hydrogelators מולקולריים המבוסס על ureido-pyrimidinones לאפשר שליטה מלאה על תכונות ג'ל מקרוסקופית והסול-ג'ל התנהגות המיתוג באמצעות pH. כאן, אנו מציגים פרוטוקול לגיבוש והזרקת hydrogelator כגון מולקולריים באמצעות מערכת מסירת קטטר למסירה מקומית ישירות באזורים רלוונטיים בלב החזיר.
התחדשות של שריר הלב איבד היא מטרה חשובה עבור טיפולים עתידיים בשל ההתרחשות הגוברת של אי ספיקת לב הכרונית איסכמי והגישה המוגבלת ללב תורם. דוגמא לטיפול לשחזר את תפקוד הלב מורכב של האספקה המקומית של תרופות וbioactives מהידרוג'ל. במאמר זה שיטה הוא הציג לגיבוש ולהזריק הידרוג'ל טעון סמים הלא פולשני והצד ספציפי ללב החזיר באמצעות צנתר ארוך, גמיש. השימוש במיפוי אלקטרו 3-D והזרקה באמצעות צנתר מאפשר טיפול תופעות הספציפיות של שריר הלב. לספק הידרוג'ל תואם עם קטטר זה, הידרוג'ל מולקולריים משמש בגלל המיתוג הנוח מג'ל למדינת פתרון באמצעות גורמים סביבתיים. פולי ב- pH הבסיסי ureido-pyrimidinone זה שונה (אתילן גליקול) פועל כנוזל הניוטונית שניתן להזריק בקלות, אבל ב- pH הפיזיולוגי הפתרון עובר במהירות לג'ל. תנאי מיתוג מתונים אלה מאפשרים לשילוב של תרופות ביו ויו-אקטיביים מינים, כגון גורמי גדילה וexosomes כפי שאנו מציגים כאן בהם במבחנה בניסויי vivo. בניסויים במבחנה לתת אינדיקציה על חבטת כף יד של יציבות ג'ל ושחרור תרופה, המאפשרת לכוונון של ג'ל ולשחרר נכסים לפני היישום הבא in vivo. שילוב זה מאפשר לכוונון האופטימלי של ג'ל לתרכובות ביו משמשות ו מערכת הזרקת מינים, ו.
למרות שהטיפול באוטם שריר לב השתפר באופן משמעותי את שיעורי הישרדות, אי ספיקת לב איסכמית הכרונית היא בעיה בריאותית הציבורי גדולה שמתקדמת עם הזדקנות אוכלוסייה. ישנם כ -6 מיליון חולים אי ספיקת לב בארה"ב עם עלייה של 25% בשכיחות משוערת בשנת 2030 1,2. אובדן ראשוני של רקמת שריר לב מוביל לשיפוץ לב וסופו של דבר גורם לאי ספיקת לב כרונית. פרט להשתלת לב, אין טיפול אמיתי עבור קבוצה זו של חולים. החסרון הגובר של לבבות תורם מדגיש את הצורך בפיתוח טיפולים חדשים זמינים כדי להפוך את התהליך הזה של שיפוץ. לכן, מטרה לטיפולים עתידיים היא ההתחדשות של שריר הלב הולך לאיבוד.
הידרוג הם חומרים מעניינים בתחום של רפואת רגנרטיבית בגלל ההתאמה הביולוגית שלהם, והרגישות שלהם לגורמים חיצוניים 3. הידרוג זריקות להציע מודעהvantages על הידרוג'ל שאינה זריקות בשימוש שלהם בכירורגיה זעיר פולשנית 4. ניתן ליישם הידרוג זריקות אלה באמצעות מזרק בגלל switchability בתוך תנאים פיסיולוגיים 5, ובעיקרון לאפשר להזרקה מבוססת צנתר גישות 6. אסטרטגיות שונות שימשו לחומרי הזרקה, החל crosslinking הכימי לאחר ההזרקה לcrosslinking הפיזי או על ידי הטמפרטורה, pH ו4,7,8 התנהגות גזירה-דילול. למרות כמה מערכות הראו injectability קל באמצעות מזרק 9,10, קטטר-תאימות מלאה לא הוכח לעתים קרובות 6.
הידרוג הוכן מפולימרים מולקולריים נוצרים על ידי אינטראקציות שאינן קוולנטיים שניתן להעביר בנוחות מג'ל למצב פתרון, ולהיפך באמצעות גורמים סביבתיים 11. יתר על כן, מבשרי המשקל המולקולריים הנמוכים יאפשר ל12,13 processability קל </sup>. התנאים קלים הנדרשים למיתוג לאפשר התוספת של רכיבים פעילים ביולוגיים שונים, כגון לעתים קרובות קשה להתמודד עם גורמי גדילה.
רשתות חולפות מולקולריים במים המבוססות על פולי (אתילן גליקול) (PEG), שונה קצה עם ureido-pyrimidinone (UPy) moieties 14 הראו את היתרונות של אינטראקציות שאינן קוולנטיים בשילוב עם יישומים ביו-רפואיים ושמשו כמערכת אספקת סמים בלב 6 ותחת הקפסולה כליות 15. רשתות אלה נוצרות על ידי dimerization של UPy-הקבוצות מוגנות מהסביבה המימית על ידי מפרידי אלקיל יוצרים כיס הידרופובי. מליטה מימן אוריאה מאפשרת לערום הבא של הדימרים אלה לnanofibers. בשל האינטראקציה הפיכה של דימר UPy-UPy, מפעיל כגון pH וטמפרטורה יכולים לשמש כדי לעבור מפתרונות לג'לי. השימוש במוטיב סינטטי מאפשר לעיצוב של תכונות המולקולה וג'ל על ידי לבחינהאורך כוונון ple של PEG-הרשתות ומפרידי אלקיל 14,16.
יתר על כן, ניתן לשלב מספר מרכיבים ביו-אקטיביים, פשוט על ידי ערבוב פתרון hydrogelator מולקולריים לפני ההזרקה, עם סמים או מין ביו, כגון גורמי גדילה או exosomes, בהתאמה. Exosomes הוא שלפוחית קרום קטנה המכילות נגזרי cytosolic. הם מופרשים על ידי תאים רבים ומעורבים בתקשורת בין תאית. Exosomes נגזר מתאי cardiomyocyte הם הציעו לשחק תפקיד בהגנת לב 17.
כאן, אנו מתארים את הפרוטוקול של ניסוח, ובזריקה בשריר הלב vivo של הידרוג'ל מולקולריים ביו כזה. בניסויים במבחנה מתוארים אשר נותנים בחבטת כף יד סימן של יציבות ג'ל ושחרור תרופה, המאפשר לכוונון של ג'ל ולשחרר נכסים לפני יישום in vivo.
אתגר מרכזי הוא להשיג פתרון שהוא הזרקה באמצעות צנתר ארוך, תוך שמירה על הפתרון תואם עם התרכובות ביו. למרות שה- pH צריך להיות מוגבר כדי להגדיל injectability, תרכובות ביו כגון גורמי גדילה הן מולקולות שבירות שצריך להיות מטופל בזהירות. אנו מנטרים את ה- pH של התמיסה באמצעות מד pH מקרוב לאחר הוספת hydrogelator כדי לאשר אותה הוא pH 9.0 לפני הוספת כל רכיבים ביו-אקטיביים. בתחילה, כמה סיבובים של התאמת pH ההתחלתי של PBS היו צורך לסיים עם pH תקין. יתר על כן, מכיוון שאנו משתמשים בפתרונות יחסית צמיגים וקטטר ארוך דק, ירידה בלחץ גדולה היא ההווה (בהזמנה של 0.5 מגפ"ס, בהתאם למהירות של הזרקה). לכן, טיפול מיוחד יש לנקוט בבחירת הקשרים הנכונים בין המזרק וקטטר. הזרקה תומכת משאבת מזרק מבוקרת, כמו החלת כוחות כאלה ביד היא מאתגרת. בvitrניסויי o, הפתרון היה gelated ידי נטרול הפתרון עם HCl, ואילו בvivo זה נעשה על ידי החומציות הטבעית של הרקמות. לכן, חשוב להוסיף את הכמות הנכונה של HCl כדי למנוע להחטיא את המטרה בpH. דיפוזיה של חומצה זו היא כנראה הגורם המגביל בgelation של הידרוג'ל בניסויים במבחנה; עם זאת, בvivo הנוזל יהיה שטח פנים גבוה ליצירת קשר עם נטרול רקמה, דבר שככל הנראה תוצאה במהירות רבה יותר ויותר באופן שווה gelation לעומת dropwise תוספת של חומצה מרוכזת. יתר על כן, מיתוג ג'ל הוא הרבה יותר מהר עם הליך קל זה בהשוואה לשיטות ששמשו בעבר (0.5 שעות לעומת שעה 2) 25. השימוש בחומציות הטבעית של הגוף למעבר של תכונות חומר היא מאוד מושך מאז המעבר הוא מהיר, הפיך, לא יכול להתרחש בתוך קטטר וin vivo באופן אוטומטי לחלוטין. מאפיינים אלה נותנים יתרונות על פני למשל swit התרמיתChable ג'לי 26, שבו הסיכון של gelation בקטטר עקב שינויי טמפרטורה הוא הווה, ג'לים שדורש פילמור מושרה תמונה, שהוא מאתגר בשל חדירה מוגבלת אור והיווצרות רדיקלית 27, או ג'לים הדורשים שיתוף הזרקה של יוזם פילמור או accellerator 28.
שחרור מוצלח של תרופה מהידרוג'ל תלוי במידה רבה בגודל של התרופה. כפי שניתן לראות, תרופת המולקולה הקטנה הוא שוחרר מייד ואילו השחרור ההדרגתי של חלבון המודל מעל השבוע 1 מציג את ההבטחה של הידרוג אלה כמערכות אספקה לגורמי גדילה. באופן כללי, הידרוג'ל יותר מבטיח ככלי למשלוח חפצים גדולים כגון חלבונים, exosomes ותאי 29,30.
הליך המיפוי והזרקת אלקטרו 3-D מספק גישת משלוח מבוסס צנתר נבדקה מבחינה קלינית לטיפולים שונים בשריר הלב משובי, כגון הידרוג'ל. אדהערך ד של טכנולוגיה זו בהשוואה לטכניקות מסירה לא ניתוחית אחרות הוא תכנון הטיפול, כך שניתן להבחין שריר הלב רגיל, בהתקף לב ושנת החורף ולהדריך את הטיפולים באזור של עניין. חסרונות של חשש זה גישת המיומנויות טכניות הנדרשות והזמן רב והליך יקר 20. במודל חזירי הציג מיפוי אלקטרו אוטם שריר לב בעקבות זריקות intramyocardial מודרכות עם UPy-הידרוג'ל מולקולריים ביו. שילובים אחרים עם טיפולי משובי שלהיבדק במבחנת in vivo כדי להשיג יותר הצלחה בתחום מתפתח זה. יתר על כן, אופטימיזציה של תהליכי injectability ועיקור יש לבצע לתרגם בהצלחה בשיטה זו להגדרה קלינית.
The authors have nothing to disclose.
עבודה זו מומנה על ידי משרד החינוך, התרבות והמדע (תכנית הכבידה 024.001.035), ארגון הולנד למחקר מדעי (NWO), המועצה האירופית למחקר (FP7 / 2007-2013) הסכם ERC גרנט 308,045 ונערכו ב מסגרת LSH TKI. חלק צורות מחקר זה של פרויקט P1.03 העצור של תכנית המחקר של יו חומרי המכון, שותף במימון המשרד ההולנדי לענייני כלכלה. פרויקט זה נתמך על ידי בעניין נכס – הולנד מכון לב (www.icin.nl) ו" Wijnand מ 'פום Stichting ". המחברים מבקשים להודות להנק Janssen וג'וריס פיטרס לסינתזה של UPy-hydrogelator וRemco האמנויות למתן mRuby2. אנו מודים לברט Meijer, Tonny בוסמן, רוקסן Kieltyka, סטיין קרמר, יוסט Sluijter, IMO Hoefer, וFrebus אן Slochteren לדיונים מועילים הרבים וMarlijn ינסן, ג'ויס ויסר, גרייס קרופט וMartijn אן Nieuwburg לteסיוע 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 |