Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Bioengineering

Domuz Kalbe Yerel Kateter Enjeksiyon için bir Enjekte ve İlaç yüklü Supramoleküler Hidrojel

doi: 10.3791/52450 Published: June 7, 2015
* These authors contributed equally

Summary

Üredo-pyrimidinones dayalı Molekülüstü hydrogelators makroskopik jel özellikleri ve pH değeri kullanılarak sol-jel anahtarlama davranışı üzerinde tam kontrol sağlar. Burada, domuz kalbi ilgili alanlarda doğrudan lokal uygulama için bir kateterle dağıtım sistemi yoluyla bir supramoleküler hydrogelator oluşturulması ve enjekte edilmesi için bir protokol mevcut.

Abstract

Kayıp miyokardın rejenerasyonu nedeniyle kronik iskemik kalp yetmezliği artan oluşumu ve donör kalpleri sınırlı erişim gelecekteki tedaviler için önemli bir hedeftir. Kalbin işlevini kurtarmak için bir tedavi bir örneği, bir hidrojelden ilaçlar ve biyoaktif maddelerin lokal uygulama oluşur. Bu yazıda bir yöntem formüle ve non-invaziv ve yan özgü uzun, esnek kateter kullanılarak domuz kalbine bir ilaç yüklü hidrojel enjekte etmek tanıtıldı. bir kateter aracılığı ile 3-D elektromekanik haritalama ve enjeksiyon kullanımı miyokard yan özgü tedaviye olanak sağlar. Bu kateter ile uyumlu bir hidrojel sağlamak için, bir supramoleküler hidrojel, çevresel tetikleyici kullanılarak bir çözeltiyle durumuna bir jelden uygun bir geçiş arasında kullanılmıştır. Bazik pH'da, bu üreido-pirimidinon modifiye edilmiş poli (etilen glikol), enjekte edilebilir bir Newton sıvısı olarak işlev gören, fakat fizyolojik pH'da çözelti hızlı bir şekilde geçerBir jel. In vitro ve in vivo deneylerde, hem de burada mevcut Bunlar hafif bir sviçleme koşullar, büyüme faktörleri ve eksozom gibi biyoaktif ilaçlar ve biyolojik olarak aktif türler, dahil edilmesi için izin verir. in vitro deneyler jel ayarı için izin verir ve in vivo olarak daha sonra uygulamadan önce özellikleri serbest jel stabilitesi ve ilaç salım forehand gösterge, bir verir. Bu kombinasyon kullanılan biyolojik olarak aktif bileşiklere jel optimal ayarlamalara olanak tanır ve türler ve enjeksiyon sistemi.

Introduction

Akut miyokard infarktüsü tedavisi önemli ölçüde sağkalım oranları gelişmiş olmasına rağmen, kronik iskemik kalp yetmezliği yaşlanan nüfusu ile ilerleyen önemli bir halk sağlığı sorunudur. 2030 yılında 1,2 prevalansı tahmini% 25 artışla ABD'de yaklaşık 6 milyon kalp yetmezliği hastaları vardır. Miyokard dokusunun İlk kaybı kardiyak remodeling yol açar ve sonuçta kronik kalp yetmezliği neden olur. Kalp transplantasyonu dışında, bu hasta grubu için gerçek bir tedavisi yoktur. Donör kalplerin artan eksiklik yeniden bu süreci tersine çevirmek için yeni mevcut tedaviler geliştirmek gerektiğini vurguluyor. Bu nedenle, gelecek tedaviler için bir hedef kayıp miyokardın yenilenme olduğunu.

Hidrojeller nedeniyle biyouyumluluk rejeneratif tıp alanında ilginç malzemeler ve dış tetikler 3 onların duyarlılığı. Enjekte hidrojeller reklamı teklifMinimal invaziv cerrahi 4 kullanımları olmayan enjektabl hidrojeller üzerinde vantajlar. Bu enjektabl hidrojeller çünkü fizyolojik koşullar 5 içindeki Anahtarlanabilme bir şırınga yoluyla uygulanan ve prensipte 6. yaklaşımlar kateter bazlı enjeksiyon için izin olabilir. Farklı stratejiler ya Sıcaklık, pH ve kesme kuvveti ile incelen davranış, 4,7,8 fiziksel çapraz bağlama için enjeksiyondan sonra kimyasal çapraz bağlama kadar, enjekte edilebilir maddeler için kullanılmaktadır. Birkaç sistemleri şırınga 9,10 üzerinden kolay enjekte edilebilirliği göstermekle birlikte, tam kateter uyumluluğu genellikle 6 gösterilememiştir.

Supramoleküler polimerlerden hazırlanan hidrojeller, çevresel tetikleyici 11 ile kovalent olmayan bir çözelti halinde bir jel uygun bir değiştirilebilir etkileşimleri ve tam tersi oluşturulur. Bundan başka, düşük molekül ağırlıklı ön-maddeleri kolay bir işlenebilirlik 12,13 izin

Poli (etilen glikol) (PEG) göre su içinde supramoleküler geçici ağlar, üreido-pirimidinon (UPy) uç değiştirilmiş 14 parçalarını, biyomedikal uygulamaları ile birlikte kovalent olmayan etkileşimlerin yararları gösterilmiştir ve ilaç verme sistemi olarak kullanılmaktadır kalp 6 ve böbrek kapsülü 15 altında. Bu ağlar, bir hidrofobik cebi oluşturan alkil ara parçalarla sulu ortam korumalı UPy gruplarının dimerizasyonu ile oluşturulmaktadır. Üre hidrojen bağlama nano içine bu dimerlerin daha sonra istiflenmesini kolaylaştırır. PH ve sıcaklık jeller çözümler arasında geçiş yapmak için kullanılabilir şekilde bağlı UPy-UPy dimer tersine çevrilebilir etkileşim, örneğin tetikler. sentetik motifinin kullanılması sınavı için tarafından molekülü ve jel özellikleri tasarımı için izin verirPEG-zincirleri ve alkil aralama 14,16 ait ple ayar uzunluğu.

Ayrıca, çok sayıda biyolojik olarak aktif bileşenler basit bir şekilde örneğin, büyüme faktörleri ya da eksozom gibi ilaçlar ya da biyolojik olarak aktif türler ile, enjeksiyon öncesi supramoleküler hydrogelator solüsyonu karıştırılarak ilave edilebilir. Eksozomlar sitozolik türevlerini içeren küçük zar veziküllerdir. Birçok hücreleri tarafından salgılanan ve hücreler arası iletişime katılan. Kardiyomiyosit projenitör hücrelerinden türetilen Eksozomlar, kardiyak koruma 17 bir rol oynadığı düşünülmektedir.

Burada, formülasyonun protokolü tarif eder ve bu, bir biyoaktif supramoleküler hidrojel in vivo miyokardiyal enjeksiyon. In vitro deneyler, bu jel ayarlama sağlayan bir jel stabilitesi ve ilaç salım forehand bir gösterge üzerinde elde önce ve salıverme özelliklerini tarif edilmektedir in vivo olarak uygulanması.

Protocol

NOT: Tüm in vivo deneyler, Laboratuar Hayvan Kaynakları Enstitüsü tarafından Laboratuvar Hayvanları Bakım ve Kullanımı için Kılavuzu'na uygun yapılmıştır. Deneyler Utrecht Üniversitesi Tıp Fakültesi Hayvan Deneyleri Komitesi, Hollanda tarafından kabul edildi.

Hidrojel bölgesinin 1. Formülasyon

  1. , Ağırlıkça% 10 jel, 1 ml hazırlanması Manyetik bir karıştırıcı kullanılarak 1 saat boyunca 70 ° C'de karıştırma ile 900 ul PBS pH 11.7 bir şişede UPy-hydrogelator 100 mg eritin. Daha sonra oda sıcaklığına kadar viskoz çözüm soğumasını. Çözelti şimdi yaklaşık 9.0 bir pH'a sahip olması gerekmektedir. Bu çözelti, birkaç gün boyunca saklanabilir.
  2. 10 dakika muntazam bir dağılımının ulaşmak için yapışkan bir solüsyonu içine nötr PBS içinde çözüldü ve karıştırıldı olduğu ilaç ya da biyo-molekülün uygun bir miktarının Pipet. Çözüm çok viskoz hale gelirse, kısaca sıcak su ile ısıtmak.
  3. Sterilize etmek için bir UV lambası altında 1 saat süre ile çözelti yerleştirin.

Hidrojel 2. Analizi

  1. Çözelti reolojik değerlendirilmesi
    1. Jel yüklemeden önce, reometre 25 mm levha-levha geometrisini monte 20 ° C'ye kadar sıcaklık ayarlanır ve ölçüm sırasında jel buharlaşmasını önlemek için su ile plaka yükleyin.
    2. Pipet 300, 20 ° C 'de muhafaza edilen bir reometre üzerine 25 mm levha-levha geometrisi üzerine çözelti ul ve alt plakalar 0.5 mm'lik bir boşluk mesafesi elde edildi.
    3. On yılda 10 puan ile 0,1 ila 500 Pa kayma gerilmesi fonksiyonu olarak rekor kesilme viskozitesi.
  2. Jelin reolojik değerlendirme
    1. Pipet plaka ve pipet çözeltisi üzerinde farklı yerlerde 1 M HCI 4.2 ul bir toplam üzerine çözeltisi 300 ul jel oluşumunu tetiklemek için karıştırılabilir.
    2. 0.5 mm'lik bir boşluk mesafesi plakaları indirin ve yaklaşık 30 dakika boyunca jel tedavi izin. Bu sertleştirme işlemi sırasında, düşük frekanslı ve germede Depolama ve kayıp modülüne ölçümü, örneğin, sırasıyla 1 rad / sn ve% 0.5.
    3. Jel frekans (0.1-100 rad / sn) bir fonksiyonu olarak ve daha sonra suş (0.1-1,000%) bir fonksiyonu olarak (yaklaşık olarak 30 dakika), kayıt Depolama ve kayıp modülüne sertleşmesinden sonra.

3. Erozyon ve Yayın Deneyleri

  1. Gözenek boyutu 8.0 um olan 24-kuyu plaka için hücre kültürü eki asılı bir poli (etilen tereftalat) içerisine ilaç veya biyomolekülün ihtiva eden yapışkan bir solüsyon 100 ul aktarın. Sıvı fazda, Parafilm (Şekil 2A) ile insertlerin alt kapağı ise polimer çözeltisinin sızıntıyı önlemek için.
  2. Hemen sonra pipetle yapışkan bir çözeltinin üzerine, 1 M HCI, 1.4 ul, yaklaşık 7.0-7.2 pH azaltmak ve yaklaşık 30 dakika boyunca geçme kabı içinde jel tedavi izin vermek.
  3. Fro Parafilm kaldırekler m, 24 oyuklu bir plaka içerisinde ekleme yer ve de 800 ul PBS, pH 7.4 doldurun. Yavaş sallama ya da sallanma hareketi ile, 37 ° C'de plaka inkübe edin. Çözücünün buharlaşmasını engellemek için, PBS ile boş bir kuyu kalan girip Parafilm (Şekil 2B) ile 24 oyuklu plaka mühür.
  4. Periyodik PBS yenilemek ve serbest UPy erozyon ürün veya ilaç / biyomolekülün için kaldırılmıştır PBS analiz.
    1. Sırasıyla, 265 nm veya 320 nm'de UV absorbansı ölçerek UPy erozyon ürün veya pirfenidon ölçmek. 559 nm'de uyarma sonrasında 587 nm'de floresan proteini mRuby2 tedbir floresan emisyonu için.
    2. Önceden belirlenmiş kalibrasyon eğrileri aracılığıyla konsantrasyonlara ölçülen emme / emisyon değerleri tercüme.
      1. Tampon maddesi içinde bir analit bilinen konsantrasyonlarda bir seri eritilmesi kalibrasyon eğrilerini hazırlamak ve UV absorbansı ve bu örneklerin floresan emisyon ölçümü. Det için doğrusal bir fonksiyonu kullanarak verileri katmakbilinmeyen numunelerin konsantrasyonu ermin. Floresan olmayan proteinler için ELISA algılama 6 kullanın.

Bir Kateter yoluyla 4. Yerel Enjeksiyon

  1. Miyokard infarktüsü İndüksiyon
    1. Oruç 12 saat sonra, su hariç, midazolam, 0.4 mg / kg ketamin 10 mg / kg, atropin 0.014 mg / kg kas içinden enjeksiyonu ile istikrarlı domuz sakinleştirici.
    2. Sodyum tiyopental 5 mg yönet / kg intravenöz anestezi neden ve endotrakeal tüp ile domuz entübe etmek. Işletim tiyatro hayvan taşınması sırasında gerekirse 12 / dk hızında balon-havalandırma yapınız.
    3. Ameliyathane geldiğinizde hemen FiO2 0.50, 10 ml / kg tidal volüm ve sürekli kapnografi altında 12 / dak frekansta mekanik pozitif basınçlı ventilasyon başlar. Kuruluğunu önlemek için gözleri veteriner merhem kullanın.
    4. Sürekli intraven tarafından dengeli anestezi başlayınmidazolam, 0.5 mg / kg / st infüzyon lı, sufentanil 2.5 ug / kg / saat ve pankuronyum bromid, 0.1 mg / kg / st. Uygun anestezi sürekli EKG, kan basıncı, sıcaklık ve kapnografi izlemek sağlamak.
    5. Intravenöz 4.3 mg / kg amiodaron demlenmeye ve venöz sheeth 18 kullanılarak sağ ventrikül intrakardiyak defibrilasyon kateter yerleştirin.
    6. Daha önce açıklanan protokole 18 uyarınca, 90 dakika, intrakoroner balon oklüzyonu ikinci diyagonal dal sol ön inen arter (LAD) distal tıkamak.
  2. Elektromekanik haritalama
    1. Miyokard enfarktüsü sonrası dört haftada, haritalama işlemi planlıyoruz. Sol ventrikül 3D elektromekanik haritalama (EMM) için CathLab'ının sistemi (Şekil 4) hazırlayın. Bu sistem sayesinde, canlı kış uykusuna ve enfarktlı miyokardın skopi rehberliği olmadan tespit edilebilir. Kazanmak a se böyle bir EM-harita oluşturmak içinBir ultra manyetik alan enerji kaynağı ve bir sensör uçlu kateter 19,20 ile LV endokardiyal yüzey üzerinde birden fazla noktada noktaları Ries.
    2. Domuz uyutmak, protokol aşağıdaki adımları 4.1.1-4.1.4.
    3. Domuz arkasında dış referans yama yerleştirin.
    4. Protokole göre 18 damar erişim (femoral arter) sabitleyin.
    5. 25 ° Sağ ön oblik (RAO) ve 40 ° sol ön oblik (LA) görünümünde bir çift kanatlı sol ventrikül anjiyogramı elde ettikten sonra heparin 75 U / kg vermek, ventrikül boyutu sola nereden tahmin etmek.
    6. Sol ventrikül (LV) içine inen aorta, aortik ark ve aort kapak genelinde floroskopi altında 8 Fransızca-eşleme (D veya F eğrisi) kateteri ilerletin.
    7. Grupların sol ventrikül sınırlarını tanımlayan, 3D siluet oluşturmak için çıkış yolu, yan ve arka noktaları takip ilk verileri elde etmek için LV apeks, kateterin ucunu yönlendirmekcle.
    8. Tüm endokardiyal segmentler endokarda üzerinde haritalama kateteri sürükleyerek ve sırayla endokarda 21,22 ile temas halinde iken ucunun konumunu alarak örneklenmiş edilinceye kadar sonraki puan elde.
    9. Elektriksel aktivite (yakın) normal ve mekanik hareket engelli, sözde kış uykusuna miyokard (Şekil 6) olduğu, yani hedef alan tanımlayın.
  3. Intramiyokardiyal enjeksiyonu
    1. Bir 27-gauge iğne ve 8 French kateter içinde bir çekirdek lümen (Şekil 5A ve B) oluşmaktadır intramiyokardiyal enjeksiyon kateterle eşleme kateter değiştirin. Belirli miktarda teslim etmek, hidrojel solüsyonu yaklaşık 2 ml hacim kademeli şırınga yüklemek ve bir şırınga pompası içine yerleştirin.
    2. 0 ° ve 90 ° esnek iğne uzantısını ayarlama ve iğne ölü boşluğu doldurmak için hidrojel solüsyonu 0.1 ml yerleştirin. Sonra, koyunaort kapakçığının karşısında ve hedef bölgeye enjeksiyon kateter ucu.
    3. 4.2.9 belirlenen hedef alanı içinde bir enjeksiyon pozisyonu için aşağıdaki kriterleri yerine: LV duvar kateterin (1) dik bir pozisyonda; (2) çok iyi köprüsü stabilitesi (<4 mm) EMM sistemi tarafından hesaplanan; ve (3) altta yatan gerilim> 6.9 mV 21.
      1. Miyokarda iğneyi, (4), LV bir erken ventriküler kasılma ile teyit ve yaklaşık 0.4-0.5 ml / şırınga pompası kullanılarak dakikalık bir sabit oranda bir bolus olarak hidrojel 0.1-0.3 ml enjekte edilir. Mümkün olduğunca diffüz olarak 6-10 farklı pozisyonlarda bu işlemi tekrarlayın. doku doğal pH hidrojel oluşturulur, bunun üzerine enjekte edildikten sonra çözelti, nötralize edecektir.
  4. Kurban
    1. Post-işlem, insanca kansız bırakılarak hayvan kurban. Alt kaval ven kesin ve bir emme cihazı ile kan çıkarın. Ventriküler fi indükleyinapeks üzerinde sadece 9 V pil koyarak fibrilasyon.

Representative Results

Çözelti ve jel hem de titreşimli reolojik ölçümlerin elde edilen tipik sonuçlar, Şekil 1 'de gösterilmiştir. Uzun bir kateter vasıtasıyla enjeksiyon için, düşük viskoziteli bir Newton tipi sıvı tercih edilir. Viskozite, pH 8.5 çözeltisi kesilme inceltici olduğunu gösteren, ancak 0.54 ve 0.36 Pa sabit bir viskozite · sn ile kanıtlandığı gibi, pH 9.0 ve 9.5'te çözümler, Newton tipi sıvı davranır, kesme oranının bir fonksiyonu olarak ölçüldü, sırasıyla, (Şekil 1A) . Örnekleri nötralize sonra, numuneler <1 (Şekil 1B) 'kayıp modülü G "ve bu nedenle tanδ = G" / G daha büyüktür', bir depolama modülü G tarafından gözlenen bir katı benzeri tepki gösterir. Jel 30 dakika içinde nihai mukavemeti elde edilir. Titreşim reolojik ölçümler açısal frekansı neredeyse bağımsız 'G ile tipik bir katı gibi bir tepki gösterirölçülen tüm frekanslar için uency ve G '> G "(Şekil 1C).

Ilaç verme sistemi olarak kullanım için gerekli zaman hidrojel erozyon. supramoleküler etkileşimler doğal dinamik ve in vitro olarak bir jel yavaş bir şekilde aşınmasına olanak tanır. Aşındırma ve serbest deneyler, gözenekli de kesici uçlar (Şekil 2A ve B) kullanarak, 37 ° C'de gerçekleştirilir. Hidrofobik ve hidrofilik blok 14 uzunluğu, elde edilebilir bir kaç haftalık bir süre (Şekil 3A) üzerinde zayıflatan bir jel ayarlayarak. Jel muhtemelen nedeniyle hidrojel ilk şişlik, ilk gün% 10 bir başlangıç ​​erozyonu ile 2 hafta içinde% 25 aşındırır. Örnek olarak, bir küçük moleküllü ilaç (pirfenidon) ve model floresan proteini (mRuby2) salınması hem incelenmiştir. Bir floresan bir model proteini kolay okuma için izin verir; Bununla birlikte, in vitro 6 ELISA ile diğer proteinler üzerinde yapılabilir. proteinler gibi daha büyük moleküllerin yavaş yavaş 1 hafta (Şekil 3B) üzerinden salınır, küçük moleküllü ilaç, bir gün içinde salınır. Yarı-ampirik Korsmeyer-Peppas modeli ile% 60 sürümüne kadar mRuby2 salım profiline uyan nedeniyle difüzyon (n = 0.44) 23 salınımını gösterir. (uyarlanmış) Korsmeyer-Peppas modelinde ofset yokluğu mRuby2 24 için hiçbir patlama bırakma mevcut olduğunu göstermektedir. Çünkü pirfenidon için bir ürün daha düşük% 60 olan veri noktaları, sınırlı bir miktarının, bir bağlantı, bu salınım profili üzerinde gerçekleştirilmiştir.

Kateter navigasyon sistemi bir iletişim birimi konsoluna, bir iş istasyonu (Şekil 4), bir harici referans yama ile bir üçgen konum pedi (düşük manyetik alan üreten) ve iki kateter, sensör uçlu haritalama ve injectio oluşurn kateter (Şekil 5).

Post-processing analizi kararsız puan filtrelenmiş sonra LV 3D endokardial rekonstrüksiyonu her yeni veri noktası edinimi ile gerçek zamanlı olarak güncellenir ve sürekli bir kademeli renk skalası (Şekil 6A) üzerine Unipolar ve bipolar gerilim potansiyelleri olarak görüntülenir. Yerel doğrusal kısalma (LLS) işlevi sonu sistol ve sonu diastole örnek site ve komşu nokta arasındaki mesafe ortalama değişim alarak bölgesel duvar hareket rakamlarla. Ortalama gerilim ve LLS değerleri her segment için hesaplanan ve kutupsal harita. (Şekil 6B) görüntülenir. anormal veya düşük tek kutuplu potansiyeli (≤6 mV) ve bozulmuş mekanik aktivite (LLS ≤4%) varlığı enfarkte alanlar 22 karakterize etmektedir.

Şekil 1 Şekil 1 :. çözeltiler ve jeller reolojik değerlendirilmesi. Farklı pH değerlerinde çözümler için kayma hızının bir fonksiyonu olarak (A) 'Viskozite. PH 8.5 kesme inceltme de örnek için gözlenmiştir, ancak pH 9.0 numunelerin 9,5 sabit viskoziteler için bu çözeltilerin Newton davranışı gösteren, elde edilir. Zamanın bir fonksiyonu olarak açık kahverengi δ noktalama çizimleri ite takip (B) Jel sertleştirme. 2 saat kür sonra nötralize örnek için (C) Frekans süpürme. Hata çubukları tipik bir deneysel hata belirten 3 bağımsız ölçümlerin standart sapmaları göstermektedir.

Şekil 2,
Şekil 2:. Indirgenmesi için kurulum ve serbest deneyleri (A) Poli (etilen tereftalat) de Parafilm ile kaplı insert kaçak dur bilmekhazırlık ing. Çözücünün buharlaşmasını engellemek için Parafilm ile sarılmış (B) ekler ile 24-kuyu plaka.

Şekil 3,
Şekil 3:. Zamanla hidrojel Erozyon ve Yayın (A) Erozyon. En az 2 hafta boyunca jel kademeli erozyon gözlemlenmiştir. Bir küçük moleküllü ilaç ve bir model protein (B) serbest bırakılması. Küçük molekül bir gün içinde serbest iken, model proteini giderek önemli bir patlama sürümü olmadan bir hafta içinde serbest bırakılır. çizgi bülteninin ilk aşamasına Korsmeyer-Peppas modelinin uyum göstermektedir.

Şekil 4,
Şekil 4: kateter navigasyon sistemi.

Şekil 5,
Şekil 5 (A) bağlı şırınga ile intramiyokardiyal enjeksiyon kateter. (B) enjeksiyon iğnesinin Detay.

Şekil 6,
Şekil 6: Unipolar gerilimi ve LLS haritası. (A) Tek kutuplu harita, LAO görünümü (üstte) ve boğa gözü (aşağıda). Kırmızı renk elektriksel aktivite posterolateral kaybı ile miyokard taban (normal) düşük tek kutuplu gerilim değerlerini gösterir. Yeşil ve sarı renkler canlılığını azalma göstermektedir ederken Mavi normal miyokard gösterir. (B) LLS haritası, LAO görünümü (üstte) ve boğa gözü (aşağıda). Kırmızı renk indicaposterolateral duvarda TES akinezi, yeşil ve sarı duvar hareketi azalmış göstermektedir. haritalama noktaları beyaz noktalarla gösterilir. çizilen beyaz çizgi azalmış tek kutuplu gerilim ve engelli duvar hareketleri ile karakterize ilgi alanı gösterir. Kahverengi noktaları enjeksiyon siteleri temsil etmektedir.

Discussion

Önemli bir sorun, biyoaktif bileşikler ile uyumlu bir çözelti tutarak uzun kateter aracılığıyla enjekte edilebilir bir çözelti elde etmektir. PH enjekte edilebilirliği artırmak için artırılması gerektiğini rağmen, bu tür büyüme faktörleri gibi biyoaktif bileşikler dikkatle ele alınmalıdır kırılgan moleküllerdir. Yakından bir biyolojik olarak aktif bileşenler ilave edilmeden önce pH 9.0 olup olmadığını teyit etmek hydrogelator ekledikten sonra, bir pH metre kullanılarak çözeltinin pH'ı izler. Başlangıçta, PBS başlangıç ​​pH değerini ayarlamak için bir kaç kez doğru pH ile sona için gerekli idi. Bu görece viskoz çözüm ve uzun ince kateter Ayrıca, çünkü, büyük bir basınç düşüşü (enjeksiyon hızına bağlı olarak, 0.5 MPa sırasına göre) mevcuttur. Bu nedenle, özel bakım şırınga ile kateter arasındaki doğru bağlantıları seçiminde alınmalıdır. Elle tür kuvvetleri uygulamak gibi bir şırınga pompası destekler kontrollü enjeksiyon, zordur. İn vitrin vivo olarak bu dokuda doğal pH yapılır ise O deneyleri, çözelti, HCI ile çözelti nötralize edilerek jelleştirilebilmektedir edildi. Bu nedenle, pH bir aşma önlemek için HCI doğru miktarda eklenmesi önemlidir. bu asidin difüzyon, muhtemelen in vitro deneylerde hidrojel jelleşme sınırlayıcı bir faktördür; Bununla birlikte, in vivo olarak, sıvı doku nötralize yüksek bir temas yüzey alanına sahip olacaktır ki büyük olasılıkla sonuç, daha hızlı ve daha eşit bir şekilde jelleştirme konsantre asit damla damla eklenmesinden karşılaştırdık. Daha önce kullanılan yöntemler (0.5 saat saat 2 vs), 25 ile karşılaştırıldığında Ayrıca, jel anahtarlama çok daha hızlı bu hafif prosedüre olduğunu. Malzeme özelliklerinin geçiş için vücudun doğal pH değerini kullanarak geçiş, geri dönüşümlü hızlı olduğundan çok çekici, kateter içinde ortaya çıkar ve in vivo tam otomatik olamaz. Bu özellikler, örneğin termal swit göre avantajları vermekChable sıcaklık değişimlerine bağlı olarak bir kateter içinde jelleşme riski mevcutsa 26, sınırlı ışık girişi ve radikal oluşumu 27 ya da bir polimerizasyon başlatıcı birlikte-enjeksiyon gerektiren jeller için zor olan foto indüklemeli polimerizasyonunu gerektirir jeller jelleri ya accellerator 28.

Hidrojelden bir ilacın başarılı salma büyük ölçüde ilacın büyüklüğüne bağlıdır. Gösterildiği gibi, 1 hafta boyunca bir model protein yavaş yavaş salım büyüme faktörleri için iletim sistemleri olarak bu hidrojeller söz gösterirken, küçük moleküllü ilaç derhal salınır. Genel olarak, hidrojeller gibi proteinler, eksozom ve hücreler 29,30 gibi büyük nesneler için teslim aracı olarak daha umut vericidir.

3-D elektromekanik haritalama ve enjeksiyon işlemi gibi hidrojeller gibi çeşitli miyokard rejeneratif tedaviler için klinik geçerliliği kateter bazlı teslim yaklaşım sağlar. Addediğer cerrahi olmayan teslim tekniklerine göre bu teknolojinin d değeri mümkün normal enfarkte ve kış uykusuna miyokardiyumu ayırt etmek ve ilgi alanındaki tedaviler rehberlik yapma, tedavi planlaması olduğunu. Bu yaklaşımın gerekli teknik beceri ve zaman alıcı endişe ve pahalı prosedür 20 Dezavantajları. Miyokardiyal enfarktüs elektromekanik haritalama sunulan domuz modelinde biyoaktif supramoleküler UPy hidrojel kılavuzlu intramiyokardiyal enjeksiyonlar izledi. Rejeneratif tedaviler ile diğer kombinasyonlar in vitro test edilmesi ve in vivo gelişmekte olan bu alanda daha fazla başarı kazanmak için. Ayrıca, Püskürtülebilirlik ve sterilizasyon prosedürleri optimizasyonu başarıyla klinik ortamda bu yöntemi çevirmek için yapılması gereken var.

Acknowledgments

Bu çalışma Milli Eğitim, Kültür ve Bilim (Gravity programı 024.001.035) Bakanlığı tarafından finanse edildi, Hollanda Bilimsel Araştırma Örgütü (NWO), Avrupa Araştırma Konseyi (FP7 / 2007-2013) ERC Hibe Anlaşması 308.045 ve içinde yürütülen LSH TKİ çerçeve. Biyomedikal Malzemeler enstitünün araştırma programının Proje P1.03 PENT bu araştırma formları bölüm, Hollanda Ekonomik İşler Bakanlığı tarafından ortaklaşa finanse edilmektedir. Hollanda Kalp Enstitüsü (- Bu proje icin tarafından desteklenmiştir www.icin.nl ) ve "Wijnand M. Pom Stichting". Yazarlar mRuby2 sağlamak için UPy-hydrogelator ve Remco Sanat sentezi için Henk Janssen ve Joris Engin teşekkür etmek istiyorum. Biz te için Bert Meijer, Tonny Bosman, Roxanne Kieltyka, Stijn Kramer, Joost Sluijter, IMO Hoefer, ve birçok yararlı tartışmalar için Frebus van Slochteren ve Marlijn Jansen, Joyce Visser, Grace Croft ve Martijn van Nieuwburg teşekkürchnical yardım.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  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).
Domuz Kalbe Yerel Kateter Enjeksiyon için bir Enjekte ve İlaç yüklü Supramoleküler Hidrojel
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

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).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).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter