Retroductal Nanoparticle injectie aan de lymfkliertest submandibulaire klier
Summary
Lokale drug levering aan de submandibulaire klieren is van belang in begrip speekselklier biologie en voor de ontwikkeling van nieuwe therapieën. We presenteren een bijgewerkte en gedetailleerde retroductal injectie protocol, ter verbetering van de nauwkeurigheid van de levering en experimentele reproduceerbaarheid. De hier vermelde toepassing is de levering van polymere nanodeeltjes.
Abstract
Twee gemeenschappelijke doelen van speekselklier therapeutics zijn preventie en behandeling van weefsel disfunctie na een auto-immune of straling schade. Door lokaal leveren bioactieve stoffen aan de speekselklieren, kunnen grotere concentraties van weefsel veilig worden bereikt versus systemische toediening. Bovendien, uit doelweefsel effecten van extra klierweefsel accumulatie van materiaal drastisch kunnen worden verminderd. In dit verband is retroductal injectie een veel gebruikte methode voor het onderzoeken van zowel de speekselklier biologie en de pathofysiologie. Retroductal beheer van groeifactoren, primaire cellen, adenovirale vectoren en kleine molecuul drugs heeft aangetoond dat klier functie ondersteund bij het vaststellen van letsel. Wij hebben eerder de werkzaamheid van een retroductally geïnjecteerd nanoparticle-siRNA strategie te handhaven klier functie na bestraling getoond. Hier, een zeer effectieve en reproduceerbare methode voor het beheren van nanomaterialen aan de lymfkliertest submandibulaire klier door Wharton de koker is gedetailleerd (Figuur 1). We beschrijven toegang tot de mondholte en een overzicht van de noodzakelijke stappen voor het cannulate Wharton de koker, met verdere opmerkingen bijeenkomen kwaliteitscontroles gedurende de hele procedure.
Introduction
Speekselklier dysfunctie heeft vele etiologie, met inbegrip van het Sjögren-syndroom, een auto-immuun gemedieerde verlies van functionele secretoire weefsel en straling geïnduceerde hyposalivation (RIH), een gemeenschappelijke sequella van hoofd en nek kanker radiotherapie1. Verlies van speeksel functie als gevolg van beide voorwaarden predisposes personen aan mondelinge en systemische infectie, tandbederf, spijsvertering en slikken dysfunctie, bijzondere waardevermindering van meningsuiting en depressie1,2,3. Dientengevolge lijdt levenskwaliteit aanzienlijk, met interventies beperkt tot palliatie van symptomen in plaats van genezen4. Voor het onderzoek naar nieuwe therapieën in vivo, is het van belang voor het beheer van biologische actieve stoffen rechtstreeks naar de speekselklier.
Retroductal injectie is een waardevolle methode om biologische actieve stoffen leveren rechtstreeks aan de speekselklieren en testen van de werkzaamheid in ziekte, letsel of onder normale weefsel homeostase. De drie grote speekselklieren zijn de oorspeekselklier (PG), de submandibulaire (SMG) en de sublinguaal (SLG), alle van welke lege in de mondholte via uitscheidingsmechanisme leidingen. De anatomie van de RattenUitrustingen SMG toelaat rechtstreekse toegang via de cannulation van de Wharton duct, gelegen in de vloer van de mond onder de tong5. Na de cannulation, de solvated drugs kan rechtstreeks aan de SMG worden toegediend. Na retroductal de levering, extra klierweefsel diffusie wordt beperkt door de omliggende weefsel capsule die de uitwisseling van materiaal regelt met omringende structuren6. De SMG zijn koker ook bij de mens zijn gestructureerd en routinematig tijdens SMG chirurgie en parotitis7worden benaderd. Bij mensen en muizen is de PG eveneens toegankelijk via Stensen de buis in de buccale mucosa-8.
In lymfkliertest modellen van RIH, is SMG retroductal injectie gebruikt voor het leveren van therapeutics met inbegrip van groeifactoren, primaire cellen adenovirale vectoren, cytokines en antioxidant verbindingen te moduleren van de cellulaire reactie op schade en de daaruit voortvloeiende te verminderen weefsel schade5,9,10,11,12,13,14,15,16. Het meest opvallende klinische succes van retroductal injectie is het beheer van adenovirale vector naar directe uitdrukking van een water-kanaal (Aquaporin-1; AQP1) bij patiënten na de straling voor hoofd en nek kanker17.
Eerder, hebben we ontwikkeld en de werkzaamheid van een retroductally geïnjecteerd polymere nanoparticle-siRNA systeem ter bescherming van speekselklier functie van RIH11,18,19,20komt te staan. Als een verlengstuk van ons afgelopen werk, hier, tonen wij ons protocol voor retroductal SMG injectie met behulp van een fluorescently geëtiketteerde nanoparticle (NP) kan laden en leveren anders slecht oplosbare drugs21,22, 23.
We hebben gesynthetiseerd de NP uit een copolymeer van de diblock bestaat uit poly (styreen-alt-maleïnezuuranhydride anhydride)-b-poly(styrene) (PSMA) via de omkeerbare toevoeging keten fragmentatie (vlot) polymerisatie, zoals eerder beschreven21. Door middel van de uitwisseling van het oplosmiddel monteren deze polymeren spontaan zelf in micel NP structuren met een hydrofobe interieur en hydrofiele exterieur21. De NPs worden aangeduid met Texas-rood fluorophore wilt toestaan de verificatie van NP levering in de klieren zonder dat het dier offeren. Live dieren imaging en SMG immunohistochemistry wordt weergegeven na 1 uur en 1 dag na de injectie.
Dit bijgewerkt en reproduceerbaar cannulation protocol mogelijk moet maken dat anderen te bereiken retroductal injectie. We verwachten dat deze verfijnde techniek cruciaal voor in vivo studies en therapeutische ontwikkeling24,25 worden zal.
Protocol
Representative Results
Discussion
Retroductal injectie is essentieel voor gelokaliseerde drug levering aan de speekselklier. Deze techniek heeft toepassingen in de screening van de therapeutische middelen voor de voorwaarden waaronder het syndroom van Sjogren en RIH9,10,28. Directe drug bezorging binnen de SMG via retroductal injectie biedt een belangrijk voordeel ten opzichte van systemische toediening in haar potentieel uit-target effecten, met inbegrip van im…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Onderzoek gemeld in deze publicatie werd gesteund door het nationale Instituut van Dental en craniofaciale onderzoek (NIDCR) en het National Cancer Institute (NCI) van de National Institutes of Health onder Award nummer R56 DE025098, UG3 DE027695 en CA206296 van de F30. De inhoud is uitsluitend de verantwoordelijkheid van de auteurs en vertegenwoordigt niet noodzakelijk de officiële standpunten van de National Institutes of Health. Dit werk werd ook ondersteund door de NSF DMR-1206219 en de IADR Innovation in mondelinge zorg Award (2016).
Wij wil Jayne Gavrity bedanken voor haar hulp bij het uitvoeren van IVIS experimenten. We bedank Karen Bentley voor haar inbreng en hulp bij het uitvoeren van EM. We zouden graag bedanken Pei-Lun Weng voor zijn hulp met IHC. Wij wil Matthew Ingalls bedanken voor zijn hulp ter voorbereiding van de figuur. We zouden graag bedanken Dr. Elaine Smolock en Emily Wu voor kritische lezing van dit manuscript.
Materials
| Pilocarpine hydrochloride | Sigma Aldrich | P6503 | Pilocarpine |
| Student Vannas Spring Scissors | Fine Science Tools | 91500-9 | Spring Scissors for Tracheostomy |
| Sterile Saline Solution | Medline | RDI30296H | Saline |
| Dumont #7 Forceps | Fine Science Tools | 11274-20 | Curved Forceps |
| Dumont #5 Forceps | Fine Science Tools | 11251-10 | Straight Forceps |
| Standard Pattern Forceps | Fine Science Tools | 11000-12 | Blunt Forceps |
| Fine Scissors- Tungsten Carbide | Fine Science Tools | 14568-09 | Dissection Scissors |
| Microhematocrit Heparinized Capillary Tubes | Fisher Scientific | 22362566 | Capillary tubes |
| Lubricant Eye Ointment | Refresh | N/A | Refresh Lacri-Lube |
| Goat polyclonal anti-Nkcc1 | Santa Cruz Biotech | SC-21545 | Nkcc1 Antibody |
| DAPI (4',6-Diamidino-2-Phenylindole, Dihydrochloride) | Thermo Fisher Scientific | D1306 | DAPI |
| GraphPad Prism | GraphPad | ver6.0 | Statistical Software |
| Cotton tipped applicator | Medline | MDS202000 | Applicator for eye ointment |
| 0.5cc Insulin Syringe, 29G x 1/2" | BD | 7629 | Syringe for intraperitoneal injection |
References
- Miranda-Rius, J., Brunet-Llobet, L., Lahor-Soler, E., Farre, M. Salivary Secretory Disorders, Inducing Drugs, and Clinical Management. International Journal Of Medical Sciences. 12 (10), 811-824 (2015).
- Acauan, M. D., Figueiredo, M. A. Z., Cherubini, K., Gomes, A. P. N., Salum, F. G. Radiotherapy-induced salivary dysfunction: Structural changes, pathogenetic mechanisms and therapies. Archives of Oral Biology. 60 (12), 1802-1810 (2015).
- Dirix, P., Nuyts, S., Vander Poorten, V., Delaere, P., Van den Bogaert, W. The influence of xerostomia after radiotherapy on quality of life. Supportive Care in Cancer. 16 (2), 171-179 (2008).
- Vissink, A., et al. Clinical management of salivary gland hypofunction and xerostomia in head-and-neck cancer patients: successes and barriers. International Journal of Radiation Oncology Biology Physics. 78 (4), 983-991 (2010).
- Delporte, C., et al. Increased fluid secretion after adenoviral-mediated transfer of the aquaporin-1 cDNA to irradiated rat salivary glands. Proceedings of the National Academy of Sciences. 94 (7), 3268-3273 (1997).
- Samuni, Y., Baum, B. J. Gene delivery in salivary glands: from the bench to the clinic. Biochimica et Biophysica Acta. 1812 (11), 1515-1521 (2011).
- Beahm, D. D., et al. Surgical approaches to the submandibular gland: A review of literature. International Journal of Surgery. 7 (6), 503-509 (2009).
- Zheng, C., Shinomiya, T., Goldsmith, C. M., Di Pasquale, G., Baum, B. J. Convenient and reproducible in vivo gene transfer to mouse parotid glands. Oral diseases. 17 (1), 77-82 (2011).
- Zheng, C., et al. Prevention of Radiation-Induced Salivary Hypofunction Following hKGF Gene Delivery to Murine Submandibular Glands. Clinical Cancer Research. 17 (9), 2842-2851 (2011).
- Okazaki, Y., et al. Acceleration of rat salivary gland tissue repair by basic fibroblast growth factor. Archives of Oral Biology. 45 (10), 911-919 (2000).
- Arany, S., Benoit, D. S., Dewhurst, S., Ovitt, C. E. Nanoparticle-mediated gene silencing confers radioprotection to salivary glands in vivo. Molecular Therapy. 21 (6), 1182-1194 (2013).
- Cotrim, A. P., Sowers, A., Mitchell, J. B., Baum, B. J. Prevention of irradiation-induced salivary hypofunction by microvessel protection in mouse salivary glands. Molecular Therapy. 15 (12), 2101-2106 (2007).
- Redman, R. S., Ball, W. D., Mezey, E., Key, S. Dispersed donor salivary gland cells are widely distributed in the recipient gland when infused up the ductal tree. Biotechnic & Histochemistry. 84 (6), 253-260 (2009).
- Grundmann, O., Fillinger, J. L., Victory, K. R., Burd, R., Limesand, K. H. Restoration of radiation therapy-induced salivary gland dysfunction in mice by post therapy IGF-1 administration. BMC Cancer. 10, 417-417 (2010).
- Limesand, K. H., et al. Insulin-Like Growth Factor-1 Preserves Salivary Gland Function After Fractionated Radiation. International Journal of Radiation Oncology Biology Physics. 78 (2), 579-586 (2010).
- Marmary, Y., et al. Radiation-induced loss of salivary gland function is driven by cellular senescence and prevented by IL-6 modulation. Cancer Research. , (2016).
- Baum, B. J., et al. Early responses to adenoviral-mediated transfer of the aquaporin-1 cDNA for radiation-induced salivary hypofunction. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109 (47), 19403-19407 (2012).
- Arany, S., et al. Pro-apoptotic gene knockdown mediated by nanocomplexed siRNA reduces radiation damage in primary salivary gland cultures. Journal of Cellular Biochemistry. 113 (6), 1955-1965 (2012).
- Benoit, D. S. W., Henry, S. M., Shubin, A. D., Hoffman, A. S., Stayton, P. S. pH-responsive polymeric siRNA carriers sensitize multidrug resistant ovarian cancer cells to doxorubicin via knockdown of polo-like kinase 1. Molecular pharmaceutics. 7 (2), 442-455 (2010).
- Malcolm, D. W., Varghese, J. J., Sorrells, J. E., Ovitt, C. E., Benoit, D. S. W. The Effects of Biological Fluids on Colloidal Stability and siRNA Delivery of a pH-Responsive Micellar Nanoparticle Delivery System. ACS Nano. , (2017).
- Baranello, M. P., Bauer, L., Benoit, D. S. Poly(styrene-alt-maleic anhydride)-based diblock copolymer micelles exhibit versatile hydrophobic drug loading, drug-dependent release, and internalization by multidrug resistant ovarian cancer cells. Biomacromolecules. 15 (7), 2629-2641 (2014).
- Wang, Y., et al. Fracture-Targeted Delivery of β-Catenin Agonists via Peptide-Functionalized Nanoparticles Augments Fracture Healing. ACS Nano. 11 (9), 9445-9458 (2017).
- Baranello, M. P., Bauer, L., Jordan, C. T., Benoit, D. S. W. Micelle Delivery of Parthenolide to Acute Myeloid Leukemia Cells. Cellular and Molecular Bioengineering. 8 (3), 455-470 (2015).
- Kuriki, Y., et al. Cannulation of the Mouse Submandibular Salivary Gland via the Wharton’s Duct. Journal of Visualized Experiments. (51), e3074 (2011).
- Nair, R. P., Zheng, C., Sunavala-Dossabhoy, G. Retroductal Submandibular Gland Instillation and Localized Fractionated Irradiation in a Rat Model of Salivary Hypofunction. Journal of Visualized Experiments. (110), (2016).
- Wang, Y., Malcolm, D. W., Benoit, D. S. W. Controlled and sustained delivery of siRNA/NPs from hydrogels expedites bone fracture healing. Biomaterials. 139 (Supplement C), 127-138 (2017).
- Hoffman, M. D., Van Hove, A. H., Benoit, D. S. W. Degradable hydrogels for spatiotemporal control of mesenchymal stem cells localized at decellularized bone allografts. Acta Biomaterialia. 10 (8), 3431-3441 (2014).
- Nguyen, C. Q., Yin, H., Lee, B. H., Chiorini, J. A., Peck, A. B. IL17: potential therapeutic target in Sjogren’s syndrome using adenovirus-mediated gene transfer. Laboratory Investigation. 91 (1), 54-62 (2011).
