2011).
  12. Davis, M. E., et al. Injectable self-assembling peptide nanofibers create intramyocardial microenvironments for endothelial cells. Circulation. 111 (4), 442-450 (2005).
  13. 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. 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. 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. 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. 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. Koudstaal, S., et al. Myocardial infarction and functional outcome assessment in pigs. Journal of Visualized Experiments. (86), (2014).
  19. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. Annabi, N., et al. 25th Anniversary Article: Rational Design and Applications of Hydrogels in Regenerative Medicine. Advanced Materials. 26 (1), 85-124 (2014).
  28. Asai, D., et al. Protein polymer hydrogels by in situ, rapid and reversible self-gelation. Biomaterials. 33 (21), 5451-5458 (2012).
  29. 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. Lutolf, M. P., Hubbell, J. A. Synthetic biomaterials as instructive extracellular microenvironments for morphogenesis in tissue engineering. Nature Biotechnology. 23 (1), 47-55 (2005).

Herprints en machtigingen

Tags

Drug DeliveryElektromechanische MappingHibernerend MyocardiumIn Vitro AnalyseIn Vivo ExperimentenGelvormingBioactieve Componenten
Een injecteerbare en-Drug geladen Supramoleculaire Hydrogel voor Local Catheter injectie in de Pig Heart
Neem contact met ons op
Aanbevelen aan de bibliotheek

Privacy

Gebruiksvoorwaarden

Beleidsoverzicht

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Alle rechten voorbehouden.