Ingekapselde celtechnologie voor de levering van biologics aan het muisoog
Summary
Hier gepresenteerd is een protocol voor het gebruik van alginaat als een polymeer in micro-inkapseling van vereeuwigde cellen voor langdurige levering van biologische producten aan knaagdierogen.
Abstract
Veel huidige therapieën in ontwikkeling voor ziekten van de achterste oogstok zijn biologische. Deze geneesmiddelen moeten vaak worden toegediend, meestal via intravitreale injecties. Ingekapselde cellen die de biologische van keuze uitdrukken, worden een hulpmiddel voor lokale eiwitproductie en -afgifte (bijvoorbeeld via langdurige toediening van geneesmiddelen). Bovendien, inkapseling systemen maken gebruik van doorlatende materialen die verspreiding van voedingsstoffen, afval, en therapeutische factoren in en uit cellen mogelijk te maken. Dit gebeurt tijdens het maskeren van de cellen van de gastheer immuunrespons, het vermijden van de noodzaak voor onderdrukking van het gastheer immuunsysteem. Dit protocol beschrijft het gebruik van alginaat als een polymeer in micro-encapsulation in combinatie met de elektrospray methode als een micro-encapsulation techniek. ARPE-19 cellen, een spontaan ontstaanmenselijke RPE cellijn, is gebruikt in langdurige celtherapie experimenten vanwege de levensduur functionaliteit, en het wordt hier gebruikt voor inkapseling en levering van de capsules aan muisogen. Het manuscript vat de stappen voor celmicroencapulatie, kwaliteitscontrole en oculaire levering samen.
Introduction
Celgebaseerde therapieën vertegenwoordigen revolutionaire biologische technieken die op grote schaal zijn toegepast in de geneeskunde. Onlangs zijn ze met succes toegepast bij de behandeling van neurodegeneratieve ziekten, oogziekten en kanker. Celtherapieën bestrijken een breed scala aan gebieden, van celvervanging tot toediening van geneesmiddelen, en dit protocol richt zich op de laatste. Biologisch afbreekbare alginaat microcapsules (MC) hebben aangetoond effectiviteit als een leveringssysteem, en ze worden steeds veel gebruikt in de biomedische veld. Alginaat is gebruikt in micro-encapsulation als gevolg van zijn eenvoudige geleerproces, biologische afbreekbaarheid, uitstekende biocompatibiliteit, en stabiliteit onder in vivo omstandigheden1,2,3,4.
De elektrospraymethode, als micro-encapsulation-techniek, is met succes gebruikt om peptiden en eiwitten in te kapselen met behulp van alginaat (basispolymeer) en poly-l-ornithine (secundair coatingpolymeer). Beide polymeren worden van nature gevonden en gebruikt voor hun biocompatibiliteit5,6,7. Echter, de belangrijkste uitdaging in cel-gebaseerde therapieën is onderdrukking van de gastheer immuunsysteem om bijwerkingen veroorzaakt door immunosuppressieve geneesmiddelen te voorkomen. De doorlaatbaarheid van alginaat microcapsules wordt beschouwd als een geschikte eigenschap voor celinkapseling, die verspreiding van voedingsstoffen, afval en therapeutische factoren in en uit cellen mogelijk maakt terwijl ze worden gemaskerd vanaf de gastheer immuunrespons8,9,10.
In het oog zijn ingekapselde cellen gebruikt in klinische studies voor de constante levering van biologische producten (d.w.z. groeifactoren11,,12 en groeifactor antagonisten13)voor de behandeling van retinitis pigmentosa of leeftijdsgebonden maculadegeneratie. Andere doelen, zoals complementremmers14, worden momenteel ook onderzocht in preklinische omgevingen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Deze celinkapselingtechniek is relatief snel en eenvoudig uit te voeren; er moeten echter bepaalde punten in gedachten worden gehouden om nauwkeurige downstreamresultaten te verkrijgen. Cellen moeten worden gehandhaafd in de cultuur in een petrischaaltje voorafgaand aan inkapseling en gehouden op de juiste samenvloeiing. Inkapseling moet worden uitgevoerd in een goede ventilatiekap met gereguleerde luchtstroom, indien mogelijk. Te sterk van een luchtstroom kan de vorming van capsule beïnvloeden, vooral in langetermijnex…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De studie werd gedeeltelijk ondersteund door subsidies toegekend aan B. R. door de National Institutes of Health (R01EY019320), het Department of Veterans Affairs (RX000444 en BX003050), en de 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).
