Hydrogel לבנות והפיברין מבוסס גישת דבק כדי לספק Therapeutics באוטם שריר הלב דגם Murine.

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

אוטם שריר לב (MI) מוגדר כהפרעה של דם לאזור של הלב נגרמים על ידי החסימה של עורקים הכליליים עיקריים. הנזק כתוצאה מאוטם בשל שיפוץ של רקמת לב קיימא לרקמת צלקת שאינה פונקציונלית, אשר מקטין את יכולתו של הלב או, לייתר דיוק, החדר השמאלי, להכות כראוי. זה גורם לירידה בנפח דם שיכול להיות מועבר לגוף עם כל פעימת לב, הידועה בשם נפח הפעימה, ואחוז הדם שנשאב מתוך הלב עם כל פעימת לב, המכונה מקטע הפליטה של ^6. אלה, יחד עם פונקציות אחרות פחתו, מגבירים את הלחץ על שאר הלב כדי לשמור על תפקוד נאות. לעתים קרובות, מתח מוגבר זה יכול להיות כל כך חמור שהיא גורמת התקף לב שני, תופעה ראתה בכ -10% מאנשים ^7.

בעוד נהלים רפואיים התפתחו לטיפולמייד לאחר MI, אין טכניקה פותחה לעצור, איטי, או להפוך את תופעות לוואי השליליות של שיפוץ רקמות. תאי גזע טיפולים בתאים צמחו כדרך אפשרית לטיפול כזה, עם זאת, למרות הפוטנציאל המבטיח שלהם, נובע לא הוכיחו מוצלחים במסגרת הקלינית. תאוריה אחת על החסרונות שלהם היא חוסר היכולת להבטיח את התאים מועילים להישאר באתר של אוטם מספיק זמן כדי לייצר תוצאות חיוביות ^5. הוכח כי לא יותר מ 24% מתאים שפשוט הוזרקו לאתר של אוטם שרדו ונשארו ביום שלאחר מסירת אתר 1 הפגום ^2. סיכוי אפשרי להתמודדות עם בעיה זו של שימור תא הוא לפתח מערכות הידרוג'ל ביולוגית שלתמצת או תאים או תרופות, אשר יכול להיות מועברות לאתר שניזוק. הידרוג'ל של בחירה בפרוטוקול זה הוא פולי (אתילן גליקול) dimethacrylate עקב השימוש הקודם שלה ביחסי ציבור אנקפסולציה התאocedures, עם זאת, ניתן להשתמש בכל הידרוג'ל מסוגל אנקפסולציה ^8. המשלוח של התיקון ישירות לאתר של פציעה מבטיח מגע תא אל רקמה על פני תקופה ארוכה של זמן, להגדיל את משך זמן התאים יכולים לספק גורמים מועילים לשריר הלב הבסיסי.

צוואר בקבוק לגישת התיקון הוא הקושי של דבקות התיקון אל פני השטח את הלב. קבוצות רבות להתגבר על זה באמצעות מגוון רחב של טכניקות, הנפוצות ביותר להיות תפר פשוט לקשור את המבנה אל פני השטח את לב ^9,10. זה הוכיח את יעילותו במספר מקרים בהם המבנה עשוי מחומר נוקשה, אך נכשל כאשר ניסה במערכת הידרוג'ל, בשל ריכוז מים הגבוה והאופי עדין של מבנה התיקון. כדי להתגבר על זה, יש לנו מנוצל מערכת דבק חיצוני דבק הפיברין המחקה את הכימיה של היווצרות קריש דם. דבק הפיברין נעשה שימוש בניתוחים רפואיים רבים, Including דמעות דורה, fistulas הסימפונות, והשתלה קרנית, המדגיש את ההתאמה הביולוגית של המוצר כחומר איטום פצע ^11-13. בנוסף, ליפין נעשה שימוש עבור מגוון רחב של מטרות לב, כוללים טיפול כירורגים של קרעי חדר שמאלי וניתוחים מעקפים של עורקים הכליליים, לעומת זאת, השימוש בו כדבק הדבקה לתיקון לב אינו משמש ^14-17 נפוץ. ניסוח פשוט של תוצאות תרומבין ופיברינוגן בדבק ביולוגית שיכול להיות ממוקם ישירות על החלק החיצוני של תיקון לב חיצוני, מתן מערכת הידבקות קיימא כדי להבטיח תיקון לאינטראקציה לב.

Protocol

הליך הוא בתאימות מלאה עם מספר פרוטוקול IACUC 13302 ואושר על ידי חלוקת משאבים בבעלי חיים. 1. כלי הכנה החיטוי כל המכשירים שאינם חד פעמי המשמשים לפני ההליך כירורגי כדי להבטיח סטריליות. <l…

Representative Results

במהלך ההליך הכירורגי, קשירה של העורק הכלל השמאלי ניתן לזהות על ידי מסומן לחלוט במורד הזרם של העורק החסום. כמבחן לפני קשירת הקשר, התפר ניתן להדק בקצרה כדי לבדוק אם הוא נמצא במקום המתאים. בנוסף, מאז חסימה של עורק התוצאות בירידה כמעט מיידית ביכולת של אטריום השמאל להכות כר…

Discussion

עם גישה זו למודל עכברי MI, פיתחנו מערכת הממזערת את הנזק לאזורים שאינם שריר הלב הקשורים לטכניקות MI עכברית אחרות. אזורים אלה כוללים נזק שנגרם על ידי הנשמה, חיתוך של השכבה הרירית, ושבירה של צלעות לח…

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