Omfattende evaluering af effektiviteten og sikkerheden af moderkagen-målrettet medicinafgivelse ved hjælp af tre komplementære metoder
Summary
Vi beskriver et system, der benytter tre metoder til at evaluere sikkerheden og effektiviteten af moderkagen-målrettet medicinafgivelse: i vivo billeddannelse til at overvåge nanopartikel ophobning, høj frekvens ultralyd til at overvåge placenta og fostrets udvikling , og HPLC at kvantificere medicinafgivelse til væv.
Abstract
Ingen effektive behandlinger findes for moderkagen-associerede graviditetskomplikationer, og udvikle strategier for målrettet levering af lægemidler til moderkagen samtidig minimere føtal og maternel side effects er stadig en udfordring. Målrettet nanopartikel luftfartsselskaber giver nye muligheder for at behandle placenta lidelser. Vi har for nylig vist, at en syntetisk placenta chondroitin sulfat A bindende peptid (plCSA-BP) kan bruges til at guide nanopartikler til at levere lægemidler til moderkagen. I denne protokol, vi beskriver i detaljer et system til vurdering af effektiviteten af medicinafgivelse til moderkagen af plCSA-BP, der beskæftiger tre separate metoder anvendes i kombination: i vivo billeddannelse, høj frekvens ultralyd (HFUS) og høj ydeevne væskekromatografi (HPLC). Bruger i vivo blev billeddannelse, plCSA-BP-styrede nanopartikler visualiseret i placenta af levende dyr, mens HFUS og HPLC viste, at plCSA-BP-konjugeret nanopartikler effektivt og konkret leveret methotrexat til moderkagen. Således, en kombination af disse metoder kan bruges som et effektivt redskab til målrettet levering af lægemidler til moderkagen og udvikling af ny behandling strategier for flere graviditetskomplikationer.
Introduction
Moderkagen-medieret graviditetskomplikationer, herunder præeklampsi, graviditet tab, placenta abruption og små gestationsalder (SGA), er fælles og føre til betydelige føtal og maternel sygelighed og dødelighed1,2, 3, og meget få narkotika har vist sig for at være effektiv til behandling af graviditet lidelser4,5. Udvikling af strategier for mere selektive og sikrere moderkagen-målrettet medicinafgivelse under graviditet er stadig en udfordring i moderne medicinsk behandling.
I de seneste år, har flere rapporter fokuseret på målrettet levering af medicin til uteroplacental væv af belægning nanopartikler med peptider eller antistoffer som moderkagen-målrettede værktøjer. Disse omfatter en anti-epidermal vækstfaktor receptor (EGFR)6 antistof, tumor-homing peptider (CGKRK og iRGD)7, moderkagen-målrettet peptider8, placenta Vaskulaturen-målrettet peptider9 og antistoffer mod den oxytocin receptor10.
Vi viser her, at en syntetisk placenta chondroitin sulfat A bindende peptid (plCSA-BP) kan bruges til målrettet levering af nanopartikler og deres stof payloads til moderkagen11. PlCSA-BP-styrede nanopartikler er komplementær til den rapporterede uteroplacental målretningsmetoder, fordi de rettet mod de placenta trofoblast.
Som en ikke-invasiv metode, i vivo billeddannelse er blevet brugt til at overvåge moderkagen-specifikke genekspression i mus12og indocyanine grøn (regeringskonferencen) har været meget anvendt til at spore nanopartikler ved hjælp af fluorescens imaging systems13, 14,15. Dermed, vi injiceres intravenøst plCSA-BP-konjugeret nanopartikler fyldt med regeringskonferencen (plCSA-INPs) til at visualisere plCSA-INP distribution hos gravide mus med et fluorescens imager. Vi derefter intravenøst sprøjtet methotrexat (MTX)-påfyldt gravide mus plCSA-NPs. Høj-frekvens ultralyd (HFUS), en anden ikke-invasiv, real-time imaging værktøj16,17 blev brugt til at overvåge fostrets og placenta udvikling i mus. Endelig, vi brugte højtydende væskekromatografi (HPLC) for at kvantificere MTX distribution i placenta og fostre.
I denne protokol beskriver vi i detaljer de tre-metode system bruges til at vurdere effektiviteten af moderkagen-målrettet medicinafgivelse af plCSA-BP-styret nanocarriers.
Protocol
Representative Results
Discussion
I dette manuskript skitsere vi en tre-metode system til bestemmelse af, om plCSA-BP-styrede nanopartikler er et effektivt redskab til at målrette leveringen af narkotika til moderkagen. Brug af i vivo billeddannelse til at overvåge den infrarøde fluorescerende regeringskonferencen signal bekræftet placenta målretning specificiteten af plCSA-BP. Brug HFUS og HPLC, vi viste, at plCSA-BP-konjugeret nanopartikler effektivt kan levere MTX kun til den placenta celler, ikke for fosteret.
<p class="jove_content…Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbejde blev støttet af tilskud fra National Natural Sciences Foundation (81771617) og Natural Science Foundation i Guangdong provinsen (2016A030313178) tildeles X.F.; et tilskud fra de Shenzhen grundlæggende Research Fund (JCYJ20170413165233512) tildeles X.F; og Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health & menneskelig udvikling af National Institutes of Health under Award antal R01HD088549 (indholdet er udelukkende ansvarlig for forfattere og repræsenterer ikke nødvendigvis officielle visninger af National Institutes of Health) til NN
Materials
| CD-1 mice | Beijing Vital River | 201 | Female (8-12 week) |
| Insulin syringe | BD | 328421 | for IV injection |
| Ethanol absolute | Sinopharm Chemical | 10009218 | for nanoparticles synthesis |
| Soybean lecithin | Avanti Polar Lipids | 441601 | for nanoparticles synthesis |
| DSPE-PEG-COOH | Avanti Polar Lipids | 880125 | for nanoparticles synthesis |
| PLGA | Sigma-Aldrich | 719897 | for nanoparticles synthesis |
| Ultrasonic processor | Sonics | VCX130 | for nanoparticles synthesis |
| Methotrexate (MTX) | Sigma-Aldrich | V900324 | for nanoparticles synthesis |
| Indocyanine green (ICG) | Sigma-Aldrich | 1340009 | for in vivo imaging |
| phosphate-buffered saline (PBS) | Hyclone | SH30028.01 | |
| IVIS spectrum instrument | Perkin Elmer | for in vivo imaging | |
| Ultrasound transmission gel | Guanggong | ZC4252418 | for ultrasound imaging |
| Isoflurane | Lunan Pharmaceutical | I0040 | for maintain the anesthesia |
| Depilatory cream | Nair | TMG001 | for removing fur |
| 40 MHz transducer | VisualSonics | MS550S | for ultrasound imaging |
| High-frequency ultrasound imaging system | VisualSonics | Vevo2100 | for ultrasound imaging |
| Avertin | Sigma-Aldrich | T48402 | for anesthesia |
| Syringe pump | Mindray | SK-500III | forcardiac perfusion |
| 0.9% saline solution | Meilunbio | MA0083 | forcardiac perfusion |
| 1.5 mL Polypropylene tubes | AXYGEN | MCT-150-C | |
| -80 °C freezer | Thermo Fisher Scientific | 88600V | |
| Centriguge | Cence | H1650R | |
| Perchloric acid | Sigma-Aldrich | 311421 | for precipitating protein |
| Homogenizer | SCIENTZ | SCIENTZ-48 | for homogenizing tissue |
| Syringe filter (0.45 μm) | Millipore | SLHV033RS01 | |
| Sodium hydroxide | Sinopharm Chemical | 10019763 | for solving MTX |
| HPLC vials | Waters | 670650620 | for HPLC |
| Potassium phosphate dibasic | Sinopharm Chemical | 20032117 | for HPLC |
| Acetonitrile | JKchemical | 932537 | for HPLC |
| C18 column | Waters | 186003966 | for HPLC |
| HPLC system | Shimadzu | for HPLC |
Riferimenti
- Rodger, M. A., et al. The Association of Factor V Leiden and Prothrombin Gene Mutation and Placenta-Mediated Pregnancy Complications: A Systematic Review and Meta-analysis of Prospective Cohort Studies. PLOS Medicine. 7 (6), e1000292 (2010).
- Rodger, M. A., et al. Inherited thrombophilia and pregnancy complications revisited. Obstetrics & Gynecology. 112 (2 Pt 1), 320-324 (2008).
- Brenner, B., Aharon, A. Thrombophilia and adverse pregnancy outcome. Clinics in Perinatology. 34 (4), 527-541 (2007).
- Fisk, N. M., McKee, M., Atun, R. Relative and absolute addressability of global disease burden in maternal and perinatal health by investment in R&D. Tropical Medicine & International Health. 16 (6), 662-668 (2011).
- Fisk, N. M., Atun, R. Market failure and the poverty of new drugs in maternal health. PLOS Medicine. 5 (1), e22 (2008).
- Kaitu’u-Lino, T. u. J., et al. Targeted nanoparticle delivery of doxorubicin into placental tissues to treat ectopic pregnancies. Endocrinology. 154 (2), 911-919 (2013).
- King, A., et al. Tumor-homing peptides as tools for targeted delivery of payloads to the placenta. Science Advances. 2 (5), e1600349 (2016).
- Beards, F., Jones, L. E., Charnock, J., Forbes, K., Harris, L. K. Placental Homing Peptide-microRNA Inhibitor Conjugates for Targeted Enhancement of Intrinsic Placental Growth Signaling. Theranostics. 7 (11), 2940-2955 (2017).
- Cureton, N., et al. Selective Targeting of a Novel Vasodilator to the Uterine Vasculature to Treat Impaired Uteroplacental Perfusion in Pregnancy. Theranostics. 7 (15), 3715-3731 (2017).
- Paul, J. W., et al. Drug delivery to the human and mouse uterus using immunoliposomes targeted to the oxytocin receptor. American Journal of Obstetrics and Gynecology. 216 (3), e281-e283 (2017).
- Zhang, B., et al. Placenta-specific drug delivery by trophoblast-targeted nanoparticles in mice. Theranostics. 8 (10), 2765-2781 (2018).
- Fan, X., et al. Noninvasive monitoring of placenta-specific transgene expression by bioluminescence imaging. PloS One. 6 (1), e16348 (2011).
- Murata, M., Tahara, K., Takeuchi, H. Real-time in vivo imaging of surface-modified liposomes to evaluate their behavior after pulmonary administration. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. 86 (1), 115-119 (2014).
- Ito, A., et al. New whole-body multimodality imaging of gastric cancer peritoneal metastasis combining fluorescence imaging with ICG-labeled antibody and MRI in mice. Gastric Cancer. 17 (3), 497-507 (2014).
- Mazza, M., et al. Liposome-Indocyanine Green Nanoprobes for Optical Labeling and Tracking of Human Mesenchymal Stem Cells Post-Transplantation In Vivo. Advanced Healthcare Materials. 6 (21), (2017).
- Greco, A., et al. High frequency ultrasound for in vivo pregnancy diagnosis and staging of placental and fetal development in mice. PloS One. 8 (10), e77205 (2013).
- Spurney, C. F., Leatherbury, L., Lo, C. W. High-frequency ultrasound database profiling growth, development, and cardiovascular function in C57BL/6J mouse fetuses. Journal of the American Society of Echocardiography. 17 (8), 893-900 (2004).
- Zhang, B., et al. Synthesis and characterization of placental chondroitin sulfate A (plCSA) -targeting lipid-polymer nanoparticles. Journal of Visualized Experiments. , (2018).
- Devraj, K., Guerit, S., Macas, J., Reiss, Y. An In Vivo Blood-brain Barrier Permeability Assay in Mice Using Fluorescently Labeled Tracers. Journal of Visualized Experiments. (132), (2018).
- Beeton, C., Chandy, K. G. Isolation of mononuclear cells from the central nervous system of rats with EAE. Journal of Visualized Experiments. (10), 527 (2007).
- Watson, E. D., Cross, J. C. Development of structures and transport functions in the mouse placenta. Physiology. 20 (3), 180-193 (2005).
- Frangioni, J. V. In vivo near-infrared fluorescence imaging. Current Opinion in Chemical Biology. 7 (5), 626-634 (2003).
- Flores, L. E., Hildebrandt, T. B., Kuhl, A. A., Drews, B. Early detection and staging of spontaneous embryo resorption by ultrasound biomicroscopy in murine pregnancy. Reproductive Biology and Endocrinology. 12, 38 (2014).
- Khankin, E. V., Hacker, M. R., Zelop, C. M., Karumanchi, S. A., Rana, S. Intravital high-frequency ultrasonography to evaluate cardiovascular and uteroplacental blood flow in mouse pregnancy. Pregnancy Hypertension. 2 (2), 84-92 (2012).
- Phoon, C. K. Imaging tools for the developmental biologist: ultrasound biomicroscopy of mouse embryonic development. Pediatric Research. 60 (1), 14-21 (2006).
- Pallares, P., Gonzalez-Bulnes, A. Non-invasive ultrasonographic characterization of phenotypic changes during embryo development in non-anesthetized mice of different genotypes. Theriogenology. 70 (1), 44-52 (2008).
- Parvani, J. G., Gujrati, M. D., Mack, M. A., Schiemann, W. P., Lu, Z. -. R. Silencing β3 integrin by targeted ECO/siRNA nanoparticles inhibits EMT and metastasis of triple-negative breast cancer. Ricerca sul cancro. 75 (11), 2316-2325 (2015).
- Zhang, B., et al. Targeted delivery of doxorubicin by CSA-binding nanoparticles for choriocarcinoma treatment. Drug Delivery. 25 (1), 461-471 (2018).
- Jenkins, D. E., et al. Bioluminescent imaging (BLI) to improve and refine traditional murine models of tumor growth and metastasis. Clinical & Experimental Metastasis. 20 (8), 733-744 (2003).
- Keelan, J. A., Leong, J. W., Ho, D., Iyer, K. S. Therapeutic and safety considerations of nanoparticle-mediated drug delivery in pregnancy. Nanomedicine. 10 (14), 2229-2247 (2015).
