Wiele procedur klinicznych, takich jak krążenie pozaustrojowe i dializa nerek, wymaga użycia polimerowych przewodów krwiopochodnych i często wiąże się z powikłaniami pozabiegowymi1. Po perfuzji z krwią polimery te wywołują reakcję na ciało obce (FBR), co skutkuje adsorpcją białek krwi i płytek krwi, adhezją monocytów/makrofagów oraz uwalnianiem cytokin prozapalnych, z których wszystkie przyczyniają się do powikłań pozabiegowych i/lub awarii urządzenia2,3. W związku z tym strategie mające na celu rozwiązanie tego problemu pozostają ważnym i ciągłym obszarem badań nad biomateriałami. Badacze próbowali rozwiązać ten problem, modyfikując powierzchnie mające kontakt z krwią za pomocą bioaktywnych lub bioobojętnych cząsteczek4-6. Badania w naszym laboratorium koncentrowały się na dołączaniu rekombinowanego CD47 (recCD47) do biomateriałów polimerowych jako strategii łagodzenia FBR i zwiększania skuteczności tych materiałów. CD47 jest wszechobecnym białkiem transbłonowym o znanej roli w unikaniu odporności, nadając status "siebie" ekspresji komórek7-10 i wykazuje obiecującą zdolność do nadawania biokompatybilności po dołączeniu do powierzchni polimerowych11-13. Białko regulatorowe sygnału alfa (SIRPα), pokrewny receptor CD47 i członek rodziny białek transbłonowych zawierających immunoreceptor oparty na motywie hamującym na bazie tyrozyny (ITIM), ulega ekspresji w komórkach pochodzenia szpikowego14. Wcześniej wykazaliśmy, że CD47, poprzez sygnalizację komórkową za pośrednictwem SIRPα, obniża odpowiedź immunologiczną na poliuretan (PU) i polichlorek winylu (PVC) w modelach in vitro, ex vivo i in vivo 11-13.
Centralnym elementem naszych badań jest stosunkowo nowa chemia fotoaktywacji, opisana tutaj, w której chemicznie reaktywne grupy tiolowe są kowalencyjnie dołączane do rurki polimerowej poprzez reakcję rurki z wielofunkcyjnym polimerem (PDT-BzPh), składającym się z 2-pirydylditio (PDT), fotoreaktywnego benzofenonu (BzPh) i modyfikowanej karboksylowo polialliloaminy11-13. Redukcja kowalencyjnie dołączonych grup PDT za pomocą chlorowodorku tris(2-karboksyetylo)fosfiny (TCEP)11 daje tiolowaną powierzchnię, która może być następnie reagowana z ugrupowaniami terapeutycznymi. Szczegółowo opisany w niniejszym i poprzednio12,13, recCD47, dodatkowo zmodyfikowany przez dodanie C-końcowego ogona polilizynowego12,13, reaguje z sulfosuccinimidylo-4-[N-maleimidometylo]cykloheksano-1-karboksylanem (sulfo-SMCC) przez 1 godzinę w celu wytworzenia grup reagujących z tiolem, co pozwala na utworzenie wiązania monosiarczkowego między rurką a recCD4711. Zdolność przeciwzapalna powierzchni funkcjonalizowanych CD47 została przetestowana, ex vivo, przy użyciu aparatu pętli Chandlera z pełną krwią ludzką, która została pierwotnie opisana w 1958 roku jako model in vitro krzepnięcia zakrzepowego15. Aparat opiera się na zamkniętym systemie rurek częściowo wypełnionych powietrzem i silniku obrotowym, który cyrkuluje krew przez rurkę15. Ten eksperymentalny model daje możliwość zbadania wpływu ekspozycji na krew na zmodyfikowane i niezmodyfikowane powierzchnie, a także wpływu tych modyfikacji powierzchni na fizjologię komórek krwi.
recCD47 może być dołączany do różnych powierzchni polimerowych za pomocą tej chemii fotoaktywacji, a jego zdolność przeciwzapalna może być oceniana za pomocą klinicznie istotnego modelu ex vivo naśladującego perfuzję krwi na powierzchniach polimerowych11,12. Przewody krwionośne klasy klinicznej zmodyfikowane recCD47 wykazują znacznie mniejsze przyłączanie płytek krwi i komórek zapalnych w porównaniu z niemodyfikowanymi polimerami po wystawieniu na działanie ludzkiej krwi w aparacie. Opis krok po kroku tego procesu modyfikacji znajduje się poniżej.