Uitgebreide evaluatie van de effectiviteit en veiligheid van Placenta-gerichte Drug Delivery met behulp van drie aanvullende methoden
Summary
Beschrijven we een systeem dat gebruik maakt van drie methoden voor evaluatie van de veiligheid en effectiviteit van placenta-gerichte drug delivery: in vivo imaging als u wilt controleren nanoparticle accumulatie, hoge-frequentie echografie placenta en foetale ontwikkeling te volgen , en HPLC te kwantificeren drug levering aan weefsel.
Abstract
Geen effectieve behandelingen bestaan momenteel voor placenta-geassocieerde zwangerschapscomplicaties, en ontwikkelen van strategieën voor de beoogde levering van drugs aan de placenta terwijl het minimaliseren van de foetale en maternale bijwerkingen blijft uitdagend. Gerichte nanoparticle vervoerders bieden nieuwe mogelijkheden voor de behandeling van aandoeningen van de placenta. We onlangs aangetoond dat een synthetische placenta chondroitin sulfaat A bindend peptide (plCSA-BP) kan worden gebruikt om het begeleiden van nanodeeltjes om drugs te leveren aan de placenta. In dit protocol, beschrijven we in detail een systeem voor de beoordeling van de efficiëntie van de drug levering aan de placenta door plCSA-BP die drie afzonderlijke methodes gebruikt in combinatie hanteert: in vivo imaging, hoge-frequentie echografie (HFUS), en high-performance vloeibare chromatografie (HPLC). Met behulp van in vivo zijn imaging, plCSA-BP-geleide nanodeeltjes gevisualiseerd in de placentas van levende dieren, terwijl HFUS en HPLC aangetoond dat plCSA-BP-geconjugeerde nanodeeltjes efficiënt en in het bijzonder bezorgd methotrexaat bij de placenta. Dus, kan een combinatie van deze methoden worden gebruikt als een effectief instrument voor de beoogde levering van drugs naar de placenta en de ontwikkeling van nieuwe behandelingsstrategieën voor verschillende zwangerschapscomplicaties.
Introduction
Placenta-gemedieerde zwangerschapscomplicaties, met inbegrip van pre-eclampsie, verlies van de zwangerschap, placenta abruption en kleine zwangerschapsduur (SGA), zijn gemeenschappelijk en leiden tot aanzienlijke foetale en maternale morbiditeit en mortaliteit1,2, 3, en zeer weinig drugs hebben bewezen effectief te zijn voor de zwangerschap te behandelen aandoeningen4,5. De ontwikkeling van strategieën voor meer selectieve en veiliger placenta-gerichte drug delivery tijdens de zwangerschap blijft uitdagend in moderne medicamenteuze therapie.
In de afgelopen jaren hebben verschillende rapporten als placenta-gerichte instrumenten gericht op de gerichte levering van drugs aan uteroplacental weefsels door coating nanodeeltjes met peptiden of antilichamen. Deze omvatten een anti-epidermale groeifactor receptor (EGFR)6 antilichaam, tumor-homing peptiden (CGKRK en iRGD)7, placenta-gerichte peptiden8, placenta therapieën-gerichte peptiden9 en antistoffen tegen de oxytocine receptor10.
Hier, we laten zien dat een synthetische placenta chondroitin sulfaat A bindend peptide (plCSA-BP) kan worden gebruikt voor de gerichte levering van nanodeeltjes en hun drug lading aan de placenta11. De plCSA-BP-geleide nanodeeltjes zijn een aanvulling op de gerapporteerde uteroplacental dat targeting methoden omdat ze gericht zijn de placenta trofoblast.
Als een niet-invasieve methode, in vivo imaging is gebruikt voor het controleren van de placenta-specifieke genexpressie in muizen12en indocyanine groen (ICG) is wijd verbeid gebruikt voor het bijhouden van nanodeeltjes met behulp van fluorescentie imaging systemen13, 14,,15. Dus, we intraveneus geïnjecteerd plCSA-BP-geconjugeerde nanodeeltjes geladen met ICG (plCSA-INPs) de verdeling van de plCSA-INP bij zwangere muizen met een fluorescentie imager visualiseren. Wij vervolgens intraveneus geïnjecteerd methotrexaat (MTX)-plCSA-NPs in zwangere muizen geladen. Hoge-frequentie echografie (HFUS), een ander niet-invasieve, real-time imaging tool16,17 werd gebruikt voor het bewaken van de foetale en placenta ontwikkeling in de muizen. Tot slot hebben we gebruikt krachtige vloeibare chromatografie (HPLC) te kwantificeren MTX distributie in de placentas en foetussen.
In dit protocol beschrijven we in detail het systeem van de drie-methode gebruikt om de efficiëntie van placenta-gerichte drug delivery te beoordelen door plCSA-BP-geleide nanocarriers.
Protocol
Representative Results
Discussion
In dit manuscript schetsen we een drie-methode-systeem om te bepalen of plCSA-BP-geleide nanodeeltjes een doeltreffend instrument zijn voor het gericht op de levering van geneesmiddelen aan de placenta. Het gebruik van in vivo imaging als u wilt controleren het infrarood signaal voor fluorescerende ICG bevestigd de placenta targeting specificiteit van plCSA-BP. gebruiken HFUS en HPLC, we laten zien dat plCSA-BP-geconjugeerde nanodeeltjes MTX efficiënt kunnen leveren alleen aan de placenta cellen, niet voor de f…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd gesteund door subsidies van de nationale Stichting voor Natuurwetenschappen (81771617) en de Natural Science Foundation van Guangdong provincie (2016A030313178) uitgereikt aan X.F.; een subsidie van de Shenzhen Basic onderzoeksfonds (JCYJ20170413165233512) uitgereikt aan X.F; en de Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health & Human Development van de National Institutes of Health onder Award nummer R01HD088549 (de inhoud is uitsluitend de verantwoordelijkheid van de auteurs en niet noodzakelijkerwijs de ambtenaar uitzicht op de National Institutes of Health) met N.N.
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).
