Un hydrogel construire et de fibrine-colle à base son approche et proposer Therapeutics dans un infarctus du myocarde murin modèle.

Summary

This protocol aims to alleviate the limitation of poor cell engraftment for stem cell treatment of myocardial infarctions through the use of a hydrogel system and a fibrin-based glue. With this approach, cell-to-tissue contact post-infarction can be maintained, increasing the therapeutic potential of beneficial agents at the site of injury.

Abstract

The murine MI model is widely recognized in the field of cardiovascular disease, and has consistently been used as a first step to test the efficacy of treatments in vivo¹. The traditional, established protocol has been further fine-tuned to minimize the damage to the animal. Notably, the pectoral muscle layers are teased away rather than simply cut, and the thoracotomy is approached intercostally as opposed to breaking the ribs in a sternotomy, preserving the integrity of the ribcage. With these changes, the overall stress on the animal is decreased.

Stem cell therapies aimed to alleviate the damage caused by MIs have shown promise over the years for their pro-angiogenic and anti-apoptotic benefits. Current approaches of delivering cells to the heart surface typically involve the injection of the cells either near the damaged site, within a coronary artery, or into the peripheral blood stream^2-4. While the cells have proven to home to the damaged myocardium, functionality is limited by their poor engraftment at the site of injury, resulting in diffusion into the blood stream⁵. This manuscript highlights a procedure that overcomes this obstacle with the use of a cell-encapsulated hydrogel patch. The patch is fabricated prior to the surgical procedure and is placed on the injured myocardium immediately following the occlusion of the left coronary artery. To adhere the patch in place, biocompatible external fibrin glue is placed directly on top of the patch, allowing for it to dry to both the patch and the heart surface. This approach provides a novel adhesion method for the application of a delicate cell-encapsulating therapeutic construct.

Introduction

Un infarctus du myocarde (IM) est défini comme l'interruption de sang à une région du cœur provoquée par l'occlusion d'une artère coronaire principale. Le dommage résultant d'un infarctus du myocarde est dû au remodelage du tissu cardiaque viable dans du tissu cicatriciel non fonctionnel, ce qui diminue la capacité du cœur ou, plus précisément, du ventricule gauche, à frapper correctement. Il en résulte une diminution du volume de sang qui peut être délivrée au corps avec chaque battement de coeur, connu sous le volume d'éjection systolique, et le pourcentage de sang qui est pompé hors du cœur avec chaque battement du coeur, dite fraction d'éjection ^6. Ceux-ci, ainsi que d'autres fonctions diminué, augmente la pression sur le reste du cœur de maintenir une fonction adéquate. Souvent, cette souche accrue peut devenir si grave que cela provoque une deuxième crise cardiaque, un phénomène vu dans environ 10% des individus ^7.

Bien que les pratiques médicales ont évolué pour traiterimmédiatement après un infarctus du myocarde, aucune technique a été développée pour arrêter, lente, ou inverser les effets secondaires négatifs de remodelage tissulaire. Thérapies par cellules souches ont émergé comme une avenue possible pour un tel traitement, cependant, en dépit de leur potentiel prometteur, les cellules souches ont pas fait ses preuves dans le cadre clinique. Une théorie pour leurs lacunes est l'incapacité à assurer que les cellules restent bénéfiques sur le site de l'infarctus assez longtemps pour générer des résultats favorables ^5. Il a été démontré que pas plus de 24% des cellules qui sont simplement injecté dans le site de l'infarctus a survécu et est resté au endommagé le site un jour après l'accouchement ^2. Une perspective possible pour aborder cette question de la rétention cellulaire est de développer des systèmes d'hydrogel biocompatibles qui encapsulent soit des cellules ou thérapeutiques, qui peuvent être livrés avec le site endommagé. L'hydrogel de choix dans ce protocole est un poly (éthylène glycol) diméthacrylate raison de son utilisation précédente dans l'encapsulation cellulaire procedures, cependant, toute hydrogel capable d'encapsulation peut être utilisé ^8. La livraison de la pièce directement sur le site de la lésion assure un contact de cellule à tissu sur une longue période de temps, ce qui augmente la durée pendant laquelle les cellules peuvent fournir des facteurs bénéfiques pour le myocarde sous-jacent.

Un goulot d'étranglement à l'approche de patch est la difficulté d'adhérer le patch à la surface du cœur. De nombreux groupes ont surmonté ce à travers une variété de techniques, la plus répandue étant une suture simple de lier la construction à la surface du cœur ^9,10. Cela a fait ses preuves dans un certain nombre de cas dans lesquels le produit de construction est fabriqué en un matériau plus rigide, mais échoue lorsque la tentative sur un système d'hydrogel, en raison de la concentration élevée en eau et de la nature fragile de la construction de patch. Pour surmonter cela, nous avons utilisé un système d'adhésif de la colle de fibrine externe qui imite la chimie de la formation de caillot. La colle de fibrine a été utilisé dans de nombreux cabinets médicaux, incLUDING larmes dura, fistules bronchiques, et la greffe de cornée, soulignant la biocompatibilité du produit comme un produit d'étanchéité de la plaie ^11-13. En outre, la fibrine a été utilisé pour une variété de fins cardiaques, y compris le traitement chirurgical des ruptures ventriculaires gauche et pontages coronariens de l'artère, cependant, son utilisation comme colle d'adhérence pour un patch cardiaque n'a pas été couramment utilisé ^{14 à 17.} Un simple formulation de thrombine et de fibrinogène se traduit par une colle biocompatible qui peut être placé directement sur l'extérieur d'une pièce cardiaque externe, en fournissant un système d'adhérence adéquate pour assurer patch pour interaction cardiaque.

Protocol

La procédure est en pleine compatibilité avec le numéro de protocole IACUC 13302 et a été approuvé par la division des ressources animales. 1. Instrument Préparation Autoclave tous les instruments non jetables utilisés avant l'intervention chirurgicale pour assurer la stérilité. Stériliser les instruments utilisés plusieurs fois dans une session avec un stérilisateur à billes de verre entre les utilisations. 2. Préparat…

Representative Results

Au cours de l'intervention chirurgicale, la ligature de l'artère coronaire gauche peut être identifié par un net blanchiment en aval de l'artère occluse. Comme un test avant d'attacher le noeud, la suture peut être serré brièvement pour vérifier si elle est à l'endroit approprié. En outre, étant donné que l'occlusion de l'artère résultats dans presque instantanée diminution de la capacité de l'oreillette gauche à battre correctement, l'oreillette gauche va agrandir en…

Discussion

Avec cette approche pour le modèle MI murin, nous avons développé un système qui minimise les dommages aux zones non-myocarde qui sont associés à d'autres techniques MI murins. Ces domaines comprennent les dommages causés par une trachéotomie, la coupe de la couche musculaire et la rupture des nervures afin d'exposer la cavité de la poitrine. Nous croyons que ces changements améliorent les résultats globaux chirurgicales grâce au soin apporté ?…

Materials

Harvard Model 687 Mouse Ventilator	Harvard Apparatus	55-0001
Inintech Biosciences LLC Dry Glass Bead Sterilizer	Fisher Scientific	NC9531961
Leica MZ6 surgical microscope	Leica
Cautery Kit	Gemini	GEM 5917
Delicate Forceps – 0.4mm Tips Angled	Fine Science Tools	11063-07
Agricola Retractor – 3.5cm Spread	Fine Science Tools	17005-04
Spring Scissors – 2.5mm Blades Straight	Fine Science Tools	15000-08
Castroviejo Needle Holder – w/Lock Tungsten Carbide 14cm	Fine Science Tools	12565-14
Iris Scissors – Delicate Straight 10.5 cm	Fine Science Tools	14060-10
8-0 monofilament suture	Ethicon	8730P
6-0 Silk suture	Ethicon	639G
Thrombin	Sigma	T7009
Fibrinogen	Sigma	F3879
Vetbond Tissue Adhesive	3M	1469SB