Omfattande utvärdering av effektiviteten och säkerheten av Placenta-Targeted Drug Delivery med tre kompletterande metoder
Summary
Vi beskriver ett system som använder tre metoder för att utvärdera säkerheten och effektiviteten av placenta-targeted drug delivery: i vivo imaging för att övervaka nanopartiklar ackumulering, högfrekvent ultraljud för att övervaka placenta och fostrets utveckling , och HPLC att kvantifiera drogen leverans till vävnad.
Abstract
Det finns för närvarande inga effektiva behandlingar för placenta-associerade komplikationer, och utveckla strategier för riktade leverans av läkemedel till moderkakan samtidigt minimera fetal och maternell biverkningar förblir utmanande. Riktade nanopartiklar bärare ger nya möjligheter att behandla sjukdomar i placenta. Vi har nyligen visat att en syntetisk placenta chondroitin sulfat A bindande peptid (plCSA-BP) kan användas för att vägleda nanopartiklar för att leverera läkemedel till moderkakan. I detta protokoll, beskriver vi i detalj ett system för att bedöma effektiviteten av drogen leverans till moderkakan genom plCSA-BP som sysselsätter tre separata metoder som används i kombination: i vivo imaging, högfrekvent ultraljud (HFUS) och hög prestanda vätskekromatografi (HPLC). Hjälp i vivo var imaging, plCSA-BP-guidade nanopartiklar visualiseras i moderkakor av levande djur, medan HFUS och HPLC visat att plCSA-BP-konjugerad nanopartiklar effektivt och specifikt levereras metotrexat till moderkakan. Således kan en kombination av dessa metoder användas som ett effektivt verktyg för den riktade leveransen av läkemedel till moderkakan och utvecklingen av nya behandlingsstrategier för flera komplikationer under graviditeten.
Introduction
Placenta-medierad graviditetskomplikationer, inklusive havandeskapsförgiftning, missfall, moderkaksavlossning och små gestationsålder (SGA), är vanliga och leda till betydande fetal och maternell sjuklighet och dödlighet1,2, 3, och mycket få läkemedel har visat sig vara effektivt för behandling av graviditet störningar4,5. Utvecklingen av strategier för mer selektiv och säkrare placenta-targeted drug delivery under graviditet förblir utmanande i modern läkemedelsbehandling.
Under de senaste åren har flera rapporter fokuserat på riktade leverans av läkemedel till uteroplacentalt vävnader av beläggning nanopartiklar med peptider eller antikroppar som moderkakan riktade verktyg. Dessa inkluderar en anti-epidermal tillväxtfaktor receptor (EGFR)6 antikropp, tumör-homing peptider (CGKRK och iRGD)7, moderkakan riktade peptider8, placenta vaskulatur riktade peptider9 och antikroppar mot de oxytocin-receptorn10.
Här visar vi att en syntetisk placenta chondroitin sulfat A bindande peptid (plCSA-BP) kan användas för riktade leverans av nanopartiklar och deras drog nyttolaster till moderkakan11. De plCSA-BP-guidad nanopartiklarna är ett komplement till de rapporterade uteroplacentalt inriktningsmetoder eftersom de rikta moderkakan trofoblaster.
En icke-invasiv metod, i vivo imaging har använts för att övervaka placenta-specifika genuttryck i möss12samt indocyanine green (ICG) har använts i stor utsträckning att spåra nanopartiklar med fluorescens imaging system13, 14,15. Således injiceras vi intravenöst plCSA-BP-konjugerad nanopartiklar laddad med ICG (plCSA-INPs) att visualisera plCSA-INP distribution hos dräktiga möss med en fluorescens imager. Vi sedan injiceras intravenöst metotrexat (MTX)-laddade plCSA-NPs i dräktiga möss. Högfrekvent ultraljud (HFUS), en annan icke-invasiv, realtid imaging verktyg16,17 användes för att övervaka fostrets och placenta utveckling i möss. Slutligen, vi brukade högpresterande vätskekromatografi (HPLC) kvantifiera MTX distribution i moderkakor och foster.
I detta protokoll beskriver vi i detalj systemet tre-metoden används för att bedöma effektiviteten av placenta-targeted drug leverans av plCSA-BP-guidad nanocarriers.
Protocol
Representative Results
Discussion
Vi Beskriv i detta manuskript, en tre-metoden system för att avgöra om plCSA-BP-guidad nanopartiklar är ett effektivt verktyg för att rikta leverans av läkemedel till moderkakan. Användning av in-vivo imaging för att övervaka den infraröda fluorescerande ICG signalen bekräftade placenta inriktning idrottens plCSA-BP. med HFUS och HPLC, vi visat att plCSA-BP-konjugerad nanopartiklar effektivt kan leverera MTX endast till den moderkakan celler, inte för fostret.
I vivo</e…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete stöds av anslag från National Natural Sciences Foundation (81771617) och naturvetenskap Foundation i Guangdongprovinsen (2016A030313178) tilldelas X.F.; ett bidrag från Shenzhen grundläggande forskningsfonden (JCYJ20170413165233512) tilldelas X.F; och Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health & mänsklig utveckling av det nationella Institutes of Health under Award nummer R01HD088549 (innehållet ansvarar enbart för författarna och representerar inte nödvändigtvis officiella visningar av National Institutes of Health) att 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 |
Referências
- 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. Pesquisa do Câncer. 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).
