Un idrogel Costruire e fibrina-based Glue approccio per fornire Therapeutics in una murino Myocardial Infarction Model.

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 del miocardio (MI) è definito come l'interruzione di sangue ad una regione del cuore causata dalla occlusione di un'arteria coronaria. Il danno derivante da un MI è dovuto al rimodellamento del tessuto cardiaco vitale in tessuto cicatriziale non funzionale, che diminuisce la capacità del cuore o, più specificamente, il ventricolo sinistro, per battere correttamente. Ciò si traduce in una diminuzione del volume di sangue che può essere consegnato al corpo ad ogni battito cardiaco, chiamata volume ictus, e la percentuale di sangue che viene pompato dal cuore ad ogni battito cardiaco, noto come frazione di eiezione ^6. Questi, insieme ad altre funzioni diminuita, aumenta la tensione sul resto del cuore per mantenere la funzione adeguata. Spesso, questo aumento ceppo può diventare così grave che provoca un secondo attacco cardiaco, un fenomeno visto in circa il 10% degli individui ^7.

Mentre le pratiche mediche si sono evoluti per trattaresubito dopo un infarto miocardico, nessuna tecnica è stata sviluppata per fermare, rallentare o invertire gli effetti collaterali negativi di rimodellamento tissutale. Terapie con cellule staminali sono emersi come una possibile via per un tale trattamento, tuttavia, nonostante il loro potenziale promettente, le cellule staminali non hanno dimostrato con successo in ambito clinico. Una teoria le loro carenze è l'incapacità di garantire le cellule benefiche rimangono nella sede dell'infarto abbastanza lungo per generare risultati favorevoli ^5. È stato dimostrato che non più del 24% di cellule che sono semplicemente iniettato nel sito di infarto sopravvissuto, rimanendo al primo danneggiata sito: 1 giorno post-parto ^2. Una possibile prospettiva per affrontare la questione della conservazione delle cellule è quello di sviluppare sistemi di idrogel biocompatibile che incapsulano sia cellule o terapeutica, che possono essere consegnati al sito danneggiato. L'idrogel di scelta in questo protocollo è un poli (glicole etilenico) dimetacrilato grazie al suo impiego precedente incapsulamento della pila procedures, tuttavia, qualsiasi idrogel grado di incapsulamento può essere utilizzato ^8. La consegna della patch direttamente al sito di lesione assicura il contatto cellula-tessuto per un periodo prolungato di tempo, aumentando la lunghezza di tempo le cellule possono fornire fattori positivi al miocardio sottostante.

Un collo di bottiglia per l'approccio patch è la difficoltà di aderire il cerotto alla superficie del cuore. Molti gruppi hanno superato questo attraverso una varietà di tecniche, i più diffusi essendo una semplice sutura per legare il costrutto alla superficie cardiaca ^9,10. Questo si è dimostrato efficace in un numero di casi in cui il costrutto è fatto di un materiale più rigido, ma non riesce quando tentato su un sistema idrogel, a causa della concentrazione di acqua ad alta e delicata natura del costrutto patch. Per ovviare a questo, abbiamo utilizzato una colla di fibrina sistema adesivo esterno che imita la chimica di formazione del coagulo. Colla di fibrina è stata utilizzata in numerosi studi medici, incLuding lacrime Dura, fistole bronchiali, e trapianto di cornea, mettendo in evidenza la biocompatibilità del prodotto come sigillante ferita ^11-13. Inoltre, la fibrina è stato utilizzato per una varietà di scopi cardiache, compreso il trattamento chirurgico delle fratture del ventricolo sinistro e coronarici chirurgia di bypass, tuttavia, il suo uso come una colla adesione per una patch cardiaca non è comunemente usato ^14-17. Una semplice formulazione di trombina e fibrinogeno risultati in una colla biocompatibile che può essere posizionato direttamente sulla parte esterna di un cerotto cardiaco esterno, fornendo un sistema di aderenza sostenibili in modo cerotto all'interazione cuore.

Protocol

La procedura è in piena compatibilità con numero di protocollo IACUC 13302 ed è stato approvato dalla divisione delle risorse animali. 1. Strumento Preparazione Autoclavare tutti gli strumenti non monouso utilizzati prima della procedura chirurgica per garantire la sterilità. Sterilizzare gli strumenti utilizzati più volte in una sessione con una sterilizzatrice perle di vetro tra usi. 2. Hydrogel Preparazione Scongelare…

Representative Results

Durante la procedura chirurgica, legatura dell'arteria coronarica sinistra può essere identificato da un marcato blanching valle dell'arteria occlusa. Come test prima di sposarsi, la sutura può essere stretto per breve tempo per verificare se è in un luogo adeguato. Inoltre, poiché occlusione delle arterie risultati in diminuzione quasi istantanea nella capacità dell'atrio sinistro per battere correttamente, l'atrio sinistro si allargherà in risposta ad un riflusso di sangue nel sistema. <p cla…

Discussion

Con questo approccio al modello MI murino, abbiamo sviluppato un sistema che riduce al minimo il danno alle zone non miocardio che sono associati con altre tecniche MI murine. Queste aree includono danni causati da tracheostomia, il taglio dello strato muscolare, e la rottura delle nervature per esporre la cavità toracica. Crediamo che questi cambiamenti migliorare le generali chirurgici risultato grazie alla cura di mantenere il più delle grandi strutture, compr…

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