hydrogelators Supramolecular على أساس ureido-pyrimidinones سماح للسيطرة الكاملة على خصائص هلام العيانية وسلوك التحويل سول الجل باستخدام الرقم الهيدروجيني. هنا، نقدم بروتوكول لصياغة وحقن مثل هذا hydrogelator supramolecular عن طريق نظام تسليم القسطرة للتسليم المحلي مباشرة في المجالات ذات الصلة في قلب خنزير.
تجديد فقدت عضلة القلب هو هدف مهم للعلاجات في المستقبل بسبب زيادة حدوث فشل القلب الإقفاري المزمن ومحدودية الوصول إلى قلوب المانحة. مثال على العلاج لاستعادة وظيفة القلب يتكون من التسليم المحلي من الأدوية وbioactives من هيدروجيل. في هذه الورقة هو عرض طريقة لصياغة وحقن هيدروجيل محملة بالمخدرات غير جراحية والجانب محددة في قلب خنزير باستخدام طويلة، قسطرة مرنة. استخدام 3-D رسم الخرائط الكهربائية والحقن عن طريق القسطرة يسمح العلاج الجانبية معين من عضلة القلب. لتوفير هيدروجيل متوافق مع هذه القسطرة، يتم استخدام هيدروجيل supramolecular بسبب التحول مريحة من هلام إلى حالة حل باستخدام مشغلات البيئية. بولي في درجة الحموضة الأساسية تعديل هذا ureido-بريميدونون (جلايكول الإثيلين) بمثابة السائل النيوتونية التي يمكن حقنها بسهولة، ولكن في درجة الحموضة الفسيولوجية الحل التبديل بسرعة إلىمادة هلامية. هذه الشروط التحول خفيفة تسمح لإدراج المخدرات النشطة بيولوجيا والأنواع النشطة بيولوجيا، مثل عوامل النمو وexosomes ونحن نعرض هنا في سواء في التجارب المختبرية والتجارب المجراة. في المختبر التجارب تعطي مؤشرا على امامية من الاستقرار جل والافراج عن المخدرات، والذي يسمح لضبط من هلام والافراج عن الخصائص قبل الطلب اللاحق في الجسم الحي. يسمح هذا المزيج لضبط الأمثل من الجل على المركبات النشطة بيولوجيا المستخدمة و الأنواع، ونظام الحقن.
على الرغم من أن علاج احتشاء عضلة القلب الحاد قد تحسنت بشكل ملحوظ معدلات البقاء على قيد الحياة، وعدم نقص تروية القلب المزمن هو مشكلة صحية عامة رئيسية يتقدم مع تقدم السكان في السن. هناك ما يقرب من 6 ملايين مرضى فشل القلب في الولايات المتحدة بزيادة قدرها 25٪ في انتشار في عام 2030 1،2. فقدان الأولية من الأنسجة عضلة القلب يؤدي إلى إعادة القلب، وفي النهاية تسبب فشل القلب المزمن. باستثناء زرع القلب، وليس هناك علاج حقيقي لهذه الفئة من المرضى. العيب متزايد من قلوب المانحة يؤكد الحاجة لتطوير علاجات جديدة متاحة لعكس هذه العملية من التجديد. وبالتالي، هدفا لعلاجات في المستقبل هو تجديد فقدت عضلة القلب.
الهلاميات المائية هي مواد مثيرة للاهتمام في مجال الطب التجديدي بسبب توافق مع الحياة الخاصة بهم، وحساسيتها للمحفزات الخارجية 3. الهلاميات المائية عن طريق الحقن تقدم الإعلانيةالأفضال على الهلاميات المائية غير القابلة للحقن في استخدامها في الحد الأدنى من جراحة 4. ويمكن تطبيق هذه الهلاميات المائية عن طريق الحقن من خلال حقنة بسبب switchability في غضون الظروف الفسيولوجية 5، ومن حيث المبدأ يسمح للحقن القائم على القسطرة النهج 6. وقد استخدمت استراتيجيات مختلفة للمواد القابلة للحقن، بدءا من يشابك الكيميائي بعد الحقن ليشابك الجسدي من قبل سواء في درجة الحرارة، ودرجة الحموضة والقص رقيق السلوك 4،7،8. على الرغم من أن العديد من النظم أظهرت السهل injectability عن طريق حقنة 9،10، لم يظهر كامل القسطرة التوافق في كثير من الأحيان 6.
تتشكل الهلاميات المائية المحضرة من البوليمرات supramolecular بواسطة التفاعلات غير التساهمية التي يمكن أن تنتقل بسهولة من هلام إلى حالة الحل، والعكس بالعكس باستخدام مشغلات البيئي 11. وعلاوة على ذلك، وانخفاض السلائف الوزن الجزيئي تسمح لسهولة بروسسبيليتي 12،13 </sup>. في ظروف معتدلة المطلوبة للتبديل تسمح بإضافة مختلف المكونات البيولوجية النشطة مثل كثير من الأحيان صعوبة في التعامل مع عوامل النمو.
شبكات عابرة Supramolecular في المياه على أساس بولي (جلايكول الإثيلين) (PEG)، تعديل نهاية مع ureido-بريميدونون (UPy) الأنصاف 14 أظهرت فوائد التفاعلات غير التساهمية في تركيبة مع التطبيقات الطبية الحيوية، وقد تستخدم نظام توصيل الدواء في قلب 6 وتحت كبسولة الكلى 15. تتشكل هذه الشبكات التي كتبها dimerization من UPy مجموعات محمية من البيئة المائية من خلال الفواصل ألكيل تشكيل جيب مسعور. الرابطة اليوريا الهيدروجين يسهل التراص لاحق من هذه dimers إلى ألياف النانو. نظرا للتفاعل عكوس من ديمر UPy-UPy، وموجبات مثل الرقم الهيدروجيني ودرجة الحرارة يمكن استخدامها للتبديل من حلول لالهلام. استخدام عزر الاصطناعية يسمح للتصميم جزيء وهلام الخصائص التي كتبها لامتحانالتنوير القائل طول ضبط للPEG-السلاسل والفواصل ألكيل 14،16.
وعلاوة على ذلك، يمكن دمج العديد من المكونات النشطة بيولوجيا ببساطة عن طريق خلط الحل hydrogelator supramolecular قبل الحقن، مع المخدرات أو الأنواع النشطة بيولوجيا، مثل عوامل النمو أو exosomes، على التوالي. Exosomes هي الحويصلات الغشاء الصغيرة التي تحتوي على مشتقات عصاري خلوي. ويفرز من قبل العديد من الخلايا وتشارك في الاتصالات بين الخلايا. واقترح Exosomes المستمدة من الخلايا الاصلية cardiomyocyte للعب دور في حماية القلب 17.
هنا، نحن تصف بروتوكول صياغة، وحقن عضلة القلب فيفو مثل هيدروجيل supramolecular النشطة بيولوجيا. موصوفة في التجارب المختبرية التي تعطي على امامية مؤشرا على الاستقرار جل والافراج عن المخدرات، والذي يسمح لضبط من هلام والافراج عن الخصائص قبل التطبيق في الجسم الحي.
ويتمثل التحدي الرئيسي هو الحصول على الحل الذي هو عن طريق الحقن من خلال القسطرة طويلة مع الحفاظ على حل متوافق مع المركبات النشطة بيولوجيا. على الرغم من ضرورة زيادة درجة الحموضة إلى زيادة injectability، والمركبات النشطة بيولوجيا مثل عوامل النمو هي جزيئات الهشة التي يجب التعامل معها بعناية. نحن نراقب الرقم الهيدروجيني للمحلول عن كثب باستخدام متر الرقم الهيدروجيني بعد إضافة hydrogelator للتأكد من ذلك هو الرقم الهيدروجيني 9.0 قبل إضافة أي مكونات النشطة بيولوجيا. في البداية، كانت عدة جولات من ضبط درجة الحموضة بدءا من PBS اللازمة لوضع حد لدرجة الحموضة المناسبة. وعلاوة على ذلك، لأننا نستخدم حلول لزجة نسبيا وقسطرة رقيقة طويلة، انخفاض ضغط كبير موجود (في حدود 0.5 ميجا باسكال، وهذا يتوقف على سرعة الحقن). ولذلك، يجب توخي الحذر خاصة في اختيار اتصالات الحق بين حقنة والقسطرة. A حقن الدعم ضخ حقنة للرقابة، كما تطبق هذه القوات باليد يمثل تحديا. لفي vitrتجارب س، وgelated الحل من خلال تحييد الحل مع حمض الهيدروكلوريك، أثناء وجوده في الجسم الحي ويتم ذلك عن طريق الرقم الهيدروجيني الطبيعية من الأنسجة. وبالتالي، فمن المهم أن إضافة كمية مناسبة من حمض الهيدروكلوريك لمنع التجاوز في الرقم الهيدروجيني. نشر هذا الحمض هو على الارجح عاملا يحد من دبق من هيدروجيل في التجارب في المختبر. ومع ذلك، في الجسم الحي السائل سيكون له مساحة اتصال عالية مع تحييد الأنسجة، الأمر الذي سيؤدي على الأرجح في أسرع وأكثر توازنا دبق مقارنة قطرة قطرة إضافة حمض المركزة. وعلاوة على ذلك، فإن التحول هلام هو أسرع بكثير مع هذا الإجراء خفيفة بالمقارنة مع الأساليب المستخدمة سابقا (0.5 ساعة مقابل 2 ساعة) 25. باستخدام درجة الحموضة الطبيعية في الجسم لتحويل من خصائص المواد غير جذابة جدا منذ التحول هو سريع، عكسها، لا يمكن أن يحدث داخل القسطرة وغير الحية التلقائي بالكامل. هذه الخصائص تعطي المزايا على سبيل المثال SWIT الحراريchable المواد الهلامية 26، حيث خطر دبق في القسطرة بسبب التغيرات في درجات الحرارة هو الحاضر، والمواد الهلامية التي تتطلب الصورة التي يسببها البلمرة، والذي يشكل تحديا بسبب انتشار محدود الضوء وتشكيل جذري 27، أو المواد الهلامية التي تتطلب شارك حقن من البادئ البلمرة أو accellerator 28.
إطلاق ناجح للدواء من هيدروجيل يعتمد إلى حد كبير على حجم المخدرات. كما هو مبين، والإفراج عن المخدرات جزيء صغير على الفور في حين الإفراج التدريجي من البروتين نموذج أكثر من 1 أسبوع يبين الوعد هذه الهلاميات المائية كما نظم توفير عوامل النمو. بشكل عام، الهلاميات المائية هي واعدة أكثر كأداة لتسليم الأجسام الكبيرة مثل البروتينات، exosomes والخلايا 29،30.
يوفر الكهروميكانيكية رسم الخرائط والحقن الداخلي 3-D نهج تسليم القائم على القسطرة التحقق من صحة سريريا لمختلف العلاجات التجدد عضلة القلب، مثل الهلاميات المائية. وآديقيمة د من هذه التكنولوجيا بالمقارنة مع غيرها من التقنيات تسليم غير الجراحية هي تخطيط العلاج، مما يجعل من الممكن للتمييز العادي، محتشية والسبات عضلة القلب وتوجيه العلاجات في مجال الاهتمام. عيوب هذا القلق نهج المهارات الفنية المطلوبة وتستغرق وقتا طويلا ومكلفا الإجراء 20. في نموذج الخنازير قدمت من احتشاء عضلة القلب ورسم الخرائط الكهربائية وتبع عن طريق الحقن داخل عضلة القلب الموجهة مع النشطة بيولوجيا supramolecular UPy-هيدروجيل. وإلى أن يتم اختبار تركيبات أخرى مع علاجات التجدد في المختبر والمجراة لكسب المزيد من النجاح في هذا المجال الناشئ. وعلاوة على ذلك، والتحسين من الإجراءات injectability والتعقيم والتي يتعين القيام بها لترجمة بنجاح هذه الطريقة لإعداد سريرية.
The authors have nothing to disclose.
وقد تم تمويل هذا العمل من قبل وزارة التربية والتعليم والثقافة والعلوم (برنامج الجاذبية 024.001.035)، ومنظمة هولندا للبحوث العلمية (NWO)، والمجلس الأوروبي للبحوث (FP7 / 2007-2013) اتفاق ERC جرانت 308045 وأجريت داخل الإطار LSH TKI. هذه نماذج الأبحاث جزءا من مشروع P1.03 PENT من برنامج البحوث في المعهد المواد الطبية الحيوية، بتمويل مشترك من قبل وزارة الشؤون الاقتصادية الهولندية. وقد أيد هذا المشروع من قبل ICIN – معهد هولندا القلب ( www.icin.nl ) و "Wijnand M. بوم ستيختينغ". فإن الكتاب أود أن أشكر هينك يانسن ويوريس بيترز لتركيب وUPy-hydrogelator والفنون رمكو لتوفير mRuby2. نشكر بيرت ماير، طوني بوسمان، روكسان Kieltyka، ستيجن كرامر، جوست Sluijter، إيمو Hoefer، وFrebus فان Slochteren للعديد من المناقشات المفيدة وMarlijn يانسن، جويس فيسر، غريس كروفت ومارتن فان Nieuwburg عن الشركة المصرية للاتصالاتالمساعدة chnical.
Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
1M HCl | |||
1M NaOH | |||
Polystyrene 24-wells plate | Falcon | 353047 | |
Amiodarone | Cordaron I.V. (Sanofini) | ||
Anton Paar Physica MCR501 | Anton Paar GmbH | Equipped with a parallel-plate geometry (25 mm) | |
Atropine | PCH | ||
Balloon ventilator | |||
Cary 50 Scan UV-Visible Spectrophotometer | Varian | ||
Cary Eclipse Fluorescence Spectrophotometer | Varian | ||
Defibrillation patches | |||
DMSO | Biosolve | 44705 | |
Endotracheal tube | Covidien | ||
Heparin | |||
Ketamine | Narketan 10 Vétoquinol | ||
Mapping catheter 115cm | Biosense Webster | ||
Midazolam | Actavis | ||
MilliQ | MD Milipore MilliQ Integral Water Purification System | ||
mRuby2 | |||
NaCl 0.9% 500cc | Braun | ||
NOGA guided Myostar injection catheter | Biosense Webster | ||
NOGA-RefStar EFO-patch | Biosense Webster | ||
Pancuronium bromide | |||
Parafilm | VWR | IKAA3801100 | |
PBS | Sigma Aldrich | P4417 | |
PET millicel | Millipore | PIEP12R48 | |
Pirfenidone | Sigma Aldrich | P2116 | Used from 100mM stock in DMSO |
Sodiumthiopental | Inresa | ||
Sufentanil | Sufentanil-Hameln | ||
Tegaderm | |||
UPy-PEG10k | |||
UV-Lamp | |||
Vet ointment | |||
Visipaque contrastfluid 100cc |