유동 하에서 혈관 약물 표적화 연구를 위한 체외 3D 세포 배양 동맥 모델
Summary
여기서, 우리는 생리적 흐름하에서 제조된 실제 크기의 3차원 인간 동맥 모델에서 내피 세포에 약물 운반대의 표적 증착을 연구하고 매핑하는 새로운 프로토콜을 제시한다. 제시된 방법은 혈관 시스템 내의 약운반체를 표적으로 하는 새로운 플랫폼역할을 할 수 있다.
Abstract
올바른 치수와 해부학으로 설계된 인간 동맥의 3차원 (3D) 모델을 사용하면 심혈관 시스템에서 다양한 중요한 과정을 적절하게 모델링 할 수 있습니다. 최근, 여러 생물학적 연구가 인간 동맥의 이러한 3D 모델을 사용하여 수행되었지만 혈관 표적을 연구하기 위해 적용되지 않았습니다. 이 논문은 3D 프린팅 기술을 사용하여 실제 크기의 재구성된 인간 동맥 모델을 제조하고, 인간 내피 세포(EC)와 정렬하고, 생리적 흐름하에서 입자 타겟팅을 연구하는 새로운 방법을 제시합니다. 이러한 모델은 저비용 성분을 사용하여 인체에서 혈관의 생리적 크기와 상태를 복제하는 장점이 있습니다. 이 기술은 연구 하 고 심장 혈관 시스템에서 약물 타겟팅을 이해 하기 위한 새로운 플랫폼 역할을 할 수 있습니다 및 새로운 주 사용 나노 의약품의 디자인을 향상 시킬 수 있습니다. 더욱이, 제시된 접근은 환자 특정 흐름 및 생리적 조건하에서 심혈관 질병을 위한 다른 에이전트의 표적 납품의 연구 결과에 중요한 공구를 제공할 수 있습니다.
Introduction
최근 인간 동맥1,2,3,4,5의3D 모델을 활용하여 여러 가지 접근 법이 적용되었습니다. 이러한 모델은 생체 내인체에 있는 다른 동맥의 생리해부학 및 환경을 복제합니다. 그러나, 그(것)들은 주로 세포 생물학 연구 결과에서 이용되었습니다. 내피성으로 입자의 혈관 표적화에 대한 현재 연구는 실리코 전산 시뮬레이션6,7,8, 체외 미세 유체 모델9,10,11및 생체 내 동물모델(12)에포함된다. 그들이 제공 한 통찰력에도 불구하고, 이러한 실험 모델은 정확하게 혈액 흐름과 혈역학이 지배적 인 요인을 구성하는 인간의 동맥에서 발생하는 타겟팅 프로세스를 시뮬레이션하는 데 실패했습니다. 예를 들어, 복잡한 재순환 흐름 패턴 및 벽 전단 응력 그라데이션으로 알려진 경동맥 분열에서 죽상 경화성 영역을 표적으로 하는 입자의 연구는내피(13),14,15,16에도달하기 전에 입자가 취한 여행에 영향을 미칠 수 있다. 따라서 이러한 연구는 생리적 환경, 즉크기, 치수, 해부학 및 유동 프로필을 복제하는 조건하에서 수행해야 합니다.
최근에, 이 연구 그룹은 3D 재구성된 인간 동맥 모델을 제조하여혈관(17)에입자의 증착 및 표적을 연구하였다. 모델은 인간 혈관의 기하학적 3D 복제본을 기반으로 했으며, 그 후 내부 벽을 줄지어 있는 인간 적인 IC로 배양되었습니다. 또한 생리적 흐름을 생성하는 관류 시스템을 실시하면 모델은 생리적 상태를 정확하게 복제했습니다. 관류 시스템은 폐쇄 및 개방 회로 구성 모두에서 연동 펌프를 사용하여 일정한 유량으로 유체를 퍼퓨즈하도록설계되었습니다(그림 1). 이 시스템은 경동맥 모델 내부에 시드된 셀에 파티클 증착 및 타겟팅을 매핑하는 폐쇄 회로로 사용할 수 있습니다. 또한, 실험의 끝에서 비부착 입자를 세척하고 시스템을 청소하고 유지하기 위해 개방 회로로 사용될 수 있다. 이 백서는 인간 경동맥 분기의 3D 모델 제조, 관류 시스템의 설계 및 모델 내부의 표적 입자의 증착 매핑을 위한 프로토콜을 제시합니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
입자의 혈관 표적을 연구하는 현재접근은 인체에 존재하는 생리적 조건을 복제하는 데 부족합니다. 여기에 제시된 인간 동맥의 3D 재구성 모델을 조작하여 맞춤형 관류 시스템을 사용하여 적용되는 생리적 흐름하에서 동맥을 감싸는 IC에 입자 타겟팅을 연구하는 프로토콜이 여기에 제시된다. 3D 프린팅용 재료를 선택할 때는 투명 플라스틱 모델로의 안료 전달을 피하기 위해 투명 플라스틱을 사용…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 이스라엘 과학 재단 (ISF 보조금 # 902/18)에 의해 지원되었다. 마리아 Khoury의 장학금은 바론스 아리안 드 로스차일드 여성 박사 프로그램에 의해 지원되었다.
Materials
| 3D printer | FormLabs | PKG-F2-REFURB | |
| Acetone, absolute (AR grade) | |||
| Connectors | Nordson Medical | FTLL013-1 | Female Luer |
| FTLL230-1 | Female Luer | ||
| FTLL360-1 | Female Luer | ||
| LP4-1 | Male Luer Integral Lock | ||
| Damper | Thermo-Fisher Scientific | DS2127-0250 | Nalgene Polycarbonate, Validation Bottle |
| Damper Cover | Thermo-Fisher Scientific | 2162-0531 | Nalgene Filling/Venting Closures |
| Elastosil Elastosil RT 601 A | Wacker | 60003805 | |
| Elastosil RT 601 B | Wacker | 60003817 | The crosslinker |
| Endothelial Cell Media | ScienCell | 1001 | |
| Fibrontectin | Sigma Aldrich | F0895-5mg | |
| HUVEC | Lonza | CC-2519 | |
| Isopropyl alcohol, AR grade 99.5% | Remove plastic dust from the sanded model | ||
| Lacquer | Rust-Oleum | 2X-Ultra cover Gloss Clear | |
| Matlab | Mathworks | https://www.mathworks.com/products/matlab.html | |
| Microscope | Nikon | SMZ25 | |
| Microscope Camera | Nikon | DS-Qi2 | |
| Peristaltic pump | Watson Marlow | 530U IP31 | With 2 pumpheads: 313D |
| Plastic tube clamp | Quickun | 1-2240-stopvalve-2pcs | |
| Polystyrene Particles | Thermo-Fisher Scientific | F8827 | Diameter = 2 µm |
| Printer resin | FormLabs | RS-F2-GPCL-04 | |
| Rotator | ELMI Ltd. | Intelli-Mixer RM-2 | |
| Solidworks | SolidWorks Corp., Dassault Systèmes | https://www.solidworks.com/ | |
| Tubing | Watson Marlow | 933.0064.016 | Tubing for the pump: 6.4 mm ID |
| All the other tubing: Silicon tubing: 4 mm ID |
Referenzen
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