Um hidrogel Construir e fibrina à base de cola Approach to Deliver Therapeutics em um Infarto do Miocárdio modelo murino.

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

Um enfarte do miocárdio (MI) é definida como a interrupção de sangue para uma região do coração causada por oclusão de uma artéria coronária principal. O dano resultante de um MI é devido à remodelação do tecido cardíaco viável em tecido cicatricial não-funcional, o que diminui a capacidade do coração ou, mais especificamente, no ventrículo esquerdo, para bater apropriadamente. Isto resulta numa diminuição no volume de sangue que pode ser entregue ao corpo com cada batimento cardíaco, conhecido como o volume de curso, e a percentagem de sangue que é bombeado para fora do coração com cada batimento cardíaco, conhecido como a fracção de ejecção ^6. Estas, juntamente com outras funções diminuídas, aumenta a pressão sobre o resto do coração para manter a função adequada. Muitas vezes, esse aumento da pressão pode se tornar tão grave que faz com que um segundo ataque cardíaco, um fenômeno visto em aproximadamente 10% dos indivíduos ^7.

Enquanto práticas médicas têm evoluído para tratarrescaldo de um MI, nenhuma técnica foi desenvolvida para parar, reduzir ou reverter os efeitos colaterais negativos da remodelação do tecido. Terapias com células-tronco surgiram como uma via possível para um tal tratamento, no entanto, apesar do seu potencial promissor, as células-tronco não têm sido bem sucedidos no contexto clínico. Uma teoria para as suas deficiências é a incapacidade de garantir as células benéficos permanecer no local de enfarte longo o suficiente para gerar resultados favoráveis ^​​5. Demonstrou-se que não mais do que 24% de células que são simplesmente injectada no local de enfarte sobreviveram e permaneceram no local danificado um dias pós-parto ^2. A perspectiva possível para resolver este problema de retenção celular é desenvolver sistemas de hidrogel biocompatíveis que encapsulam células ou terapêuticas, que podem ser entregues com o sítio danificado. O hidrogel de escolha neste protocolo é um poli (etileno-glicol) dimetacrilato devido ao seu uso anterior em encapsulamento de células procedures, no entanto, qualquer hidrogel capaz de encapsulação pode ser utilizado ^8. A entrega do remendo directamente para o local da lesão assegura o contacto célula-a-tecido durante um período prolongado de tempo, aumentando o período de tempo as células podem fornecer factores benéficos para o miocárdio subjacente.

Um gargalo para o remendo abordagem é a dificuldade de fazer aderir o penso à superfície do coração. Muitos grupos superar este através de uma variedade de técnicas, sendo o mais prevalente de uma sutura simples amarrar a construção à superfície do coração de ^9,10. Isto tem sido bem sucedida num certo número de casos em que a construção é feita de um material mais rígido, mas falha quando tentada em um sistema de hidrogel, devido à concentração elevada de água e delicada natureza da construção remendo. Para superar isto, nós utilizamos um sistema de adesivo externa cola de fibrina que imita a química da formação de coágulos. A cola de fibrina tem sido utilizada em vários gabinetes médicos, Including lágrimas Dura, fístulas brônquicas, e transplante da córnea, destacando a biocompatibilidade do produto na forma de um selante de ferida ^11-13. Além disso, a fibrina tem sido usado para uma variedade de fins cardíacas, incluindo o tratamento cirúrgico das rupturas do ventrículo esquerdo e cirurgias de revascularização miocárdica, no entanto, a sua utilização como uma cola de aderência para uma correção cardíaca não é comumente usado ^14-17. Uma formulação simples de trombina e fibrinogénio resulta em uma cola biocompatível que pode ser colocado directamente no lado de fora de um remendo cardíaca externa, proporcionando um sistema de adesão viável para garantir a interacção remendo coração.

Protocol

Procedimento está em total compatibilidade com o número de protocolo do IACUC 13302 e foi aprovado pela divisão de recursos animais. 1. Instrumento Preparação Autoclave todos os instrumentos não descartáveis ​​usados ​​antes do procedimento cirúrgico para garantir a esterilidade. Esterilizar instrumentos utilizados várias vezes em uma sessão com um esterilizador talão de vidro entre os usos. 2. Preparação Hidrogel </p…

Representative Results

Durante o procedimento cirúrgico, a ligação da artéria coronária esquerda pode ser identificado por um acentuado branqueamento a jusante da artéria oclusa. Como um teste antes de amarrar o nó, a sutura pode ser apertado brevemente para verificar se ele está no lugar apropriado. Além disso, uma vez que a oclusão da artéria os resultados na redução quase instantâneo na capacidade do átrio esquerdo para bater apropriadamente, átrio esquerdo irá aumentar em resposta a um refluxo de sangue no sistema. <p…

Discussion

Com esta abordagem para o modelo murino MI, desenvolvemos um sistema que minimiza o dano para as zonas não miocárdio, que estão associados a outras técnicas de MI de murino. Estas áreas incluem danos causados ​​por uma traqueostomia, o corte da camada muscular, e à ruptura de nervuras para expor a cavidade torácica. Nós acreditamos que estas mudanças melhorar os resultados globais cirúrgicos graças ao cuidado para manter o máximo das principais estr…

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