Method Article
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.
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 stream2-4. 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.
ويعرف احتشاء عضلة القلب (MI)، وانقطاع الدم إلى منطقة القلب الناجمة عن انسداد في الشريان التاجي الرئيسي. الأضرار الناجمة عن MI ويرجع ذلك إلى إعادة تشكيل أنسجة القلب قابلة للحياة إلى ندبا غير وظيفية، مما يقلل من قدرة القلب، أو بشكل أكثر تحديدا، البطين الأيسر، للفوز بشكل صحيح. هذا يؤدي إلى انخفاض في حجم الدم التي يمكن تسليمها للجسم مع كل نبضة قلب، والمعروفة باسم حجم المخ، ونسبة الدم التي يتم ضخها من القلب مع كل نبضة قلب، والمعروفة باسم جزء طرد 6. هذه، جنبا إلى جنب مع وظائف تضاءلت أخرى، ويزيد من الضغط على بقية من القلب للحفاظ على وظيفة مناسبة. في كثير من الأحيان، يمكن أن هذه السلالة زيادة تصبح شديدة بحيث يؤدي إلى نوبة قلبية ثانية، وهي ظاهرة ينظر في ما يقرب من 10٪ من الأفراد (7).
بينما تطورت الممارسات الطبية لعلاجوفور وقوع MI، وقد تم تطوير تقنية لوقف أي، بطيئة، أو عكس الآثار الجانبية السلبية لإعادة تشكيل الأنسجة. لم تثبت الجذعية ظهرت علاجات الخلايا باعتبارها السبل الممكنة لمثل هذا العلاج، ولكن، على الرغم من إمكانياتها الواعدة، والخلايا الجذعية بنجاح في إعداد سريرية. نظرية واحدة لأوجه القصور فيها هي عدم القدرة على ضمان بقاء الخلايا مفيدة في موقع احتشاء طويلة بما يكفي لتوليد نتائج إيجابية 5. وقد تبين أن ما لا يزيد عن 24٪ من الخلايا التي يتم حقنها ببساطة إلى موقع احتشاء نجت وبقيت في تلف الموقع 1 يوم بعد الولادة 2. وهناك احتمال ممكن لمعالجة هذه القضية من الاحتفاظ الخلية هو تطوير أنظمة هيدروجيل حيويا التي تغلف إما خلايا أو العلاجات التي يمكن تسليمها إلى الموقع المتضرر. هيدروجيل الاختيار في هذا البروتوكول هو بولي (جلايكول الإثيلين) dimethacrylate بسبب الاستخدام السابق في تغليف الخلايا العلاقات العامةocedures، ومع ذلك، أي هيدروجيل قادرة على التغليف ويمكن استخدام 8. تسليم التصحيح مباشرة إلى موقع الإصابة يضمن اتصال الخلية الى النسيج على مدار فترة طويلة من الزمن، مما يزيد من طول الوقت الذي يمكن لخلايا توفر عوامل مفيدة لعضلة القلب الأساسي.
A عنق الزجاجة لنهج التصحيح هو صعوبة الالتزام التصحيح إلى سطح القلب. والتغلب على العديد من المجموعات ذلك من خلال مجموعة متنوعة من التقنيات، والأكثر انتشارا كونه خياطة بسيطة لربط بناء على سطح القلب 9،10. وقد ثبت هذا النجاح في عدد من الحالات التي يتم فيها بناء من مادة أشد، ولكن فشل عندما حاول على نظام هيدروجيل، نظرا لتركيز كميات كبيرة من المياه والطبيعة الحساسة للبناء التصحيح. للتغلب على هذا، ونحن قد تستخدم لالفيبرين الغراء نظام لاصق الخارجي الذي يحاكي كيمياء تشكيل الجلطة. وقد استخدمت الليفين الغراء في العديد من العمليات الجراحية الطبية، المؤتمر الوطني العراقيluding الدموع الجافية، الناسور الشعب الهوائية، وزراعة القرنية، وتسليط الضوء على توافق مع الحياة للمنتج وتسرب الجرح 11-13. بالإضافة إلى ذلك، تم استخدام الفيبرين لمجموعة متنوعة من الأغراض القلب، بما في ذلك العلاج الجراحي للتمزق البطين الأيسر والشريان التاجي جراحات الشريان الالتفافية، ومع ذلك، واستخدامه بمثابة الغراء التصاق لرقعة القلب لا يستخدم عادة 14-17. A صياغة بسيطة من الثرومبين والفيبرينوجين النتائج في الغراء حيويا التي يمكن وضعها مباشرة على السطح الخارجي للرقعة القلب الخارجي، وتوفير نظام التصاق قابل للتطبيق لضمان التصحيح لتفاعل القلب.
الإجراء هو في التوافق التام مع بروتوكول IACUC عدد 13302 وتمت الموافقة من قبل تقسيم الثروة الحيوانية.
1. أداة إعداد
2. إعداد هيدروجيل
3. إعداد الحيوانية وintubati عن طريق الفمعلى
4. إجراء العمليات الجراحية
5. تصحيح التنسيب والغراء
6. خياطة
7. علاج ما بعد الجراحة
تحليل 8. من وظيفة القلب والأنسجة
أثناء إجراء العمليات الجراحية، ربط الشريان التاجي الأيسر يمكن التعرف من خلال وضع علامة ابيضاض المصب من الشريان المغطي. كاختبار قبل ربط العقده، خياطة ويمكن تشديد لفترة وجيزة للتحقق مما إذا كان في المكان المناسب. بالإضافة إلى ذلك، منذ انسداد الشريان النتائج إلى انخفاض فوري تقريبا في قدرة الأذين الأيسر للفوز بشكل صحيح، فإن الأذين الأيسر تكبير ردا على ارتجاع الدم في النظام.
قياسات تخطيط صدى القلب M-وضع اتخذت في وقت مبكر من 2 أيام بعد احتشاء تظهر وقف حركة الجدار الأيسر، مما يدل على إعادة بناء العضلات. حسابات النوعية المصنوعة من بيانات تظهر انخفاضا في الكسر القذفي وحجم المخ في قلوب محتشية. عند انتهاء التجربة، عندما يتم جمع قلوب لأغراض النسيجية، واتساع واضح من البطين الأيسر يمكن أن ينظر إليه، جنبا إلى جنب مع التخفيف من البطين الأيسرالجدار، وترسب الكولاجين التي تدل على ترسب ندبا في مكان عملها العضلية (الشكل 1).
ينظر أيضا على التحليل النسيجي هو وجود هيدروجيل بناء بفضل الإدارة من هلام الليفين (الشكل 2). لأغراضنا، يجب أن يكون نظام لاصق لزج بما فيه الكفاية للسماح للسيطرة موضع دقيقة وتقليل الجريان السطحي لاحق إلى الأجهزة المحيطة بها، ولكن مرن بما يكفي كي لا تتدخل في وظيفة القلب. وأجريت الاختبارات الأولية لحساب اللزوجة، والوقت دبق، وصلابة من مختلف نسب الفيبرينوجين / الثرومبين، من أجل تحديد التوليفة المناسبة التي تناسب احتياجاتنا. وأجري في الجسم الحي التحليل لاختبار قدرة الغراء الليفين للحفاظ على patch- إلى الأنسجة التصاق في حين لا يزال يسمح لعمل القلب كاملة (لا تظهر البيانات). تجدر الإشارة إلى أن الغراء الليفين لم يضر عضلة القلب، كما يتضح من لترACK من إعادة تشكيل الأنسجة أو البطين ترقق في موقع (الشكل 2). تبقى العضلية سليمة على الرغم من إضافة كل من رقعة القلب والغراء المرافقة لها. بالإضافة إلى ذلك، أكد اختبار قابلية أن ذلك لم إدارة الفيبرين الغراء على السطح الخارجي للهيدروجيل التصحيح، التغليف الخلية لن يؤثر على بقاء الخلية داخل التصحيح (الشكل 3).
الشكل 1: اليسار التاجية نتائج الشريان من ربط إلى انخفاض في وظيفة القلب التي تقاس ضربات القلب M-وضع تخطيط صدى القلب من صحية (أ) و محتشية (ب) القلوب. تظهر قلوب محتشية نقص واضح في حركة الجدار حيث تم استبدال الأنسجة قابلة للحياة مع ندبا. هذا يرتبط مع انخفاض قابلة للقياس في البطين الأيسر الكسر القذفي (EF) والسكتة الدماغية القلبحجم (SV)، والنتاج القلبي (CO). ويظهر التحليل النسيجي للصحية (ج) ومحتشية (د) قلوب لدم من البطين الأيسر وترقق جدار البطين الأيسر من عضلة القلب محتشية، سواء علامات إعادة تشكيل الأنسجة وترسب ندبا. الصور النسيجية هي شرائح مقطعية الاستيلاء على اليسار (الغرفة الكبيرة) والصحيح (غرفة صغيرة) البطينين.
الشكل 2: تطبيق الليفين المداخن يضمن تصحيح التصاق إلى القلب يتم وضع رقعة على سطح قلبية بينما يتعرض تجويف الصدر أثناء إجراء (أ). وبمجرد وضعها، يتم إضافة الغراء القائمة على الفيبرين على الجزء العلوي من القلب وسمح لتجف. ويمكن بوضوح أن ينظر إلى التصحيح على أقسام النسيجية من أنسجة القلب التي تم جمعها في 1 أسبوع بعد إجراء (ب).تفكك التصحيح من سطح القلب في الصور النسيجية هو قطعة أثرية من عملية جمع وباجتزاء. النتائج متسقة لمدة تصل إلى 8 أسابيع من الالتصاق.
الرقم 3: الغراء القائمة على الليفين-لا يؤذي الأنسجة مغلف تم قياس بقاء الخلية عن طريق تحليل MTT 1 في الاسبوع بعد إدارة الغراء القائمة على الليفين باستخدام البروتوكولات المذكورة بالتفصيل في المنشورات السابقة 8. لم يتأثر بقاء الخلايا داخل التصحيح من خلال إضافة الغراء على سطح بناء.
مع هذا النهج إلى نموذج MI الفئران، وقد وضعنا نظاما يقلل من الأضرار التي لحقت المناطق غير عضلة القلب التي ترتبط مع تقنيات MI الفئران الأخرى. وتشمل هذه المناطق الضرر الذي يسببه القصبة الهوائية، وقطع من الطبقة العضلية، وكسر أضلاعه لفضح تجويف الصدر. ونحن نعتقد أن هذه التغييرات تحسين الشاملة وذلك بفضل نتائج العمليات الجراحية إلى الحرص للحفاظ على أكبر قدر من الهياكل الرئيسية، بما في ذلك الأضلاع وطبقات العضلات، سليمة خلال العملية الجراحية.
تجدر الإشارة إلى أن هناك بعض القيود على هذه التقنية، مع أكبرها طبيعة تستغرق وقته، مما أدى فقط 8-10 العمليات الجراحية كاملة في يوم واحد. للتغلب على هذه، جهاز التنفس الصناعي الثاني يمكن استخدامها، مما يسمح لهذا الإجراء المراد تنفيذها على حيوانين في نفس الوقت. بالإضافة إلى ذلك، والسفن الكبرى، مثل السفن بين الضلوع والداخلية الشريان الصدري، وينبغي تجنب عند أداء بضع الصدر. إذا بالقرب من واحدة من هذه السفن، يجب استخدام cauterizer لمنع النزيف خارج بسبب تمزق الشريان.
ومن المعروف الفيبرين الغراء في كل من المختبر والسريرية وذلك بفضل قدرتها على مساعدة بسرعة في تشكيل الجلطات، وكذلك قدرتها على تقديم واللجان الدائمة المضيف 14-17،19. لأغراضنا، وخدم الفيبرين الغراء باعتبارها نهجا حيويا لالتمسك هيدروجيل المياه القائمة بناء على سطح القلب. وقد ثبت استخدام الغراء القائمة على الفيبرين ناجحة في الحفاظ على بناء هيدروجيل في الموقع المتضرر لمدة تصل إلى 8 أسابيع، مع إمكانية للاتصال الأنسجة كمية أطول من الزمن. استخدام هذا النظام التصاق يسمح لمراقبة وضع التركيبة دقيق دون الحاجة إلى الغرز الإضافية التي تضر عضلة القلب وكذلك بناء نفسها. لقد وجدنا أن الغراء نفسها غير سامة للخلايا مغلفةالثانية لا يؤثر سلبا على النسيج الأساسي. هيدروجيل ونظام الغراء القائمة على الفيبرين يمكن تطبيقها على مجموعة متنوعة من الأغراض هندسة الأنسجة الأخرى التي ترغب في خلية أو الاتصال العلاجي لفترة طويلة من الزمن. وعلاوة على ذلك، مع استخدام أسلوب SLA تلفيق، يمكن إدراج التصاميم والهياكل داخل التصحيح لإنشاء نظام أكثر تعقيدا لتسليم خلية 18.
واحد انتكاسة لاستخدام الغراء القائمة على الليفين هو حقيقة أن الباحث أكثر من واحد يجب أن تكون موجودة في غرفة العمليات الجراحية خلال وضع التصحيح والإضافة الغراء. بل هي مهمة للباحث أولا للتأكد من يبقى التصحيح في المكان، ولا تضيع في تجويف الصدر، في حين أن الباحث الثاني يمزج الحل وينطبق ذلك على التصحيح بعد التوصل اللزوجة المناسبة. لتحسين توقيت تسليم الغراء، ويقترح أن الباحث الثاني أيضا الاختبارات وأضعاف دبق من الغراء قبل وضع التصحيح،منذ دبق السليم من الغراء أمر حاسم لالتصاق التصحيح.
هناك عدد من الخطوات الهامة والمناطق المعرضة للخطأ في البروتوكول، مع كونها أول تحريض من احتشاء عضلة القلب. لا بد من التحقق من وجود علامات، مثل ابيضاض الجدار البطين الأيسر وتوسيع الأذين الأيسر، لضمان انسداد الشريان التاجي الأيسر. يمكن القيام بذلك قبل إضافة غرزة ببساطة عن طريق معبر وتشديد نهاية السلاسل خياطة. إذا ثبت أن الشريان التاجي الأيسر ليست محاطة خياطة، السلسلة يمكن أن يؤخذ بها وإعادة تطبيقها. مقياسا حاسما الثاني هو الاستمرار في مراقبة أنبوب التنبيب في جميع أنحاء الداخلي، لضمان بقائه داخل القصبة الهوائية ولا يحصل انسحبت جراحة منتصف. أخيرا، في جميع أنحاء الجراحة، ينبغي بذل كل المحاولات لتجنب الاتصال مع الرئتين، حيث أن أي اتصال لديه القدرة على أن تؤدي إلى الرئة المنهارة.اذا حدث أثناء الجراحة، وانهيار الرئة يحدث، ببساطة منع أنبوب تدفق من منباب لمدة تصل إلى 3 ثانية في محاولة لإعادة تضخيم المناطق المضطربة في الرئتين.
The authors declare that they have no competing financial interests.
وقد تم تمويل هذا العمل من قبل الجيش الأمريكي غرانت (W81XWH-08-1-0701) وعلى زمالة من مستشفى مؤسسة كارل.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
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 - 0.4 mm Tips Angled | Fine Science Tools | 11063-07 | |
Agricola Retractor - 3.5 cm Spread | Fine Science Tools | 17005-04 | |
Spring Scissors - 2.5 mm Blades Straight | Fine Science Tools | 15000-08 | |
Castroviejo Needle Holder - w/Lock Tungsten Carbide 14 cm | 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 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved