우레이 – 피리 미디를 기반으로 초분자 수화 젤은 거시적 인 겔 특성과 산도를 사용하여 졸 – 겔 (sol-gel) 스위칭 동작을 완벽하게 제어 할 수 있습니다. 여기서, 우리는 돼지 심장 관련 분야에서 직접 로컬 전송을위한 카테터 전달 시스템을 통해 이러한 초분자 hydrogelator 제형 및 주입 프로토콜을 제시한다.
손실 심근의 재생으로 인해 만성 허혈성 심부전의 증가 발생 및 기증자 마음에 제한된 액세스의 미래 치료의 중요한 목표이다. 심장의 기능을 복구하는 처리의 예는 하이드로 겔로부터 약물 및 생체 활성제의 전달 로컬로 구성된다. 본 논문에서는 방법이 공식화 및 비 침습적 및 측면 별 길고 유연한 카테터를 사용하여 돼지 심장에 약물이 장착 된 하이드로 젤을 주입하기 위해 도입된다. 카테터를 통한 3-D 전기 매핑 및 분사의 사용은 심근의 측면 특정 처리를 허용한다. 이 카테터와 호환 하이드로 겔을 제공하기 위해 초분자 수화 젤 때문에 환경 트리거를 사용하여 용액 상태에서 겔 편리한 스위칭 사용된다. 염기성 pH에서이 우레이도 – 피리 미디 논이 변성 폴리 (에틸렌 글리콜)이 쉽게 주입 될 수 뉴턴 유체로서 작용하지만, 생리 학적 pH에서 용액을 급속으로 전환젤. 우리는 시험 관내 및 생체 내 실험에서 모두 여기에 제시 이러한 온화한 전환 조건은 성장 인자 및 엑소 좀과 같은 생리 활성 약물과 생체 활성 종의 혼입 허용한다. 시험 관내 실험은 겔의 조정이 가능하고 생체 내에서 후속 프로그램 전에 제거 특성을 겔 안정성 및 약물 방출 포핸드 표시 상을 제공한다. 이러한 조합이 사용되는 생리 활성 화합물을 겔의 최적 튜닝 가능하며 종 및 주입 시스템.
급성 심근 경색의 치료에 크게 생존율을 개선 하였지만, 만성 허혈성 심부전 고령화로 진행 주요 공중 건강 문제이다. 2030 1, 2의 유병률 추정 25 % 증가 미국에서 약 600 만 심부전 환자가있다. 심근 조직의 초기 손실은 심장 리모델링에 이르게 결국 만성 심장 마비가 발생합니다. 심장 이식을 제외하고, 환자의이 그룹에 대한 실제 치료가 없습니다. 도너 하트 증가 단점 리모델링이 프로세스를 반대로 새로운 가능한 치료법을 개발해야 할 필요성을 강조한다. 따라서, 미래의 치료를위한 목표는 손실 심근의 재생이다.
하이드로 겔이 때문에 생체 적합성의 재생 의료 분야에서 흥미로운 물질이며, 외부 트리거 3 민감도. 주 사용 하이드로 겔은 광고를 제공최소 침습 수술 (4)에서의 사용이 아닌 주 사용 하이드로 젤을 통해 vantages. 이들 주사 가능한 하이드로 겔 인해 생리적 조건 5 내에서 전환 가능으로 주사기를 통해인가하고, 원칙적으로 6 접근 카테터 기반 주입을 허용 할 수있다. 다른 전략은 어느 온도, pH 및 전단 박화 거동 4,7,8 의한 물리적 가교에 주사 후 화학 가교에 이르기까지, 주사 가능한 물질에 사용되어왔다. 여러 시스템이 주사기 9,10를 통해 쉽게 입성을 표시했지만, 전체 카테터 호환성은 종종 6 표시되지 않았습니다.
초분자 폴리머로부터 제조 된 하이드로 겔 환경 트리거 (11)를 사용하여 비 – 공유 용액 상태로 겔로부터 편리하게 전환 할 수 상호 작용, 또는 그 반대로함으로써 형성된다. 또한, 저 분자량 전구체는 용이 가공성 12,13 허용 </sup>. 이러한 어렵 같은 다양한 생물학적 활성 성분의 첨가는 성장 인자를 처리 할 수 있도록 전환에 필요한 온화한 조건.
폴리 (에틸렌 글리콜) (PEG)에 기초하여 물 초분자 일시적인 네트워크, 우레이도 – 피리 미디 논 (UPy)과 일단은 변성 14 잔기 생물 의학 응용과 함께 비공유 상호 작용의 이점을 도시하고 약물 전달 시스템으로 사용 된 마음 (6)과 신장 캡슐 (15) 아래에. 이러한 네트워크는 소수성 포켓을 형성하는 알킬 스페이서에 의해 수성 환경으로부터 차폐 UPy 집단의 이량 체화에 의해 형성된다. 우레아 수소 결합은 나노 섬유로 이들의 이량 후속 적층을 용이하게한다. pH 및 온도로 용액으로부터 겔을 전환 할 수 있으므로 인해 UPy-UPy 이합체 가역적 상호 작용, 예컨대 트리거한다. 합성 모티브의 사용은 시험에 의해 분자 겔 특성의 설계가 가능PEG-체인 및 알킬 스페이서 (14, 16)의 PLE 튜닝 길이.
또한, 여러 가지 생리 활성 성분은 단순히 각각 성장 인자 또는 엑소 좀과 같은 약물이나 생체 활성 종으로 주입 전에 hydrogelator 초분자 용액을 혼합하여 도입 될 수있다. 엑소 좀은 세포질 유도체를 포함하는 작은 소포 막이다. 그들은 많은 세포에 의해 분비되어 세포 간 통신에 참여하고 있습니다. 심근 세포 전구 세포로부터 유도 된 엑소 좀은 심장 (17)에 보호 역할을하는 것으로 제안된다.
여기서는 제형의 프로토콜을 기술하고, 이러한 생체 활성 초분자 수화 젤의 생체 심근 주입한다. 시험 관내 실험은 겔의 튜닝을 허용 겔 안정성 및 약물 방출 포핸드 지시에주고 전에 제거 특성을 설명한다 생체 내에서 응용 프로그램입니다.
핵심 과제는 생체 활성 화합물과 호환 솔루션을 유지하면서 긴 카테터를 통해 주사하는 용액을 수득한다. pH가 입성을 증가 증가해야하지만, 이러한 성장 인자와 같은 생리 활성 화합물은 신중하게 처리해야 깨지기 쉬운 분자이다. 우리는 밀접 어떤 생체 활성 성분을 첨가하기 전에 pH를 9.0 확인 hydrogelator 첨가 후 pH 미터를 사용하여 용액의 pH를 모니터링. 처음에는 PBS의 시작 pH를 조정 몇 차례 오른쪽의 pH로 종료 할 필요가 있었다. 우리는 비교적 점성 용액 및 가늘고 긴 카테터를 사용하기 때문에 또, 큰 압력 강하 (분사의 속도에 따라, 압력 0.5MPa의 순)으로 존재한다. 따라서, 특별한주의는 주사기와 카테터 사이의 올바른 연결을 선택에주의해야한다. 손으로 그런 힘을 적용하는 것과 주사기 펌프 지원 제어 주입은 도전이다. 용의 vitr이는 생체 내에서 조직의 자연 산도가 수행되는 동안 O 실험은, 용액, 염산 용액으로 중화하여 겔화시켰다. 따라서, pH의 오버 슈트를 방지하기 위해 HCl을 적당한 양을 추가하는 것이 중요하다. 이 산의 확산은 아마도 시험 관내 실험에서 하이드로 겔의 겔화에 제한 인자이고; 그러나, 생체 내에서 액을 중화 조직과 높은 접촉 표면적을 갖고있는 것이 거의 확실 결과적으로 더 빠르고 더 균일하게 겔화 진한 산의 첨가를 적가에 비해. 이전에 사용 된 방법 (0.5 시간 내지 2 대) (25)에 비하여 또, 겔 전환이 훨씬 빠르고 가벼운 절차이다. 재료 특성의 전환을위한 신체의 자연적인 산도를 사용하여 전환, 가역 신속하기 때문에 매우 매력적이다, 카테터 내부에서 발생하고 생체 내에서 완전히 자동으로 할 수 없습니다. 이러한 속성은 예를 들어 열 좋아 스위트를 통해 이점을 제공chable는 온도 변화로 인한 카테터에 겔화의 위험이 존재한다 (26)으로 인해 제한된 광 투과 및 래디컬 생성 (27), 또는 중합 개시제의 공동 – 주입을 필요로 겔에 도전 광 – 유도 중합, 필요 겔 겔화 또는 accellerator 28.
하이드로 겔에서 약물의 성공적인 출시는 크게 약물의 크기에 따라 달라집니다. 도시 된 바와 같이 일주 위에 모델 단백질의 서방이 성장 인자에 대한 전달 시스템 이러한 하이드로 겔의 가능성을 보여 주지만, 소분자 약물이 즉시 방출된다. 일반적으로, 하이드로 겔은 단백질, 엑소 좀 셀 29, 30와 같은 더 큰 객체의 전달 도구로 유망하다.
3-D 전기 매핑 및 주입 방법은 하이드로 겔과 같은 다양한 심근 재생 요법에 대한 임상 적 유효성 카테터 기반 배출 방법을 제공한다. adde다른 비수술 전달 기법에 비해이 기술의 D 값은 가능한 정상 동면 심근 경색과 차별화 및 관심 영역에 치료를 안내하게 치료 계획이다. 이 방법에 필요한 기술 능력과 시간이 소요 관심과 비싼 절차 (20)의 단점. 심근 경색 전기 매핑의 선물 돼지 모델에서 생리 활성 초분자 UPy – 하이드로 겔과 안내 심근 내 주입으로 이어졌습니다. 재생 치료와 다른 조합은 체외에서 테스트 할하고 생체 내에서이 새로운 분야에 더 많은 성공을 얻을 수 있습니다. 또한, 주 입성 및 살균 절차의 최적화를 성공적으로 임상에이 방법을 번역하기 위해 수행되어야한다.
The authors have nothing to disclose.
이 작품은 교육, 문화, 과학 (중력 프로그램 024.001.035)의 교육부에 의해 투자되었다, 과학 연구에 대한 네덜란드기구 (NWO), 유럽 연구위원회 (FP7 / 2,007에서 2,013 사이) ERC 보조금 협정 308045와 내에서 실시 LSH TKI 프레임 워크. 생물 의학 재료 연구소의 연구 프로그램의 프로젝트 P1.03 갇힌의이 연구 형태 부분은, 경제 업무의 네덜란드 교육부가 공동으로 자금을 지원. 네덜란드 심장 연구소 (-이 프로젝트는 ICIN에 의해 지원되었다 www.icin.nl )과 "Wijnand 엠 응원단에는 Stichting". 저자는 mRuby2를 제공 UPy-hydrogelator 및 Remco의 예술의 합성 헹크 얀센과리스 피터에게 감사의 말씀을 전합니다. 우리는 테에 대한 버트 Meijer에, TONNY 보스만, 록산 Kieltyka, 스테인 크레이머, 주스트 Sluijter, 이모 호 우퍼, 그리고 많은 유용한 토론 Frebus 반 Slochteren 및 Marlijn 얀센, 조이스 비서, 그레이스 크로프트와 Martijn 반 Nieuwburg 감사합니다chnical 지원.
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 |