Un hidrogel Construct y fibrina enfoque basado Pegamento para ofrecer Terapéutica en un infarto de miocardio 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

Un infarto de miocardio (MI) se define como la interrupción de la sangre a una región del corazón causada por la oclusión de una arteria coronaria principal. El daño resultante de un MI es debido a la remodelación del tejido cardiaco viable en el tejido de la cicatriz no funcional, lo que disminuye la capacidad del corazón o, más específicamente, el ventrículo izquierdo, a latir correctamente. Esto resulta en una disminución en el volumen de sangre que se puede entregar al cuerpo con cada latido del corazón, conocido como el volumen de carrera, y el porcentaje de sangre que se bombea fuera del corazón con cada latido del corazón, conocida como la fracción de eyección ^6. Estos, junto con otras funciones disminuido, aumenta la tensión en el resto del corazón para mantener la función adecuada. A menudo, este aumento de la tensión puede llegar a ser tan grave que provoca un segundo ataque al corazón, un fenómeno visto en aproximadamente el 10% de los individuos ^7.

Mientras que las prácticas médicas han evolucionado para tratarInmediatamente después de un infarto de miocardio, ninguna técnica ha sido desarrollada para detener, lento o revertir los efectos secundarios negativos de la remodelación de tejidos. Terapias con células madre han surgido como una posible vía para un tratamiento de este tipo, sin embargo, a pesar de su prometedor potencial, las células madre no han demostrado su eficacia en el ámbito clínico. Una teoría para sus deficiencias es la incapacidad para asegurar las células beneficiosos permanecen en el sitio de miocardio tiempo suficiente para generar resultados favorables ^5. Se ha demostrado que no más del 24% de las células que simplemente se inyecta en el lugar de miocardio sobrevivió y se mantuvo en el sitio 1 día después de la entrega dañado ^2. Una posible perspectiva para abordar este problema de la retención de células es el desarrollo de sistemas de hidrogel biocompatible que encapsulan cualquiera de las células o la terapéutica, que pueden ser entregados al sitio dañado. El hidrogel de elección en este protocolo es un poli (etilenglicol) dimetacrilato debido a su uso anterior en pr encapsulación de célulasocedures, sin embargo, cualquier hidrogel capaz de encapsulación se puede utilizar ^8. La entrega del parche directamente al sitio de la lesión asegura el contacto de célula a tejido durante un período prolongado de tiempo, el aumento de la longitud de tiempo, las células pueden proporcionar factores beneficiosos para el miocardio subyacente.

Un cuello de botella para el enfoque de parche es la dificultad de adherir el parche a la superficie del corazón. Muchos grupos han superado este a través de una variedad de técnicas, la más prevalente ser una sutura simple de atar el constructo a la superficie del corazón ^9,10. Esto ha demostrado ser exitosa en una serie de casos en los que el constructo está hecha de un material más rígido, pero falla cuando intento en un sistema de hidrogel, debido a la alta concentración de agua y delicada naturaleza de la construcción de parche. Para superar esto, hemos utilizado un sistema de adhesivo externa pegamento de fibrina que imita la química de la formación de coágulos. El pegamento de fibrina se ha utilizado en numerosas cirugías Medical, IncLuding lágrimas Dura, fístulas bronquiales, y trasplante de córnea, destacando la biocompatibilidad del producto como un sellador herida ^11-13. Además, la fibrina se ha utilizado para una variedad de propósitos cardíacas, incluyendo el tratamiento quirúrgico de las rupturas del ventrículo izquierdo y cirugías de bypass de arteria coronaria, sin embargo, su uso como un pegamento de adherencia para un parche cardíaco no se usa comúnmente ^14-17. Una formulación sencilla de trombina y fibrinógeno resultados en una cola biocompatible que se puede colocar directamente en el exterior de un parche cardíaco externo, proporcionando un sistema de adhesión viable para asegurar el parche a la interacción corazón.

Protocol

Procedimiento está en plena compatibilidad con número de protocolo IACUC 13.302 y ha sido aprobado por la división de los recursos animales. 1. Preparación de instrumentos Autoclave todos los instrumentos no desechables utilizados antes del procedimiento quirúrgico para garantizar la esterilidad. Esterilizar los instrumentos utilizados varias veces en una sesión con un esterilizador de cuentas de cristal entre usos. 2. Preparación …

Representative Results

Durante el procedimiento quirúrgico, la ligadura de la arteria coronaria izquierda se puede identificar por un marcado blanqueo de aguas abajo de la arteria ocluida. Como una prueba antes de atar el nudo, la sutura se puede apretar brevemente para comprobar si está en el lugar apropiado. Adicionalmente, puesto que la oclusión de los resultados de la arteria en disminución casi instantánea en la capacidad de la aurícula izquierda a latir correctamente, la aurícula izquierda se agrandará en respuesta a un reflujo …

Discussion

Con este enfoque para el modelo murino MI, hemos desarrollado un sistema que minimiza el daño a las áreas no miocardio que se asocian con otras técnicas de MI murinos. Estas áreas incluyen los daños causados ​​por una traqueotomía, el corte de la capa muscular, y la rotura de costillas para exponer la cavidad torácica. Creemos que estos cambios mejoran el resultado global gracias quirúrgicos para el cuidado de mantener la mayor cantidad de las principal…

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