Indkapslet celleteknologi til levering af biologi til museøjet
Summary
Præsenteret her er en protokol for brug af alginat som en polymer i mikroindkapsling af udødeliggjorte celler til langsigtet levering af biologi til gnavere øjne.
Abstract
Mange nuværende terapeutiske under udvikling for sygdomme i den bageste pol i øjet er biologics. Disse lægemidler skal administreres hyppigt, typisk via intravitreal injektioner. Indkapslede celler, der udtrykker det foretrukne biologiske, er ved at blive et redskab til lokal proteinproduktion og -frigivelse (f.eks. via langtidslevering af lægemidler). Desuden, indkapsling systemer udnytte gennemtrængelige materialer, der tillader diffusion af næringsstoffer, affald, og terapeutiske faktorer i og ud af celler. Dette sker, mens maskering cellerne fra værten immunrespons, undgå behovet for undertrykkelse af værten immunsystemet. Denne protokol beskriver brugen af alginat som en polymer i mikroindkapsling kombineret med elektrospraymetoden som en mikroindkapslingsteknik. ARPE-19 celler, en spontant opstår menneskelige RPE celle linje, har været anvendt i langsigtede celle terapi eksperimenter på grund af sin levetid funktionalitet, og det bruges her til indkapsling og levering af kapslerne til museøjne. Håndskriftet opsummerer trinene til cellemikroindkapsling, kvalitetskontrol og okulær levering.
Introduction
Cellebaserede behandlinger repræsenterer revolutionerende biologiske teknikker, der er blevet anvendt bredt i medicin. For nylig er de med succes blevet anvendt i behandlingen af neurodegenerative sygdomme, øjensygdomme, og kræft. Celleterapier dækker en bred vifte af felter fra celleerstatning til lægemiddellevering, og denne protokol fokuserer på sidstnævnte. Bionedbrydelige alginatmikrokapsler (MC) har vist effektivitet som et leveringssystem, og de bliver udbredt på det biomedicinske område. Alginat er blevet anvendt i mikroindkapsling på grund af sin enkle geleringsproces, bionedbrydelighed, fremragende biokompatibilitet og stabilitet under vivobetingelser1,2,3,4.
Den elektrospray metode, som en microencapsulation teknik, er blevet anvendt med succes til at indkapsle peptider og proteiner ved hjælp af alginat (base polymer) og poly-l-ornithin (sekundær belægning polymer). Begge polymerer findes naturligt og anvendes til deres biokompatibilitet5,6,7. Men, den største udfordring i celle-baserede behandlinger er undertrykkelse af værten immunsystemet for at undgå bivirkninger forårsaget af immunsuppressive lægemidler. Permeabiliteten af alginatmikrokapsler betragtes som en egnet egenskab for celleindkapsling, som gør det muligt at diffusion af næringsstoffer, affald og terapeutiske faktorer i og ud af celler, mens de maskerer dem fra værtens immunrespons8,9,10.
I øjet er indkapslede celler blevet anvendt i kliniske forsøg til konstant levering af biologiske (dvs. vækstfaktorer11,,12 og vækstfaktorantagonister13) til behandling af retinitis pigmentosa eller aldersrelateret makuladegeneration. Andre mål såsom komplementhæmmere14 er også ved at blive undersøgt i prækliniske miljøer.
Protocol
Representative Results
Discussion
Denne celle indkapsling teknik er relativt hurtig og nem at udføre; Der skal dog tages hensyn til visse punkter for at opnå nøjagtige resultater i senere omsætningsled. Cellerne skal holdes i kultur i en petriskål før indkapsling og holdes ved korrekt sammenløb. Indkapsling bør udføres i en ordentlig ventilationhætte med reguleret luftstrøm, hvis det er muligt. For stærk af en luftstrøm kan påvirke kapsel dannelse, især i langsigtede eksperimenter. Sterile redskaber og opløsninger er afgørende for langti…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Undersøgelsen blev delvist støttet af tilskud til B. R. af National Institutes of Health (R01EY019320), Department of Veterans Affairs (RX000444 og BX003050) og South Carolina SmartState Endowment.
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).
