Инкапсулированные технологии клеток для доставки биологических препаратов для мышиного глаза
Summary
Здесь представлен протокол для использования альгината в качестве полимера в микроинкапсуляции увековеченных клеток для длительной доставки биопрепаратов на глаза грызунов.
Abstract
Многие текущие терапии в стадии разработки для заболеваний заднего полюса глаза являются биопрепаратами. Эти препараты должны вводиться часто, как правило, через внутривитровтровые инъекции. Инкапсулированные клетки, выражающие биологический выбор, становятся инструментом для местного производства и высвобождения белка (например, с помощью долгосрочных лекарств). Кроме того, инкапсуляционные системы используют проницаемые материалы, которые позволяют диффузии питательных веществ, отходов и терапевтических факторов в и из клеток. Это происходит при маскировке клеток от иммунного ответа хозяина, избегая необходимости подавления иммунной системы хозяина. Этот протокол описывает использование альгината в качестве полимера в микроинкапсуляции в сочетании с электроспрепом метод в качестве метода микроинкапсуляции. Клетки ARPE-19, спонтанно возникающие линии клеток RPE человека, были использованы в долгосрочных экспериментах клеточной терапии из-за его функциональности жизни, и он используется здесь для инкапсуляции и доставки капсул для глаз мыши. Рукопись обобщает шаги для микроинкапсуляции клеток, контроля качества и глазной доставки.
Introduction
Клеточная терапия представляет собой революционные биологические методы, которые широко применяются в медицине. В последнее время они успешно применяются в лечении нейродегенеративных заболеваний, глазных заболеваний и рака. Клеточная терапия охватывает широкий спектр полей от замены клеток до доставки лекарств, и этот протокол фокусируется на последнем. Биоразлагаемые альгинатные микрокапсулы (MC) показали эффективность в качестве системы доставки, и они становятся широко используемыми в биомедицинской области. Alginate был использован в микроинкапсуляции из-за его простой процесс гелеобразующего, биоразлагаемость, отличная биосовместимость, и стабильность в условиях in vivo1,2,3,4.
Метод электроспрея, как метод микроинкапсуляции, был успешно использован для инкапсулирования пептидов и белков с использованием альгината (базовый полимер) и поли-л-орнитин (вторичное покрытие полимера). Оба полимера естественным образом найдены и использованы для их биосовместимости5,,6,,7. Тем не менее, основной проблемой в клеточной терапии является подавление иммунной системы хозяина, чтобы избежать побочных эффектов, вызванных иммуносупрессивными препаратами. Проницаемость альгината микрокапсул считается подходящим свойством для инкапсуляции клеток, что позволяет диффузии питательных веществ, отходов и терапевтических факторов в и из клеток, маскируя их от иммунного ответа хозяина8,9,10.
В глазах, инкапсулированные клетки были использованы в клинических испытаниях для постоянной доставки биопрепаратов (т.е., факторы роста11,12 и фактор роста антагонистов13) для лечения пигментного ретинита или возрастной макулярной дегенерации. Другие цели, такие, как ингибиторы комплемента14, также в настоящее время изучаются в доклинических условиях.
Protocol
Representative Results
Discussion
Этот метод инкапсуляции клеток относительно быстр и прост в исполнении; однако, некоторые моменты должны быть в виду, чтобы получить точные результаты вниз по течению. Клетки должны поддерживаться в культуре в чашке Петри до инкапсуляции и проводиться при надлежащей стельности. Инкапс…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Это исследование было частично поддержано грантами, присужденными B. R. Национальными институтами здравоохранения (R01EY019320), Департаментом по делам ветеранов (RX000444 и BX003050) и Фондом SmartState в южной Каролине.
Materials
| 3 mL Syringe | BD | 309656 | |
| 30 G 1" Blunt needle | SAI Infusion technology | B30-100 | |
| Alginic acid sodium salt, from brown algae | Sigma | A0682 | |
| Atropine Sulfate Ophthalmolic solution (1%) | Akorn | NDC 17478-215-15 | for pupil dilation |
| BD 1 mL Syringe 26 G x 3/8 (0.45 mm x 10 mm) | Becton, Dickinson and Company | DG518105 500029609 REF 309625 | to generate the guide hole |
| Calcium chloride, Anhydrous, granular | Sigma | C1016 | |
| GenTeal Tears | Alcon | NDC 0078-0429-47 | to lubricate the eyes during anesthesia |
| Goniotaire: Hypromellose (2.5%) Ophthalmolic Demulcent Solution (Sterile) | Altaire Pharmaceuticals Inc. | NDC 59390-182-13 | to lubricate the eyes during anesthesia |
| Hamilton Needle/syringe Tip: 27 Gauge, Small Hub RN NDL, custum length (12mm), point style 3, 6/PK | Hamilton | 7803-01 | for intravitreal delivery of capsules |
| Hamilton Syringe: 2.5 µL, Model 62 RN SYR, NDL Sold Separately | Hamilton | 7632-01 | for intravitreal delivery of capsules |
| HEPES buffer, 1M | Fisher Bioreagents | BP299100 | |
| High voltage generator | ESD EMC Technology | ES813-D20 | |
| LIVE/DEAD Viability/Cytotoxicity Kit | Thermofisher Scientific | L3224 | |
| L-Ornithine hydrochloride, 99% | Alfa Aesar | A12111 | |
| Neomycin and Polymyxin B Sulfates and Dexamethasone Ophthalmolic Ointment | SANDOZ | NDC 61314-631-36 | antibiotic to prevent infection after intravitreal injection |
| Phenolephrine Hydrochloride Ophthalmolic Solution (2.5%) | Akorn | NDC 17478-201-15 | for pupil dilation |
| Sodium Chloride | Sigma | S-5886 | |
| Sterile syringe filters, 0.2 um | VWR | 28143-312 | |
| Syringe pump | GRASEBY | MS16A |
References
- Allen, T. M., Cullis, P. R. Drug delivery systems: entering the mainstream. Science. 303 (5665), 1818-1822 (2004).
- Tonnesen, H. H., Karlsen, J. Alginate in drug delivery systems. Drug Development and Industrial Pharmacy. 28 (6), 621-630 (2002).
- Vilos, C., Velasquez, L. A. Therapeutic strategies based on polymeric microparticles. Journal of Biomedical Biotechnology. 672760, (2012).
- Gasperini, L., Mano, J. F., Reis, R. L. Natural polymers for the microencapsulation of cells. Journal of the Royal Society Interface. 11 (100), 20140817 (2014).
- Gasper, D. P. R. . Novel strategy to produce a drug delivery system for skin regeneration. Uma nova estratégia para produzir um dispositivo para entrega de fármacos que será usado na regeneração da pele. , (2012).
- Huang, S., Fu, X. Naturally derived materials-based cell and drug delivery systems in skin regeneration. Journal of Controlled Release. 142 (2), 149-159 (2010).
- Nograles, N., Abdullah, S., Shamsudin, M. N., Billa, N., Rosli, R. Formation and characterization of pDNA-loaded alginate microspheres for oral administration in mice. Journal of Bioscience and Bioengineering. 113 (2), 133-140 (2012).
- Moore, K., Amos, J., Davis, J., Gourdie, R., Potts, J. D. Characterization of polymeric microcapsules containing a low molecular weight peptide for controlled release. Microscopy and Microanalysis. 19 (1), 213-226 (2013).
- Xu, Y., Skotak, M., Hanna, M. Electrospray encapsulation of water-soluble protein with polylactide. I. Effects of formulations and process on morphology and particle size. Journal of Microencapsulation. 23 (1), 69-78 (2006).
- Gryshkov, O., et al. Process engineering of high voltage alginate encapsulation of mesenchymal stem cells. Materials Science and Engineering: C. 36, 77-83 (2014).
- Thanos, C. G., et al. Sustained secretion of ciliary neurotrophic factor to the vitreous, using the encapsulated cell therapy-based NT-501 intraocular device. Tissue Engineering. (11-12), 1617-1622 (2004).
- Kauper, K., et al. Two-year intraocular delivery of ciliary neurotrophic factor by encapsulated cell technology implants in patients with chronic retinal degenerative diseases. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 53 (12), 7484-7491 (2012).
- Kauper, K., et al. Long term, sustained intraocular delivery of a VEGF antagonist using encapsulated cell technology implant for the treatment of choroidal neovascular diseases. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 53, 455 (2012).
- Annamalai, B., et al. Encapsulated Cell Technology-Based Delivery of a Complement Inhibitor Reduces Choroidal Neovascularization in a Mouse Model. Translational Visual Science Technology. 7 (2), 3 (2018).
- Alge, C. S., et al. Retinal Pigment Epithelium Is Protected Against Apoptosis by αB-Crystallin. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 43 (11), 3575-3582 (2002).
- Chiu, K., Chang, R. C., So, K. F. Intravitreous injection for establishing ocular diseases model. Journal of Visualized Experiments. (8), 313 (2007).
- Jove Science Education Database. Lab Animal Research. Anesthesia Induction and Maintenance. Journal of Visualized Experiments. , (2019).
- Holz, F. G., et al. Efficacy and Safety of Lampalizumab for Geographic Atrophy Due to Age-Related Macular Degeneration: Chroma and Spectri Phase 3 Randomized Clinical Trials. JAMA Ophthalmology. 136 (6), 666-677 (2018).
- Kassa, E., Ciulla, T. A., Hussain, R. M., Dugel, P. U. Complement inhibition as a therapeutic strategy in retinal disorders. Expert Opinion in Biological Therapy. 19 (4), 335-342 (2019).
- Cashman, S. M., Ramo, K., Kumar-Singh, R. A Non Membrane-Targeted Human Soluble CD59 Attenuates Choroidal Neovascularization in a Model of Age Related Macular Degeneration. PLoS ONE. 6 (4), e19078 (2011).
- Vincent, L., et al. Generation of combination PDGF / VEGF-antagonist ECT devices. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 54, 3290 (2013).
- Zhang, K., et al. Ciliary neurotrophic factor delivered by encapsulated cell intraocular implants for treatment of geographic atrophy in age-related macular degeneration. Proc Natl Acad Sci USA. 108 (15), 6241-6245 (2011).
- Chew, E. Y., et al. Ciliary neurotrophic factor for macular telangiectasia type 2: results from a phase 1 safety trial. American Journal of Ophthalmology. 159 (4), 659-666 (2015).
- Birch, D. G., et al. Randomized trial of ciliary neurotrophic factor delivered by encapsulated cell intraocular implants for retinitis pigmentosa. American Journal of Ophthalmology. 156 (2), 283-292 (2013).
