Retroductal nanopartiklar injektion till murina Submandibular körtel
Summary
Lokala drogen leverans till submandibular körtlar är av intresse i förståelse spottkörtel biologi och för utvecklingen av nya behandlingar. Vi presenterar en uppdaterad och detaljerad retroductal injektion protokoll, utformade för att förbättra leveransprecision och experimentell reproducerbarhet. Programmet presenteras häri är leverans av Polymera nanopartiklar.
Abstract
Två gemensamma mål för spottkörtel therapeutics är förebyggande och behandling av vävnad dysfunktion efter antingen autoimmuna eller strålning skada. Genom att leverera lokalt bioaktiva föreningar spottkörtlarna, uppnås större vävnad koncentrationer säkert kontra systemisk administrering. Dessutom av målvävnaden kan effekter från extra glandular ansamling av material sänkas dramatiskt. I detta avseende är retroductal injektion en allmänt använd metod för att utreda såväl spottkörteln biologi och patofysiologi. Retroductal administration av tillväxtfaktorer, primära celler, adenovirala vektorer och småmolekylära läkemedel har visat sig stödja körtel funktion i fastställandet av skada. Vi har tidigare visat effekten av en retroductally injiceras nanopartikel-siRNA strategi att upprätthålla körtel funktion efter bestrålning. Här, en mycket effektiv och reproducerbar metod att administrera nanomaterial till murina submandibular körtel genom Whartons kanalen är detaljerad (figur 1). Vi beskriva åtkomst till munhålan och beskriva åtgärder som är nödvändiga till cannulate Whartons kanal, med ytterligare observationer som kvalitetskontroller under hela förfarandet.
Introduction
Saliv-körtel dysfunktion har många etiologier, inklusive Sjögrens syndrom, en autoimmun medierad förlust av fungerande sekretoriska vävnad och strålning inducerad muntorrhet (RIH), en gemensam Lönnhöstmal av huvud och hals cancer strålbehandling1. Förlust av saliv funktion på grund av antingen tillstånd predisponerar individer till muntliga och systemisk infektion, karies, mag- och svälja dysfunktion, talsvårigheter och egentlig depression1,2,3. Som ett resultat, lider livskvalitet avsevärt, med insatser som begränsat till lindringen av symtom i stället för att bota4. För att undersöka nya terapier i vivo, är det av intresse att administrera bioaktiva föreningar direkt till den saliv-körteln.
Retroductal injektion är en värdefull metod för att leverera bioaktiva föreningar direkt till spottkörtlarna och testa effekten i sjukdom, skada, eller under normal vävnad homeostas. Tre stora spottkörtlarna är parotis (PG), submandibular (SMG) och sublinguala (SLG), alla som Tom i munhålan via utsöndringsorganen kanaler. Anatomi av en murin SMG tillåter direkt tillgång via kanylering av Whartons kanalen, ligger i golvet i munnen under tungan5. Efter kanylering solvatiserade droger kan administreras direkt till SMG. Retroductal leverans, extra glandular diffusion är begränsad av omgivande vävnad kapsel som reglerar utbytet av material med omgivande strukturer6. SMG och dess kanal struktureras på samma sätt hos människor, och används rutinmässigt under SMG kirurgi och sialoendoscopy7. Hos människor och möss är till PG jämväl tillgänglig via Stensens kanal i den buckala slemhinna8.
I murina modeller av RIH, har SMG retroductal injektion använts för att leverera therapeutics inklusive tillväxtfaktorer, primära celler, adenovirala vektorer, cytokiner och antioxidantföreningar att modulera den cellulära Svaren till skada och minska den resulterande vävnad skada5,9,10,11,12,13,14,15,16. Den mest anmärkningsvärda klinisk framgången retroductal injektionsstället är administrationen av adenovirala vektor till direkt uttryck för en vattenkanal (akvaporinet 1; AQP1) hos patienter efter strålningen för huvud och hals cancer17.
Vi har tidigare utvecklat och visas effekten av en retroductally injiceras polymera nanopartiklar-siRNA system att skydda Saliv-körtel funktion från RIH11,18,19,20. Som en förlängning av vårt tidigare arbete, här, visar vi våra protokoll för retroductal SMG injektion med en fluorescently märkt nanopartiklar (NP) klarar av lastning och leverera annars svårlösliga läkemedel21,22, 23.
Vi har syntetiseras NP från en diblock sampolymer består av poly (styren-alt-maleinsyra anhydride)-b-poly(styrene) (PSMA) genom reversibel tillägg kedja fragmentering (flotte) polymerisation, som tidigare beskrivits21. Genom lösningsmedel utbyte montera dessa polymerer spontant själv in micelle NP strukturer med en hydrofob interiör och hydrofil exteriör21. NPs är märkta med Texas-röd fluorophore tillåter kontrollen av NP leverans till körtlar utan att offra djur. Levande djur imaging och SMG immunohistokemi visas på 1 h och 1 dag efter injektionen.
Detta uppdateras och reproducerbara kanylering protokollet bör göra det möjligt för andra att uppnå retroductal injektion. Vi förväntar oss att denna förfinade teknik kommer att bli avgörande för in-vivo studier och terapeutisk utveckling24,25.
Protocol
Representative Results
Discussion
Retroductal injektion är kritiska för lokaliserade drogen leverans till den saliv-körteln. Denna teknik har tillämpningar inom screening terapeutiska medel för villkor inklusive Sjögrens syndrom och RIH9,10,28. Direkta drogen leverans till SMG via retroductal injektion ger en viktig fördel jämfört med systemisk administrering i dess potential att minska off-target effekter, inklusive immunsystemets aktivering<sup class=…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forskning som redovisas i denna publikation stöddes av det nationella institutet för tandvård och kraniofaciala forskning (NIDCR) och National Cancer Institute (NCI) av det nationella Institutes of Health under Award nummer R56 DE025098, UG3 DE027695 och F30 CA206296. Innehållet ansvarar enbart för författarna och representerar inte nödvändigtvis officiella ståndpunkter av National Institutes of Health. Detta arbete stöddes också av den NSF DMR 1206219 och IADR Innovation i Oral Care Award (2016).
Vi vill tacka Jayne Gavrity för hennes hjälp utföra IVIS experiment. Vi vill tacka Karen Bentley för hennes ingång och bistånd utföra EM. Vi vill tacka Pei-Lun Weng för hans hjälp med IHC. Vi vill tacka Matthew Ingalls för hans hjälp i figur förberedelse. Vi vill tacka Dr Elaine Smolock och Emily Wu för kritisk läsning av detta manuskript.
Materials
| Pilocarpine hydrochloride | Sigma Aldrich | P6503 | Pilocarpine |
| Student Vannas Spring Scissors | Fine Science Tools | 91500-9 | Spring Scissors for Tracheostomy |
| Sterile Saline Solution | Medline | RDI30296H | Saline |
| Dumont #7 Forceps | Fine Science Tools | 11274-20 | Curved Forceps |
| Dumont #5 Forceps | Fine Science Tools | 11251-10 | Straight Forceps |
| Standard Pattern Forceps | Fine Science Tools | 11000-12 | Blunt Forceps |
| Fine Scissors- Tungsten Carbide | Fine Science Tools | 14568-09 | Dissection Scissors |
| Microhematocrit Heparinized Capillary Tubes | Fisher Scientific | 22362566 | Capillary tubes |
| Lubricant Eye Ointment | Refresh | N/A | Refresh Lacri-Lube |
| Goat polyclonal anti-Nkcc1 | Santa Cruz Biotech | SC-21545 | Nkcc1 Antibody |
| DAPI (4',6-Diamidino-2-Phenylindole, Dihydrochloride) | Thermo Fisher Scientific | D1306 | DAPI |
| GraphPad Prism | GraphPad | ver6.0 | Statistical Software |
| Cotton tipped applicator | Medline | MDS202000 | Applicator for eye ointment |
| 0.5cc Insulin Syringe, 29G x 1/2" | BD | 7629 | Syringe for intraperitoneal injection |
Referências
- Miranda-Rius, J., Brunet-Llobet, L., Lahor-Soler, E., Farre, M. Salivary Secretory Disorders, Inducing Drugs, and Clinical Management. International Journal Of Medical Sciences. 12 (10), 811-824 (2015).
- Acauan, M. D., Figueiredo, M. A. Z., Cherubini, K., Gomes, A. P. N., Salum, F. G. Radiotherapy-induced salivary dysfunction: Structural changes, pathogenetic mechanisms and therapies. Archives of Oral Biology. 60 (12), 1802-1810 (2015).
- Dirix, P., Nuyts, S., Vander Poorten, V., Delaere, P., Van den Bogaert, W. The influence of xerostomia after radiotherapy on quality of life. Supportive Care in Cancer. 16 (2), 171-179 (2008).
- Vissink, A., et al. Clinical management of salivary gland hypofunction and xerostomia in head-and-neck cancer patients: successes and barriers. International Journal of Radiation Oncology Biology Physics. 78 (4), 983-991 (2010).
- Delporte, C., et al. Increased fluid secretion after adenoviral-mediated transfer of the aquaporin-1 cDNA to irradiated rat salivary glands. Proceedings of the National Academy of Sciences. 94 (7), 3268-3273 (1997).
- Samuni, Y., Baum, B. J. Gene delivery in salivary glands: from the bench to the clinic. Biochimica et Biophysica Acta. 1812 (11), 1515-1521 (2011).
- Beahm, D. D., et al. Surgical approaches to the submandibular gland: A review of literature. International Journal of Surgery. 7 (6), 503-509 (2009).
- Zheng, C., Shinomiya, T., Goldsmith, C. M., Di Pasquale, G., Baum, B. J. Convenient and reproducible in vivo gene transfer to mouse parotid glands. Oral diseases. 17 (1), 77-82 (2011).
- Zheng, C., et al. Prevention of Radiation-Induced Salivary Hypofunction Following hKGF Gene Delivery to Murine Submandibular Glands. Clinical Cancer Research. 17 (9), 2842-2851 (2011).
- Okazaki, Y., et al. Acceleration of rat salivary gland tissue repair by basic fibroblast growth factor. Archives of Oral Biology. 45 (10), 911-919 (2000).
- Arany, S., Benoit, D. S., Dewhurst, S., Ovitt, C. E. Nanoparticle-mediated gene silencing confers radioprotection to salivary glands in vivo. Molecular Therapy. 21 (6), 1182-1194 (2013).
- Cotrim, A. P., Sowers, A., Mitchell, J. B., Baum, B. J. Prevention of irradiation-induced salivary hypofunction by microvessel protection in mouse salivary glands. Molecular Therapy. 15 (12), 2101-2106 (2007).
- Redman, R. S., Ball, W. D., Mezey, E., Key, S. Dispersed donor salivary gland cells are widely distributed in the recipient gland when infused up the ductal tree. Biotechnic & Histochemistry. 84 (6), 253-260 (2009).
- Grundmann, O., Fillinger, J. L., Victory, K. R., Burd, R., Limesand, K. H. Restoration of radiation therapy-induced salivary gland dysfunction in mice by post therapy IGF-1 administration. BMC Cancer. 10, 417-417 (2010).
- Limesand, K. H., et al. Insulin-Like Growth Factor-1 Preserves Salivary Gland Function After Fractionated Radiation. International Journal of Radiation Oncology Biology Physics. 78 (2), 579-586 (2010).
- Marmary, Y., et al. Radiation-induced loss of salivary gland function is driven by cellular senescence and prevented by IL-6 modulation. Pesquisa do Câncer. , (2016).
- Baum, B. J., et al. Early responses to adenoviral-mediated transfer of the aquaporin-1 cDNA for radiation-induced salivary hypofunction. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109 (47), 19403-19407 (2012).
- Arany, S., et al. Pro-apoptotic gene knockdown mediated by nanocomplexed siRNA reduces radiation damage in primary salivary gland cultures. Journal of Cellular Biochemistry. 113 (6), 1955-1965 (2012).
- Benoit, D. S. W., Henry, S. M., Shubin, A. D., Hoffman, A. S., Stayton, P. S. pH-responsive polymeric siRNA carriers sensitize multidrug resistant ovarian cancer cells to doxorubicin via knockdown of polo-like kinase 1. Molecular pharmaceutics. 7 (2), 442-455 (2010).
- Malcolm, D. W., Varghese, J. J., Sorrells, J. E., Ovitt, C. E., Benoit, D. S. W. The Effects of Biological Fluids on Colloidal Stability and siRNA Delivery of a pH-Responsive Micellar Nanoparticle Delivery System. ACS Nano. , (2017).
- Baranello, M. P., Bauer, L., Benoit, D. S. Poly(styrene-alt-maleic anhydride)-based diblock copolymer micelles exhibit versatile hydrophobic drug loading, drug-dependent release, and internalization by multidrug resistant ovarian cancer cells. Biomacromolecules. 15 (7), 2629-2641 (2014).
- Wang, Y., et al. Fracture-Targeted Delivery of β-Catenin Agonists via Peptide-Functionalized Nanoparticles Augments Fracture Healing. ACS Nano. 11 (9), 9445-9458 (2017).
- Baranello, M. P., Bauer, L., Jordan, C. T., Benoit, D. S. W. Micelle Delivery of Parthenolide to Acute Myeloid Leukemia Cells. Cellular and Molecular Bioengineering. 8 (3), 455-470 (2015).
- Kuriki, Y., et al. Cannulation of the Mouse Submandibular Salivary Gland via the Wharton’s Duct. Journal of Visualized Experiments. (51), e3074 (2011).
- Nair, R. P., Zheng, C., Sunavala-Dossabhoy, G. Retroductal Submandibular Gland Instillation and Localized Fractionated Irradiation in a Rat Model of Salivary Hypofunction. Journal of Visualized Experiments. (110), (2016).
- Wang, Y., Malcolm, D. W., Benoit, D. S. W. Controlled and sustained delivery of siRNA/NPs from hydrogels expedites bone fracture healing. Biomaterials. 139 (Supplement C), 127-138 (2017).
- Hoffman, M. D., Van Hove, A. H., Benoit, D. S. W. Degradable hydrogels for spatiotemporal control of mesenchymal stem cells localized at decellularized bone allografts. Acta Biomaterialia. 10 (8), 3431-3441 (2014).
- Nguyen, C. Q., Yin, H., Lee, B. H., Chiorini, J. A., Peck, A. B. IL17: potential therapeutic target in Sjogren’s syndrome using adenovirus-mediated gene transfer. Laboratory Investigation. 91 (1), 54-62 (2011).
