喉頭気管狭窄を伴うマウスにおける生体適合性薬物溶出気管ステントの設計
Summary
喉頭気管狭窄は、気管気道を重大に狭くし、効果的な医療療法を欠く病理学的瘢痕沈着から生じる。PLLA-PCL(70%ポリL-ラクチドおよび30%ポリカプロラクトン)ステントを局所薬物送達システムとして用いて、気管内の瘢痕増殖を減少させることを目的とした潜在的な治療法を検討することができる。
Abstract
喉頭気管狭窄(LTS)は、胸外閉塞および著しい息切れにつながる下耳筋炎および気管の病理学的狭窄である。LTSは気管内の異物からの粘膜損傷の結果、組織損傷および局所炎症反応を引き起こし、病理学的瘢痕組織の沈着につながる。LTSの治療は、効果的な医療療法の欠如のために外科的です。この方法の目的は、LTSを有するマウスに配置するために小型化することができる生体適合性ステントを構築することです。PLLA-PCL(70%ポリL-ラクチドおよび30%ポリカプロラクトン)コンストラクトは、最適な生体力学的強度を有し、生体適合性があり、生体内配置ステントに対して実用的であり、薬物を溶出することができることを実証した。この方法は、局所的に炎症を抑制し、気道線維化を軽減するために、様々な免疫調節剤を試験するための薬物送達システムを提供する。ステントの製造は28-30時間かかり、容易に再生することができ、大きなコホートの実験を可能にする。ここでは、ステント内に薬物ラパマイシンを組み込み、線維化およびコラーゲン沈着を減少させる効果を試験した。結果は、PLLA-PCLテントが信頼性の高いラパマイシン放出を示し、生理学的条件下で機械的に安定であり、生体適合性であり、気管における炎症反応をほとんど誘発することを明らかにした。また、ラパマイシン溶出PLLA-PCLステントは、生体内の気管内の瘢痕形成を減少させた。
Introduction
喉頭気管狭窄(LTS)は、イアトロゲン後挿管損傷による気管の病理学的狭窄である。細菌のコロニー形成の組み合わせは、気管切開または気管内チューブに対する異物応答、および患者特異的因子が異常な炎症反応を引き起こす。この不適応免疫応答は、気管内のコラーゲンの沈着につながり、気管およびその後の狭窄1、2の発光狭窄をもたらす。この疾患の現在の治療法は主に外科的であるため、過剰なコラーゲン沈着につながる異常な炎症およびプロ線維性経路を標的とする代替医学的ベースの治療パラダイムの開発が検討されている。mTORシグナル伝達複合体を阻害するラパマイシンは、免疫抑制効果と堅牢な抗線維芽細胞効果を有することが示されている。しかしながら、ラパマイシンが全身的に投与されると、一般的な副作用(例えば、高脂血症、貧血、血小板減少症)は3と発音することができる。私たちの方法論の目的は、これらの全身的な影響を軽減する気道で使用するために実用的な地元の薬物送達のための車両を開発することです。我々の評価は、薬物送達構造に対する局所免疫応答と、線維芽細胞機能を阻害し、局所免疫微小環境を変化させる能力を調査することに焦点を当てている。疾患特異的な結果には、線維症のマーカーを評価する生体内検査が含まれる。
生分解性薬物溶出ステントは、気道4を含む多臓器系における疾患の動物モデルに用いられている。気道狭窄または崩壊の管理のために、以前の調査は、薬物被覆シリコーンおよびニッケルベースのステント5を使用している。PLLA-PCLコンストラクトは、その薬物溶出プロファイルおよび3週間にわたる生理学的状態における機械的強度のためにこの特定の方法に対して選択された、これは、以前に発表された研究6で実証されている。PLLA-PCLはまた、FDA4によって既に承認された生体適合性および生分解性材料である。シスプラチンやMMCを溶出する生体適合性ステントは、ウサギやイヌなどの大型動物モデルで研究されている。しかし、これらの動物モデルでは、ステントは疾患の動物モデルに入れられ、経皮的に移植された。本研究は、気道損傷および喉頭気管狭窄のマウスモデルに経経口的に配置された生体適合性薬物溶出ステントを評価するためのユニークな方法を提供する。免疫調節薬を局所的に溶出し、マウスモデルでの研究のために小型化することができる生体適合性ステントは、翻訳前臨床研究に役立ちます。他の材料構造とのステント利用の以前の試みは、LTS7を区別する基礎炎症を悪化させる堅牢な異物応答を生成しました。この方法論は、我々の知る限り、LTSのマウスモデルにおけるステントベースの薬物送達システムの免疫調節および抗線維化効果を研究する最初の種類である。マウスモデル自体は、気管に対する免疫調節薬の効果を研究するためのいくつかの利点を提供しています。遺伝子組み換えマウスや健康で病気のマウスの実験的コホートを研究することができ、実験的な再現性につながり、費用対効果を向上させることができます。さらに、マウス気管へのステントの送達は、ヒトにおけるこのようなステントの臨床送達を模倣し、この方法の翻訳上の利点をさらに強調する。最後に、薬物とPLLA-PCLステントを製造することができる相対的な容易さは、気管の瘢痕形成を減少させることを目的とした代替薬物療法を提供するための改変を可能にする。
Protocol
Representative Results
Discussion
生体内で薬物溶出ステントを正常に構築して使用するための最も重要なステップは、1)望ましい薬物溶出速度に対する最適なPLLA-PCL比を決定し、2)溶出する薬物の適切な濃度を決定し、3)ステントを成形する生体内使用のためのアンギオカテルの周り、および4)致命的な気道閉塞を引き起こすことなく、LTS誘導後にマウスにステントを経口的に送り込む。
気道疾患の動物モ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
国立衛生研究所の難聴およびその他のコミュニケーション障害に関する研究所は、受賞番号1K23DC014082および1R21DC017225(アレクサンダー・ヒレル)の下で。この研究はまた、三物学会と米国外科医大学(アレクサンダー・ヒレル)、米国医師会財団、シカゴ、IL(マダヴィ・ドゥヴリ)、T32 NIDCD研修助成金(ケビン・モッツ)によって財政的に支えられています。
Materials
| 1. For stent | |||
| 22-gauge angiocatheter | Jelco | 4050 | |
| Dichloromethane | Sigma Aldrich | 270997-100ML | |
| Glycerol | Fisher Scientific | 56-81-5 | Available from other vendors as well. |
| PDLGA | Sigma Aldrich | 739955-5G | |
| PLLA-PCL (70 : 30) | Evonik Industries AG | 65053 | |
| Rapamycin | LC Laboratories | R-5000 | |
| 2. Animal surgery | |||
| Wire brush | Mill-Rose Company | 320101 | |
| 3. For immunohistochemistry staining | |||
| Antigen retrival buffer | Abcam | ab93678 | Available from other vendors as well; acidic pH needed |
| DAPI | Cell Signaling | 8961S | |
| DMEM | ThermoFisher Scientific | 11965-092 | Available from other vendors as well. |
| FBS (Fetal Bovine Serum) | MilliporeSigma | F4135-500ML | |
| Goat anti-rabbit-488 antibody | Lif technology | a11008 | |
| Goat anti-rat-633 antibody | Lif technology | a21094 | |
| Hydrophilic plus slide | BSB7028 | ||
| PBS | ThermoFisher Scientific | 100-10023 | Available from other vendors as well. |
| Rabbit anti-CD3 antibody | Abcam | ab5690 | |
| Rat antiF4/80 antibody | Biolengend | 123101 | |
| Zeiss LSM 510 Meta Confocal Microscope | Zeiss | ||
| 4. For quantative PCR | |||
| 0.5mm glass beads | OMNI International | 19-645 | |
| Bead Mill Homoginizer | OMNI International | ||
| Gene Specific Forward/Reverse Primers | Genomic Resources Core Facility | ||
| Nanodrop 2000 spectrophotometer | Thermo Scientific | ||
| Power SYBR Green Mastermix | Life Technologies | 4367659 | |
| RNeasy mini kit | Qiagen | 80404 | |
| StepOnePlus Real Time PCR system | Life Technologies |
References
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