Ein Hydrogel Konstruieren und Fibrin-basierte Kleber Umgangs Therapeutics in einem murinen Myokardinfarkt Modell liefern.

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

Einen Myokardinfarkt (MI) ist als die Unterbrechung des Blut zu einem Bereich des Herzens durch den Verschluss einer Koronararterie verursacht großen definiert. Der Schaden durch eine resultierende MI ist auf die Umgestaltung der lebensfähigen Herzgewebe in nichtfunktionelle Narbengewebe, das die Fähigkeit des Herzens, oder, genauer gesagt, die linke Herzkammer, um richtig zu schlagen abnimmt. Dies führt zu einer Abnahme des Volumens an Blut, die auf den Körper mit jedem Herzschlag, wie das Hubvolumen bekannt, und der Prozentsatz von Blut, das mit jedem Herzschlag aus dem Herzen gepumpt wird, da die Auswurffraktion ⁶ bekannt geliefert werden kann. Diese, zusammen mit anderen Funktionen vermindert, erhöht sich die Belastung für den Rest des Herzens, um eine angemessene Funktion aufrecht zu erhalten. Oft kann diese erhöhte Belastung so schwerwiegend werden, dass sie einen zweiten Herzinfarkt, ein Phänomen, bei etwa 10% der Individuen ⁷ ersichtlich bewirkt.

Während Arztpraxen entwickelt haben, um zu behandeln,Unmittelbar nach einem MI hat keine Technik entwickelt, um anzuhalten, langsam, oder umgekehrt die negativen Nebenwirkungen der Gewebeumbau. Stammzelltherapien als mögliche Weg für eine solche Behandlung trotz ihrer vielversprechendes Potential sich jedoch gezeigt, wurden Stammzellen in der Klinik nicht bewährt. Eine Theorie für ihre Mängel ist die Unfähigkeit, zu gewährleisten, die positiven Zellen an der Stelle des Infarkts lang genug, um gute Ergebnisse zu erzeugen ⁵ bleibt. Es hat sich gezeigt, dass nicht mehr als 24% der Zellen, die einfach in der Stelle des Infarkts injiziert lebten und blieb an der beschädigten Stelle 1 Tag nach der Lieferung ^2. Eine mögliche Perspektive für Lösung dieses Problems der Zellrückhaltung ist es, biokompatibles Hydrogel-Systeme, die entweder Zellen oder Therapeutika, die mit dem geschädigten Ort geliefert werden kann kapseln zu entwickeln. Hydrogel nach Wahl in diesem Protokoll ist ein Poly (ethylenglycol) dimethacrylat aufgrund seiner vorherigen Verwendung in Zellverkapselung procedures jedoch jede Hydrogels fähig Verkapselung ⁸ verwendet werden. Die Lieferung der Patch direkt an der Stelle der Verletzung gewährleistet Zell-Gewebekontakt über einen längeren Zeitraum, was die Länge der Zeit, die Zellen begünstigende Faktoren an der darunterliegenden Myokard bereitzustellen.

Ein Hindernis für den Patch-Ansatz ist die Schwierigkeit des Anklebens des Pflasters auf der Herzoberfläche. Viele Gruppen haben dies durch eine Vielzahl von Techniken, die am häufigsten als eine einfache Naht, um das Konstrukt zur Herzoberfläche ^9,10 binden überwinden. Dies wurde in einer Reihe von Fällen, in denen das Konstrukt aus einem steiferen Material hergestellt als erfolgreich erwiesen, aber nicht, wenn sie auf einem Hydrogel-System versucht, aufgrund der hohen Wasserkonzentration und empfindliche Natur der Patch-Konstrukt. Um dies zu überwinden, haben wir ein Fibrinkleber äußere Klebersystem, das die Chemie der Gerinnselbildung verwendet nachahmt. Fibrinkleber wurde in zahlreichen Arztpraxen eingesetzt, including dura Tränen Bronchusfisteln und Hornhauttransplantation, Hervorhebung der Biokompatibilität des Produkts als ein Wunddichtungsmittel ^11-13. Zusätzlich hat Fibrin für eine Vielzahl von kardialen Zwecke, einschließlich der chirurgischen Behandlung der linksventrikulären Brüche und koronaren Bypass-Operationen, wird jedoch seine Verwendung als Haftklebstoff für einen Herz Patch nicht gebräuchlich ^14-17 verwendet. Eine einfache Formulierung von Thrombin und Fibrinogen Ergebnisse in einem biokompatiblen Klebstoff, der direkt auf der Außenseite einer äußeren Herz Pflaster platziert werden kann, wodurch eine lebensfähige Haftsystem Patch Herz Interaktion gewährleisten.

Protocol

Vorgehensweise ist in die volle Kompatibilität mit IACUC Protokollnummer 13302 und wurde von der Abteilung von Tier Ressourcen genehmigt. 1. Instrumentenaufbereitung Autoklaven alle Nicht-Einweginstrumente vor dem chirurgischen Verfahren verwendet werden, um Sterilität zu gewährleisten. Sterilisieren Instrumente mehrfach in einer Session mit einer Glasperle Sterilisator zwischen den Anwendungen verwendet. 2. Hydrogelpräparat <…

Representative Results

Während des chirurgischen Eingriffs, kann die Ligation der linken Koronararterie durch eine deutliche Blanc stromab der verschlossenen Arterie identifiziert werden. Als Test vor den Bund fürs Leben, kann die Naht kurz angezogen, um zu überprüfen, ob es an der entsprechenden Stelle ist werden. Zusätzlich kann, da Okklusion der Arterie fast sofortige Abnahme der Fähigkeit des linken Atriums, um richtig zu schlagen, das linke Atrium wird in Reaktion auf einen Rückfluss des Blutes in dem System zu vergrößern. <…

Discussion

Mit diesem Ansatz konnte murinen MI-Modell haben wir ein System, das die Schädigung von Nicht-Myokard Bereichen, die mit anderen murinen MI Techniken verbunden werden minimiert entwickelt. Diese Bereiche umfassen Schädigung durch eine Tracheostomie verursacht, das Schneiden der Muskelschicht, und das Brechen der Rippen, um die Brusthöhle freizulegen. Wir glauben, dass diese Änderungen zur Verbesserung der allgemeinen Operationsergebnis durch die Sorgfalt, so vi…

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