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Bioengineering

सुअर दिल में स्थानीय कैथेटर इंजेक्शन के लिए एक इंजेक्शन और दवा भरी हुई Supramolecular Hydrogel

Published: June 7, 2015 doi: 10.3791/52450
Automatic Translation
*1, *1, 2, 1, 2, 2, 2, 1
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

Summary

Ureido-pyrimidinones पर आधारित Supramolecular hydrogelators स्थूल जेल गुण और पीएच का उपयोग कर प-जेल स्विचिंग व्यवहार पर पूर्ण नियंत्रण अनुमति देते हैं। यहाँ, हम सुअर दिल में संबंधित क्षेत्रों में सीधे स्थानीय वितरण के लिए एक कैथेटर वितरण प्रणाली के माध्यम से इस तरह के एक supramolecular hydrogelator तैयार करने और इंजेक्शन लगाने के लिए एक प्रोटोकॉल उपस्थित थे।

Abstract

खो मायोकार्डियम के पुनर्जनन क्योंकि पुरानी इस्कीमिक हृदय की विफलता की बढ़ती घटना और दाता दिलों तक ही सीमित पहुँच के भविष्य के उपचार के लिए एक महत्वपूर्ण लक्ष्य है। दिल के समारोह में ठीक करने के लिए एक इलाज का एक उदाहरण एक हाइड्रोजेल से दवाओं और bioactives के स्थानीय वितरण के होते हैं। इस पत्र में एक विधि तैयार करने और गैर invasively और पक्ष-विशिष्ट एक लंबे, लचीला कैथेटर का उपयोग कर सुअर दिल में एक दवा भरी हुई हाइड्रोजेल इंजेक्षन करने के लिए शुरू की है। एक कैथेटर के माध्यम से 3-डी विद्युत मानचित्रण और इंजेक्शन के उपयोग के मायोकार्डियम के पक्ष विशेष उपचार की अनुमति देता है। इस कैथेटर के साथ संगत एक हाइड्रोजेल प्रदान करने के लिए, एक supramolecular हाइड्रोजेल क्योंकि पर्यावरण चलाता का उपयोग कर एक समाधान राज्य के लिए एक जेल से सुविधाजनक स्विचिंग का प्रयोग किया जाता है। बुनियादी पीएच कम इस ureido-pyrimidinone संशोधित पाली (इथाइलीन ग्लाइकॉल) आसानी से इंजेक्ट किया जा सकता है, जो एक न्यूटोनियन तरल पदार्थ के रूप में कार्य करता है, लेकिन शारीरिक पीएच पर समाधान तेजी में स्विचएक जेल। हम इन विट्रो में और vivo प्रयोगों में दोनों में यहाँ उपहार के रूप में ये हल्के स्विचिंग शर्तों ऐसे वृद्धि कारक है और exosomes के रूप में बायोएक्टिव दवाओं और bioactive प्रजातियों के शामिल करने के लिए अनुमति देते हैं। इन विट्रो प्रयोगों जेल की ट्यूनिंग के लिए अनुमति देता है और इन विवो में बाद में आवेदन करने से पहले गुण जो रिलीज जेल स्थिरता और मादक पदार्थों की रिहाई के फोरहैंड संकेत है, पर एक देते हैं। इस संयोजन का इस्तेमाल किया है bioactive यौगिकों के लिए जेल का इष्टतम ट्यूनिंग के लिए अनुमति देता है और प्रजातियां, और इंजेक्शन प्रणाली।

Introduction

तीव्र रोधगलन के उपचार में काफी जीवित रहने की दरों में सुधार हुआ है हालांकि, पुरानी इस्कीमिक हृदय की विफलता एक उम्र बढ़ने की आबादी के साथ प्रगति कि एक प्रमुख सार्वजनिक स्वास्थ्य समस्या है। 2030 1,2 में प्रसार में एक अनुमान के अनुसार 25% वृद्धि के साथ अमेरिका में लगभग 6 लाख दिल विफलता रोगियों कर रहे हैं। दौरे ऊतक के आरंभिक हानि हृदय remodeling की ओर जाता है और अंत में पुरानी दिल की विफलता का कारण बनता है। हृदय प्रत्यारोपण के लिए छोड़कर, रोगियों के इस समूह के लिए कोई वास्तविक इलाज है। दाता दिलों की बढ़ती कमी remodeling के लिए इस प्रक्रिया को उल्टा करने के लिए नए उपचारों उपलब्ध विकसित करने की आवश्यकता पर जोर दिया। इसलिए, भविष्य उपचार के लिए एक लक्ष्य खो मायोकार्डियम के उत्थान है।

Hydrogels क्योंकि उनके biocompatibility के पुनर्योजी चिकित्सा के क्षेत्र में दिलचस्प सामग्री रहे हैं, और बाहरी चलाता 3 करने के लिए अपनी संवेदनशीलता। इंजेक्शन हाइड्रोजेल विज्ञापन की पेशकशन्यूनतम इनवेसिव सर्जरी 4 में उनके उपयोग में गैर इंजेक्शन हाइड्रोजेल से अधिक vantages। ये इंजेक्शन हाइड्रोजेल क्योंकि शारीरिक स्थितियों 5 के भीतर अपने switchability के एक सिरिंज के माध्यम से आवेदन किया है, और सिद्धांत में 6 दृष्टिकोण कैथेटर आधारित इंजेक्शन के लिए अनुमति देने जा सकता है। विभिन्न रणनीतियों या तो तापमान, पीएच और कतरनी-thinning के व्यवहार 4,7,8 द्वारा शारीरिक crosslinking के लिए इंजेक्शन के बाद रासायनिक crosslinking से लेकर इंजेक्शन सामग्री के लिए इस्तेमाल किया गया है। कई प्रणालियों एक सिरिंज 9,10 के माध्यम से आसान injectability दिखाया गया है, पूर्ण कैथेटर-अनुकूलता अक्सर 6 नहीं दिखाया गया है।

Supramolecular पॉलिमर से तैयार Hydrogels पर्यावरण चलाता है 11 का उपयोग न सहसंयोजक एक समाधान राज्य के लिए एक जेल से आसानी से बंद किया जा सकता है, जो बातचीत है, और ठीक इसके विपरीत से बनते हैं। इसके अलावा, कम आणविक भार व्यापारियों आसान processability 12,13 के लिए अनुमति

पाली (इथाइलीन ग्लाइकॉल) (खूंटी) के आधार पर पानी में Supramolecular क्षणिक नेटवर्क, ureido-pyrimidinone (UPy) के साथ अंत संशोधित 14 moieties जैव चिकित्सा अनुप्रयोगों के साथ संयोजन में न सहसंयोजक बातचीत का लाभ दिखाया है और दवा वितरण प्रणाली के रूप में इस्तेमाल किया गया है दिल 6 में और गुर्दे कैप्सूल 15 के तहत। ये नेटवर्क एक हाइड्रोफोबिक जेब के गठन अल्काइल spacers के द्वारा जलीय पर्यावरण से परिरक्षित UPy-समूहों की dimerization से बनते हैं। यूरिया हाइड्रोजन संबंध nanofibers में इन dimers के बाद स्टैकिंग की सुविधा। पीएच और तापमान जैल के समाधान से स्विच करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है के रूप में होने के कारण UPy-UPy डिमर की प्रतिवर्ती बातचीत करने के लिए, इस तरह से चलाता है। एक सिंथेटिक आकृति का उपयोग परीक्षा के लिए द्वारा अणु और जेल संपत्तियों की डिजाइन के लिए अनुमति देता हैखूंटी चेन और अल्काइल स्पेसर्स 14,16 की मिसाल ट्यूनिंग लंबाई।

इसके अलावा, कई bioactive घटकों बस ऐसे क्रमश: वृद्धि कारकों या exosomes, के रूप में दवाओं या बायोएक्टिव प्रजातियों के साथ, इंजेक्शन से पहले supramolecular hydrogelator समाधान के मिश्रण से शामिल किया जा सकता है। Exosomes साइटोसोलिक डेरिवेटिव होते हैं कि छोटे झिल्ली पुटिकाओं हैं। वे कई कोशिकाओं द्वारा स्रावित होते हैं और कहनेवाला संचार में शामिल हैं। Cardiomyocyte पूर्वज कोशिकाओं से व्युत्पन्न Exosomes हृदय संरक्षण 17 में एक भूमिका निभाने के लिए सुझाव दिया है।

यहाँ, हम तैयार करने के प्रोटोकॉल का वर्णन है, और इस तरह के एक bioactive supramolecular हाइड्रोजेल की विवो दौरे इंजेक्शन में। इन विट्रो प्रयोगों जो जेल की ट्यूनिंग के लिए अनुमति देता है जो जेल में स्थिरता और दवा रिहाई की फोरहैंड एक संकेत है, पर दे सकते हैं और इससे पहले कि गुण जारी वर्णित हैं vivo में आवेदन।

Protocol

नोट: सभी vivo प्रयोगों प्रयोगशाला पशु संसाधन संस्थान द्वारा की देखभाल और प्रयोगशाला के जानवरों के इस्तेमाल के लिए गाइड के अनुसार आयोजित किया गया। प्रयोगों Utrecht विश्वविद्यालय के मेडिसिन संकाय के पशु प्रयोगों समिति, नीदरलैंड्स द्वारा अनुमोदित किया गया।

Hydrogel के 1. निरूपण

  1. , 10% wt जेल के 1 मिलीलीटर की तैयारी एक चुंबकीय उत्तेजक का उपयोग कर 1 घंटे के लिए 70 डिग्री सेल्सियस पर सरगर्मी से 900 μl पीबीएस पीएच 11.7 में एक शीशी में UPy-hydrogelator के 100 मिलीग्राम भंग करने के लिए। बाद में कमरे के तापमान को चिपचिपा समाधान शांत हो जाओ। समाधान अब लगभग 9.0 के पीएच होनी चाहिए। यह समाधान कई दिनों के लिए भंडारित किया जा सकता है।
  2. 10 मिनट के एक समान वितरण तक पहुँचने के लिए चिपचिपा समाधान में तटस्थ पीबीएस में भंग कर दिया और हलचल है कि दवा या बायोमोलिक्यूल की उचित राशि पिपेट। समाधान भी चिपचिपा हो जाता है, कुछ ही देर में गर्म पानी के साथ यह गर्म है।
  3. बाँझ एक यूवी दीपक के तहत 1 घंटे के लिए समाधान रखें।

Hydrogel के 2. विश्लेषण

  1. समाधान की rheological आकलन
    1. जेल लोड करने से पहले, rheometer में 25 मिमी प्लेट प्लेट ज्यामिति माउंट 20 डिग्री सेल्सियस तापमान सेट और माप के दौरान जेल के वाष्पीकरण को रोकने के लिए पानी के साथ थाली लोड।
    2. पिपेट 300 20 डिग्री सेल्सियस पर बनाए रखा एक rheometer पर एक 25 मिमी प्लेट प्लेट ज्यामिति पर समाधान के μl और कम प्लेटें एक 0.5 मिमी अंतराल दूरी प्राप्त करने के लिए।
    3. एक दशक में 10 प्रतिशत अंकों के साथ 0.1 से 500 फिलीस्तीनी अथॉरिटी को कतरनी तनाव के समारोह के रूप में रिकॉर्ड कतरनी चिपचिपापन।
  2. जेल के रियोलॉजिकल आकलन
    1. पिपेट प्लेट और पिपेट समाधान पर विभिन्न स्थानों पर 1 एम एचसीएल की 4.2 μl की कुल पर समाधान के 300 μl जेल गठन को प्रेरित करने के लिए।
    2. 0.5 मिमी के अंतराल दूरी के प्लेटों लोअर और लगभग 30 मिनट के लिए जेल इलाज करते हैं। इस इलाज की प्रक्रिया के दौरान, कम आवृत्ति और तनाव में भंडारण और नुकसान moduli को मापने के लिए उदाहरण के लिए क्रमश: 1 रेड / सेकंड और 0.5%।
    3. जेल आवृत्ति (.1-100 रेड / सेक) के समारोह के रूप में और बाद में तनाव (0.1-1,000%) के समारोह के रूप में (के बाद लगभग 30 मिनट), रिकॉर्ड भंडारण और नुकसान moduli ठीक हो गया है।

3. कटाव और रिलीज के प्रयोगों

  1. छेद के आकार 8.0 माइक्रोन के साथ 24 कुओं की थाली के लिए सेल संस्कृति डालने फांसी एक पाली (ethylene terephthalate) में दवा या बायोमोलिक्यूल युक्त चिपचिपा समाधान के 100 μl स्थानांतरण। तरल चरण में, parafilm (2A चित्रा) के साथ आवेषण के नीचे कवर, जबकि बहुलक समाधान के रिसाव को रोकने के लिए।
  2. तुरंत बाद पिपेट चिपचिपा समाधान के शीर्ष पर 1 एम एचसीएल की 1.4 μl लगभग 7.0-7.2 पीएच को कम करने और लगभग 30 मिनट के लिए डालने के अंदर जेल इलाज करते हैं।
  3. Fro के Parafilm निकालेंसम्मिलित करता हूँ, एक 24 अच्छी तरह से थाली में डालने जगह है और अच्छी तरह से 800 μl पीबीएस 7.4 पीएच भरें। धीमी गति से कमाल या मिलाते हुए आंदोलन के साथ 37 डिग्री सेल्सियस पर थाली सेते हैं। विलायक के वाष्पीकरण को रोकने के लिए, पीबीएस के साथ खाली कुओं शेष भरने और parafilm (चित्रा 2 बी) के साथ 24 अच्छी तरह से थाली सील।
  4. समय-समय पर पीबीएस ताज़ा और जारी की UPy कटाव उत्पाद या दवा / बायोमोलिक्यूल के लिए हटाया पीबीएस का विश्लेषण।
    1. क्रमशः 265 एनएम या 320 एनएम पर यूवी absorbance को मापने के द्वारा UPy कटाव उत्पादों या pirfenidone यों। 559 एनएम पर उत्तेजना के बाद 587 एनएम पर फ्लोरोसेंट प्रोटीन mRuby2 उपाय प्रतिदीप्ति उत्सर्जन के लिए।
    2. पूर्व निर्धारित अंशांकन घटता के माध्यम से सांद्रता मापा अवशोषण / उत्सर्जन मूल्यों का अनुवाद करें।
      1. बफर में विश्लेष्य के ज्ञात सांद्रता की एक श्रृंखला भंग अंशांकन घटता तैयार है और यूवी absorbance या इन नमूनों की फ्लोरोसेंट उत्सर्जन को मापने। Det करने के लिए एक रेखीय समारोह का उपयोग कर डेटा अमान्य तरीके से संशोधनअज्ञात नमूनों की एकाग्रता एमिन। गैर फ्लोरोसेंट प्रोटीन के लिए एलिसा का पता लगाने 6 का उपयोग करें।

एक कैथेटर के माध्यम से 4. स्थानीय इंजेक्शन

  1. रोधगलन की प्रेरण
    1. उपवास के 12 घंटे के बाद, पानी को छोड़कर, midazolam 0.4 मिलीग्राम / किग्रा, Ketamine 10 मिलीग्राम / किलो और atropine 0.014 मिलीग्राम / किग्रा intramuscularly इंजेक्शन लगाने के द्वारा अपनी स्थिर में सुअर शांत।
    2. सोडियम thiopental 5 मिलीग्राम प्रबंधन / किलो नसों संज्ञाहरण प्रेरित और एक अंतःश्वासनलीय ट्यूब के साथ सुअर intubate करने के लिए। ऑपरेशन थियेटर के लिए पशु परिवहन करते हुए अगर जरूरत 12 / मिनट की दर से गुब्बारा वेंटिलेशन प्रदर्शन करते हैं।
    3. आपरेशन थिएटर में आगमन पर तुरंत FIO 2 0.50, 10 मिलीग्राम / किलो ज्वार की मात्रा है, और निरंतर Capnography के तहत 12 / मिनट की एक आवृत्ति के साथ यांत्रिक सकारात्मक दबाव वेंटिलेशन शुरू करते हैं। सूखापन को रोकने के लिए आंखों पर पशु चिकित्सक मरहम का प्रयोग करें।
    4. निरंतर intraven से संतुलित संज्ञाहरण प्रारंभmidazolam 0.5 मिलीग्राम / किग्रा / घंटा के ous आसव, sufentanil 2.5 माइक्रोग्राम / किलो / घंटा और pancuronium ब्रोमाइड 0.1 मिलीग्राम / किग्रा / घंटा। उचित संज्ञाहरण लगातार ईसीजी, रक्त धमनियों दबाव, तापमान और Capnography की निगरानी सुनिश्चित करने के लिए।
    5. नसों के 4.3 मिलीग्राम / किग्रा अमिओदरोने दिखे और शिरापरक sheeth 18 का उपयोग कर सही वेंट्रिकल में intracardiac defibrillation कैथेटर जगह है।
    6. पहले से वर्णित प्रोटोकॉल 18 के अनुसार, 90 मिनट के लिए, intracoronary गुब्बारा रोड़ा द्वारा दूसरे विकर्ण शाखा करने के लिए छोड़ दिया पूर्वकाल अवरोही धमनी (लाड) बाहर रोक देना।
  2. विद्युत मानचित्रण
    1. रोधगलन के बाद चार सप्ताह में, मानचित्रण प्रक्रिया की योजना है। बाएं वेंट्रिकल की 3 डी विद्युत मानचित्रण (ईएमएम) के लिए Cathlab में प्रणाली (चित्रा 4) तैयार करें। इस प्रणाली के साथ, व्यवहार्य सुप्तावस्था और infarcted मायोकार्डियम fluoroscopic मार्गदर्शन के बिना पहचाना जा सकता है। अधिग्रहण एक एसई इस तरह के एक EM-नक्शा निर्माण करने के लिएएक ultralow चुंबकीय क्षेत्र ऊर्जा स्रोत और एक सेंसर इत्तला दे दी कैथेटर 19,20 का उपयोग करके एल.वी. endocardial सतह पर कई स्थानों पर अंक की यादें।
    2. सुअर चतनाशून्य, प्रोटोकॉल के बाद 4.1.1-4.1.4 कदम।
    3. सुअर की पीठ पर बाहरी संदर्भ पैच रखें।
    4. प्रोटोकॉल 18 के अनुसार संवहनी एक्सेस (और्विक धमनी) सुरक्षित।
    5. 25 डिग्री सही पूर्वकाल परोक्ष (राव) और 40 डिग्री बाईं पूर्वकाल परोक्ष (ला) ध्यान में रखते हुए एक बीप्लैन बाएं निलय एंजियोग्राम प्राप्त करने के बाद हेपरिन की 75 यू / किलो दे, निलय आकार छोड़ दिया अनुमान लगाने के लिए।
    6. बाएं वेंट्रिकल (एल.वी.) में उतरते महाधमनी, महाधमनी चाप के लिए और महाधमनी वाल्व भर fluoroscopic मार्गदर्शन में एक 8 फ्रेंच-मानचित्रण (डी या एफ वक्र) कैथेटर अग्रिम।
    7. Ventri की सीमाओं को परिभाषित, एक 3 डी सिल्हूट के लिए फार्म बहिर्वाह पथ, पार्श्व और पीछे अंक के द्वारा पीछा पहली डेटा प्राप्त करने के लिए एल.वी. के शीर्ष करने के लिए, कैथेटर की नोक मालूमCLE।
    8. सभी endocardial खंडों endocardium से अधिक मानचित्रण कैथेटर खींचने और क्रमिक रूप से endocardium 21,22 के साथ संपर्क में है, जबकि टिप के स्थान प्राप्त करके जांचा गया है जब तक बाद में अंक प्राप्त करते हैं।
    9. बिजली की गतिविधि (पास) सामान्य और यांत्रिक आंदोलन बिगड़ा, तथाकथित सुप्तावस्था मायोकार्डियम (चित्रा 6) है, जहां वह यह है कि लक्षित क्षेत्र को परिभाषित करें।
  3. Intramyocardial इंजेक्शन
    1. एक 27 गेज सुई और एक 8 फ्रेंच कैथेटर के अंदर एक कोर लुमेन (चित्रा 5 ए और बी) से बना है जो intramyocardial इंजेक्शन कैथेटर द्वारा मानचित्रण कैथेटर बदलें। विशिष्ट मात्रा में वितरित करने के लिए, हाइड्रोजेल समाधान के लगभग 2 मिलीलीटर के साथ एक मात्रा वर्गीकृत सिरिंज लोड और एक सिरिंज पंप में जगह।
    2. 0 डिग्री और 90 डिग्री फ्लेक्स पर सुई विस्तार को समायोजित करें और सुई मृत अंतरिक्ष को भरने के लिए हाइड्रोजेल समाधान के 0.1 मिलीलीटर जगह है। फिर, जगहमहाधमनी वाल्व के पार और लक्ष्य क्षेत्र में इंजेक्शन कैथेटर टिप।
    3. 4.2.9 में निर्धारित लक्ष्य क्षेत्र के अंदर एक इंजेक्शन की स्थिति के लिए निम्नलिखित मानदंडों को पूरा: एल.वी. दीवार को कैथेटर (1) सीधा स्थिति; (2) उत्कृष्ट पाश स्थिरता (<4 मिमी) ईएमएम-प्रणाली द्वारा गणना के रूप में; और (3) अंतर्निहित वोल्टेज> 6.9 एम वी 21।
      1. मायोकार्डियम में सुई अग्रिम, (4) एल वी के समय से पहले निलय संकुचन द्वारा की पुष्टि की है, और लगभग 0.4-0.5 मिलीग्राम / सिरिंज पंप का उपयोग मिनट की एक स्थिर दर पर एक सांस में हाइड्रोजेल की 0.1-0.3 मिलीलीटर इंजेक्षन। संभव के रूप में फैलाना के रूप में 6-10 विभिन्न पदों पर इस दोहराएँ। ऊतक के प्राकृतिक पीएच हाइड्रोजेल बनाई है जिस पर इंजेक्शन के बाद समाधान, बेअसर करेंगे।
  4. त्याग
    1. बाद प्रक्रिया, नम्रता exsanguination द्वारा पशु बलि। अवर caval नस कट और एक चूषण डिवाइस के साथ खून को हटा दें। निलय फाई प्रेरितसुप्रीम पर एक 9 वी बैटरी रखकर brillation।

Representative Results

समाधान और जेल दोनों पर oscillatory रियोलॉजिकल माप से प्राप्त ठेठ परिणाम चित्र 1 में दिखाया जाता है। एक लंबे कैथेटर के माध्यम से इंजेक्शन के लिए, कम चिपचिपापन के साथ एक न्यूटोनियन तरल पदार्थ वांछनीय है। चिपचिपापन पीएच 8.5 पर समाधान कतरनी thinning है कि दिखा लेकिन 0.54 और 0.36 पा के निरंतर चिपचिपापन · सेकंड इसका सबूत के रूप में पीएच 9.0 और 9.5 पर समाधान के रूप में न्यूटन के तरल पदार्थ से व्यवहार करते हैं, कतरनी दर के समारोह के रूप में मापा गया था, क्रमशः (चित्रा 1 ए) । नमूने को निष्क्रिय करने के बाद, नमूने <1 (चित्रा 1 बी) 'नुकसान मापांक जी "और इसलिए एक tanδ जी =" / जी से भी बड़ा है जो' एक भंडारण मापांक जी द्वारा मनाया एक ठोस तरह प्रतिक्रिया दिखाते हैं। जेल में 30 मिनट के भीतर अपने अंतिम शक्ति प्राप्त करता है। Oscillatory रियोलॉजिकल माप कोणीय freq के लगभग स्वतंत्र 'जी के साथ एक ठेठ ठोस तरह प्रतिक्रिया दिखानेमापा सभी आवृत्तियों के लिए uency और जी '> जी "(चित्रा 1C)।

दवा वितरण प्रणाली के रूप में उपयोग के लिए आवश्यक समय के साथ हाइड्रोजेल के कटाव है। supramolecular बातचीत स्वाभाविक गतिशील हैं और इन विट्रो में जेल की एक धीमी गति से कटाव के लिए अनुमति देते हैं। कटाव और जारी प्रयोगों झरझरा अच्छी तरह से सम्मिलित करता है (2A चित्रा और बी) का उपयोग कर 37 डिग्री सेल्सियस पर प्रदर्शन कर रहे हैं। हाइड्रोफोबिक और हाइड्रोफिलिक ब्लॉक 14 की लंबाई, प्राप्त किया जा सकता कई सप्ताह की अवधि (चित्रा 3 ए) से अधिक erodes कि एक जेल ट्यूनिंग। जेल संभवतः कारण हाइड्रोजेल की प्रारंभिक सूजन के लिए, पहले दिन में 10% की एक प्रारंभिक क्षरण के साथ 2 सप्ताह में 25% erodes। उदाहरण के रूप में, एक छोटा सा अणु दवा (pirfenidone), और एक मॉडल फ्लोरोसेंट प्रोटीन (mRuby2) की रिहाई की रिहाई के लिए दोनों का अध्ययन किया गया था। एक फ्लोरोसेंट प्रोटीन मॉडल एक आसान readout के लिए अनुमति देता है; हालांकि, इन विट्रो 6 के लिए एलिसा का उपयोग अन्य प्रोटीनों पर प्रदर्शन किया जा सकता है। इस तरह के प्रोटीन के रूप में बड़ा अणुओं धीरे-धीरे 1 सप्ताह (3B चित्रा) पर जारी किया जाता है, जबकि छोटे अणु दवा है, एक दिन के भीतर जारी की है। अर्द्ध अनुभवजन्य Korsmeyer-Peppas मॉडल के साथ 60% रिलीज करने के लिए mRuby2 की रिहाई के प्रोफ़ाइल के लिए उपयुक्त होने के कारण प्रसार (एन = 0.44) 23 को रिलीज इंगित करता है। (अनुकूलित) Korsmeyer-Peppas मॉडल में एक ऑफसेट के अभाव mRuby2 24 के लिए कोई फट रिहाई मौजूद है कि वहाँ से पता चलता है। क्योंकि pirfenidone के लिए एक रिलीज में कम से कम 60% के साथ डेटा बिंदुओं की सीमित मात्रा में है, कोई फिटिंग इस रिलीज के प्रोफाइल पर प्रदर्शन किया गया था।

कैथेटर नेविगेशन प्रणाली एक संचार इकाई कंसोल, एक कार्य केंद्र (चित्रा 4), एक बाहरी संदर्भ पैच के साथ एक त्रिकोणीय स्थान पैड (एक कम चुंबकीय क्षेत्र पैदा), और दो ​​कैथेटर, सेंसर इत्तला दे दी मानचित्रण और injectio के होते हैंएन कैथेटर (चित्रा 5)।

बाद के प्रसंस्करण के विश्लेषण अस्थिर अंक फ़िल्टर किए जाने के बाद एल.वी. के 3 डी endocardial पुनर्निर्माण प्रत्येक नए डेटा बिंदु के अधिग्रहण के साथ वास्तविक समय में अद्यतन किया जाता है और लगातार एक वर्गीकृत रंग पैमाने (चित्रा 6A) पर एकध्रुवीय और द्विध्रुवी वोल्टेज क्षमता के रूप में प्रदर्शित किया जाता है। स्थानीय रैखिक छोटा (LLS) समारोह के अंत में अक्षर को छोटा करना और अंत पाद लंबा नमूना साइट और आसन्न अंक के बीच की दूरी में औसत परिवर्तन प्राप्त करने के द्वारा क्षेत्रीय दीवार गति quantifies। मतलब वोल्टेज और LLS मूल्यों प्रत्येक खंड के लिए गणना की और ध्रुवीय मानचित्र। (चित्रा 6B) में प्रदर्शित कर रहे हैं। एक असामान्य या कम एकध्रुवीय क्षमता (≤6 एम वी) और बिगड़ा यांत्रिक गतिविधि (LLS ≤4%) की उपस्थिति infarcted क्षेत्रों में 22 की विशेषता है।

चित्र 1 चित्रा 1 :. समाधान और जैल के रियोलॉजिकल आकलन। अलग पीएच पर समाधान के लिए कतरनी दर के एक समारोह के रूप में (ए) चिपचिपापन। पीएच 8.5 कतरनी thinning के नमूने लिए मनाया जाता है लेकिन पीएच 9.0 पर नमूने और 9.5 निरंतर viscosities के लिए इन समाधान के न्यूटन का व्यवहार दिखा रहा है, प्राप्त कर रहे हैं। समय के एक समारोह के रूप में तन δ की साजिश रचने के द्वारा पीछा (बी) के इलाज जेल। 2 घंटे इलाज के बाद एक निष्प्रभावी नमूने के लिए (सी) आवृत्ति झाडू। त्रुटि सलाखों के एक ठेठ प्रयोगात्मक त्रुटि का संकेत, 3 स्वतंत्र माप के मानक विचलन दिखा।

चित्र 2
चित्रा 2:। क्षरण के लिए सेटअप और जारी प्रयोगों (ए) पाली (ethylene terephthalate) अच्छी तरह से Parafilm के साथ कवर डालने रिसाव Dur को रोकने के लिएतैयारी आईएनजी। विलायक के वाष्पीकरण को रोकने के लिए parafilm के साथ लिपटे (बी) आवेषण के साथ 24 कुओं की थाली,।

चित्र तीन
चित्रा 3:। समय के साथ हाइड्रोजेल का कटाव और रिलीज (ए) के क्षरण। कम से कम 2 सप्ताह के लिए जेल का धीरे-धीरे कटाव मनाया जाता है। एक छोटा सा अणु दवा और एक मॉडल प्रोटीन (बी) रिलीज़। छोटे अणु एक दिन के भीतर जारी की है, वहीं मॉडल प्रोटीन धीरे-धीरे एक महत्वपूर्ण फट रिहाई के बिना एक सप्ताह से अधिक जारी की है। लाइन रिहाई के प्रारंभिक चरण के लिए Korsmeyer-Peppas मॉडल के फिट दिखाता है।

चित्रा 4
चित्रा 4: कैथेटर नेविगेशन प्रणाली।

चित्रा 5
चित्रा 5: (ए) संलग्न सिरिंज के साथ intramyocardial इंजेक्शन कैथेटर। (बी) के इंजेक्शन की सुई का विस्तार।

चित्रा 6
चित्रा 6: एकध्रुवीय वोल्टेज और LLS नक्शा। (ए) एकध्रुवीय नक्शा, लाओ दृश्य (ऊपर) और बैल नेत्र (नीचे)। लाल रंग विद्युतीय गतिविधि posterolateral के नुकसान के साथ दौरे आधार (सामान्य) में कम एकध्रुवीय वोल्टेज मूल्यों को इंगित करता है। हरे और पीले रंग व्यवहार्यता की कमी हुई संकेत मिलता है whilst ब्लू, सामान्य मायोकार्डियम इंगित करता है। (बी) LLS नक्शा, लाओ दृश्य (ऊपर) और बैल नेत्र (नीचे)। लाल रंग की इंडिकाposterolateral दीवार में टीईएस akinesia, हरे और पीले रंग की दीवार गति में कमी आई संकेत मिलता है। मानचित्रण अंक सफेद डॉट्स द्वारा दिखाए जाते हैं। तैयार की सफेद लाइन में कमी आई एकध्रुवीय वोल्टेज और बिगड़ा दीवार गतियों के द्वारा होती रुचि के क्षेत्र को दिखाती है। ब्राउन अंक इंजेक्शन साइटों का प्रतिनिधित्व करते हैं।

Discussion

एक प्रमुख चुनौती है bioactive यौगिकों के साथ संगत समाधान रखते हुए एक लंबा कैथेटर के माध्यम से इंजेक्शन है जो एक समाधान प्राप्त करने के लिए है। पीएच injectability बढ़ाने के लिए वृद्धि की जानी चाहिए हालांकि, इस तरह की वृद्धि कारकों के रूप में bioactive यौगिकों सावधानी से नियंत्रित किया जाना चाहिए कि कमजोर अणु होते हैं। हम निकट किसी भी bioactive घटकों को जोड़ने से पहले यह पीएच 9.0 है पुष्टि करने के लिए hydrogelator जोड़ने के बाद एक पीएच मीटर का उपयोग कर समाधान के पीएच की निगरानी। प्रारंभ में, पीबीएस के शुरू पीएच को एडजस्ट करने के कई दौर सही पीएच के साथ समाप्त करने के लिए आवश्यक थे। हम अपेक्षाकृत चिपचिपा समाधान और एक लंबी पतली कैथेटर का उपयोग करें, क्योंकि इसके अलावा, एक बड़े दबाव ड्रॉप (इंजेक्शन की गति पर निर्भर करता है, 0.5 MPa के क्रम में) मौजूद है। इसलिए, विशेष देखभाल की सिरिंज और कैथेटर के बीच सही कनेक्शन के चयन में लिया जाना चाहिए। हाथ से इस तरह की ताकतों को लागू करने के रूप में एक सिरिंज पंप का समर्थन नियंत्रित इंजेक्शन, चुनौती दे रहा है। के लिए vitrvivo में इस ऊतक के प्राकृतिक पीएच द्वारा किया जाता है, जबकि ओ प्रयोगों, समाधान, एचसीएल के साथ समाधान निष्क्रिय करने से gelated किया गया था। इसलिए, यह पीएच में एक overshoot को रोकने के लिए एचसीएल की सही मात्रा में जोड़ने के लिए महत्वपूर्ण है। इस एसिड के प्रसार शायद इन विट्रो प्रयोगों में हाइड्रोजेल का जमाना में सीमित कारक है; हालांकि, विवो में तरल ऊतक को निष्क्रिय करने के साथ एक उच्च संपर्क सतह क्षेत्र है, जो होगा सबसे अधिक संभावना परिणाम में एक तेजी से और अधिक समान रूप से जमाना केंद्रित एसिड के अलावा dropwise की तुलना में। पहले से इस्तेमाल किया तरीकों (0.5 घंटा घंटा 2 बनाम) 25 की तुलना में इसके अलावा, जेल स्विचिंग बहुत तेजी से इस हल्के प्रक्रिया के साथ है। गुण सामग्री की अदला बदली के लिए शरीर की प्राकृतिक पीएच का प्रयोग संक्रमण, प्रतिवर्ती तेज है के बाद से बहुत ही आकर्षक है, कैथेटर के अंदर पाए जाते हैं और इन विवो में पूरी तरह से स्वचालित है नहीं कर सकते हैं। इन गुणों जैसे थर्मल Swit से अधिक लाभ देchable की वजह से तापमान में परिवर्तन करने के लिए एक कैथेटर में जमाना का खतरा मौजूद है, जहां 26, कारण सीमित प्रकाश पैठ और कट्टरपंथी गठन 27, या एक polymerization सर्जक के सह इंजेक्शन की आवश्यकता होती है कि जैल को चुनौती दे रहा है जो तस्वीर प्रेरित polymerization है, आवश्यकता है कि जैल जैल या accellerator 28।

हाइड्रोजेल से एक दवा के सफल रिहाई बड़े पैमाने पर नशीली दवाओं के आकार पर निर्भर करता है। दिखाया गया है 1 सप्ताह से अधिक मॉडल प्रोटीन की क्रमिक रिहाई वृद्धि कारकों के लिए वितरण प्रणाली के रूप में इन हाइड्रोजेल का वादा दिखाता है, जबकि छोटे अणु दवा तुरंत जारी की है। सामान्य में, हाइड्रोजेल जैसे, प्रोटीन, exosomes और कोशिकाओं 29,30 के रूप में बड़ा वस्तुओं के लिए प्रसव के उपकरण के रूप में और अधिक का वादा कर रहे हैं।

3-डी विद्युत मानचित्रण और इंजेक्शन प्रक्रिया ऐसी हाइड्रोजेल के रूप में विभिन्न दौरे पुनर्योजी चिकित्सा, के लिए एक चिकित्सकीय मान्य कैथेटर डिलीवरी दृष्टिकोण प्रदान करता है। addeअन्य गैर सर्जिकल वितरण तकनीकों की तुलना में इस तकनीक के विकास, मूल्य है कि यह संभव है, सामान्य infarcted और सुप्तावस्था मायोकार्डियम अंतर करने के लिए और ब्याज के क्षेत्र में उपचारों मार्गदर्शन करने के लिए कर रही है, उपचार योजना है। इस दृष्टिकोण के लिए आवश्यक तकनीकी कौशल और समय लेने वाली चिंता और महंगी प्रक्रिया 20 की कमियां। रोधगलन विद्युत मानचित्रण का प्रस्तुत किया सुअर का मॉडल में bioactive supramolecular UPy-हाइड्रोजेल के साथ निर्देशित intramyocardial इंजेक्शन के द्वारा किया गया। पुनर्योजी चिकित्सा के साथ अन्य संयोजन के लिए इन विट्रो में परीक्षण किया जा सकता है और इन विवो में इस उभरते हुए क्षेत्र में अधिक सफलता हासिल करने के लिए। इसके अलावा, injectability और नसबंदी प्रक्रियाओं के अनुकूलन सफलतापूर्वक एक नैदानिक ​​सेटिंग के लिए इस विधि का अनुवाद करने के लिए प्रदर्शन किया जाना है।

Acknowledgments

यह काम शिक्षा, संस्कृति और विज्ञान (ग्रेविटी कार्यक्रम 024.001.035) मंत्रालय द्वारा वित्त पोषित किया गया है, वैज्ञानिक अनुसंधान के लिए नीदरलैंड संगठन (NWO), यूरोपीय अनुसंधान परिषद (FP7 / 2007-2013) ईआरसी अनुदान समझौते 308,045 और भीतर का आयोजन LSH TKI ढांचा। जैव चिकित्सा सामग्री संस्थान के अनुसंधान कार्यक्रम के परियोजना P1.03 मन में दबा के इस शोध रूपों हिस्सा है, आर्थिक मामलों के डच मंत्रालय द्वारा सह वित्त पोषित है। नीदरलैंड हार्ट इंस्टीट्यूट (- इस परियोजना ICIN द्वारा समर्थित किया गया www.icin.nl ) और "Wijnand एम पोम Stichting"। लेखकों mRuby2 प्रदान करने के लिए UPy-hydrogelator और Remco कला के संश्लेषण के लिए हेंक जानसेन और जोरिस पीटर्स को धन्यवाद देना चाहूंगा। हम ते के लिए बर्ट Meijer, Tonny बोसमैन, रौक्सैन Kieltyka, Stijn क्रेमर, जूस्ट Sluijter, IMO Hoefer, और कई उपयोगी विचार विमर्श के लिए Frebus वैन Slochteren और Marlijn Jansen, जॉइस Visser, अनुग्रह क्र ाफ्ट और मार्टिन वान Nieuwburg धन्यवादchnical सहायता।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
1 M HCl
1 M NaOH
Polystyrene 24-well 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 115 cm Biosense Webster
Midazolam Actavis
MilliQ MD Milipore MilliQ Integral Water Purification System
mRuby2
NaCl 0.9% 500 cc 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 100 mM stock in DMSO
Sodiumthiopental Inresa
Sufentanil Sufentanil-Hameln
Tegaderm
UPy-PEG10k
UV-Lamp
Vet ointment
Visipaque contrastfluid 100 cc

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References

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बायोइन्जिनियरिंग अंक 100 supramolecular पॉलिमर हाइड्रोजेल कैथेटर इंजेक्शन दवा वितरण पीएच switchability सुअर मॉडल
सुअर दिल में स्थानीय कैथेटर इंजेक्शन के लिए एक इंजेक्शन और दवा भरी हुई Supramolecular Hydrogel
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Pape, A. C. H., Bakker, M. H.,… More

Pape, A. C. H., Bakker, M. H., Tseng, C. C. S., Bastings, M. M. C., Koudstaal, S., Agostoni, P., Chamuleau, S. A. J., Dankers, P. Y. W. An Injectable and Drug-loaded Supramolecular Hydrogel for Local Catheter Injection into the Pig Heart. J. Vis. Exp. (100), e52450, doi:10.3791/52450 (2015).

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