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.
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.
הליך הוא בתאימות מלאה עם מספר פרוטוקול IACUC 13302 ואושר על ידי חלוקת משאבים בבעלי חיים.
1. כלי הכנה
2. Hydrogel הכנה
3. הכנת בעלי החיים וintubati שבעל פהב
4. נוהל כירורגי
5. תיקון מיקום ודבק
6. תפירה
טיפול 7. לאחר ניתוח
8. ניתוח של תפקוד לב והיסטולוגיה
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 כראוי, אטריום השמאל יגדיל בתגובה לזרימה חוזרת של דם במערכת.
מדידות אקו M-מצב נלקחו מוקדם ככל 2 ימים לאחר אוטם-להראות הפסקת קיר תנועת שמאל, מעידה על שיקום השרירים. חישובים איכותיים עשויים מהנתונים מראים ירידה במקטע פליטה ונפח פעימה בלב בהתקף הלב. בתום הניסוי, כאשר הלבבות נאספים למטרות היסטולוגית, התרחבות ברורה של החדר השמאלי ניתן לראות, יחד עם דילול של החדר השמאליקיר, והתצהיר של קולגן שמציין בתצהיר רקמת צלקת במקום של תפקוד שריר לב (איור 1).
ראה גם על ניתוח היסטולוגית הוא נוכחותם של הידרוג'ל לבנות הודות לממשל של הג'ל הפיברין (איור 2). למטרות שלנו, מערכת הדבק חייבת להיות צמיגה מספיק כדי לאפשר שליטת מיקום מדויקת ולמזער נגר עוקבים לאיברים סמוכים, אך גמישה מספיק כדי לא להפריע לתפקוד לב. בדיקות ראשוניות בוצעו כדי לחשב את הצמיגות, זמן gelation, וקשיחות של יחסי פיברינוגן / תרומבין שונים, על מנת לקבוע את השילוב הנכון שיתאים לצרכימים שלנו. הניתוח בvivo בוצע על מנת לבחון את יכולתו של דבק הפיברין לשמור patch- לרקמות הידבקות תוך מתן לתפקוד לב מלא (מידע לא מוצג). יש לציין כי דבק הפיברין לא לפגוע בשריר הלב, כפי שמעיד lACK של שיפוץ רקמות או דילול של חדר באתר (איור 2). שריר הלב יישאר ללא שינוי למרות התוספת של שני תיקון לב ודבק הנלווים לה. בנוסף, בדיקת כדאיות אישרה כי שהממשל של דבק הפיברין אל פני השטח החיצוניים של תיקון הידרוג'ל מתמצת תאים לא השפיע הישרדות תא בתיקון (איור 3).
אקו M-מצב תוצאות קשירת עורק מכלילים שמאלית בירידה בתפקוד לב, כפי שנמדדו על ידי אקו של (ב) לב בריא (א), בהתקף לב: איור 1.. לב אוטם שריר להראות חוסר ברור של קיר תנועה שבו רקמת קיימא הוחלפה ברקמת צלקת. זה בקורלציה עם ירידה למדידה במקטע הפליטה של חדר השמאלי (EF), שבץ לבנפח (SV), ותפוקת לב (CO). ניתוח היסטולוגית של בריא (ג) ולב בהתקף לב (ד) מראה התרחבות של החדר השמאלי ודילול של קיר חדר השמאל של שריר הלב בהתקף הלב, שני הסימנים של שיפוץ רקמות ותצהיר רקמת צלקת. תמונות היסטולוגית הן פרוסות חתך לכידת השמאל (קאמרי גדול יותר) וחדרי לב תקין (קאמרי קטן יותר).
איור 2:. יישום של הפיברין ארובות מבטיחים תיקון הדבקה ללב התיקון ממוקם על פני השטח של הלב תוך חלל החזה חשוף במהלך ההליך (א). ברגע שהניח, דבק מבוסס הפיברין מתווסף על גבי הלב ולהתייבש. התיקון בבירור ניתן לראות בסעיפים היסטולוגית של רקמת לב שנאספו בפוסט הליך שבוע 1 (ב).ניתוק של התיקון ממשטח הלב בתמונות היסטולוגית הוא תוצר של תהליך האיסוף והחתך. תוצאות עולות בקנה אחד עד 8 שבועות של הידבקות.
איור 3: דבק מבוסס הפיברין אינו פוגע רקמות Encapsulated כדאיות תא נמדדו באמצעות ניתוח MTT שבוע 1 לאחר שהממשל של דבק מבוסס הפיברין באמצעות פרוטוקולים תיארו בפירוט בפרסומים קודמים 8.. הכדאיות של תאים בתוך התיקון לא הושפעה על ידי התוספת של הדבק על פני השטח של המבנה.
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 לחשוף את חלל החזה. אנו מאמינים כי שינויים אלה ישפרו את הודות התוצאה הניתוחית הכולל לטיפול נלקח כדי לשמור על כמה שיותר המבנים הגדולים, כולל צלעות ושכבות שרירים, ללא פגע במהלך ההליך הכירורגי.
יש לציין שיש כמה מגבלות לטכניקה זו, עם הטבע גוזל הזמן הגדול ביותר להיות בו, וכתוצאה מכך רק 8-10 ניתוחים מלאים ביום אחד. כדי להתגבר על זה, יכול לשמש למכונת הנשמה שנייה, המאפשר להליך שיש לבצע על שתי חיות במקביל. בנוסף, כלי גדולים, כגון כלי הצלע ועורק בית חזה פנים, יש להימנע בעת ביצוע פתיחת בית החזה. אם ליד אחד מהכלים האלה, יש להשתמש cauterizer כדי למנוע דימום החוצה בשל עורק קרוע.
דבק הפיברין ידוע בבזכות שתי המעבדה וההגדרות הקליניות ליכולתה כדי לסייע במהירות בהיווצרות קריש דם, כמו גם את הפוטנציאל שלה כדי לספק וMSCs מארח 14-17,19. למטרות שלנו, דבק הפיברין שימש כגישה ביולוגית לשמירת הידרוג'ל על בסיס מים לבנות על פני השטח של הלב. השימוש בדבק מבוסס הפיברין הוכיח את יעילותו בשמירה על מבנה הידרוג'ל באתר הפגום עד 8 שבועות, עם האפשרות למגע עם רקמות של כמות זמן ארוכה יותר. השימוש במערכת זו אפשרה הידבקות שליטה על מיקום של המבנה העדין ללא צורך בתפרים נוספים הפוגעים בשריר הלב, כמו גם את המבנה עצמו. מצאנו כי הדבק עצמו אינו רעיל לתאים במארזnd לא להשפיע לרעה על הרקמה הבסיסית. המערכת מבוססת דבק הפיברין הידרוג'ל וניתן ליישם במגוון רחב של מטרות הנדסת רקמות אחרות שרוצות תא או קשר טיפולי לתקופה ארוכה של זמן. יתר על כן, עם השימוש בשיטת ייצור צד"ל, עיצובים ומבנים עשויים להיות משולבים בתוך התיקון כדי ליצור מערכת מורכבת יותר לתא משלוח 18.
נסיגה אחת לשימוש בדבק מבוסס הפיברין היא העובדה כי חוקר אחד או יותר חייב להיות נוכח בחדר הניתוח במיקום תיקון ובנוסף דבק. זה התפקיד של החוקר הראשון לוודא את התיקון נשאר במקום ולא ללכת לאיבוד בחלל החזה, ואילו החוקר השני מערבב את הפתרון ומחיל אותו על התיקון לאחר שתושג צמיגות נכונה. כדי לייעל את העיתוי של מסירת הדבק, הוא הציע שהחוקר השני גם בדיקות ופעמים gelation של הדבק לפני השמת תיקון,מאז gelation התקינה של הדבק הוא קריטי להדבקת מדבקה.
ישנם מספר צעדים הקריטיים ואזורי מועדים שגיאה בפרוטוקול, עם הראשון להיות האינדוקציה של אוטם שריר הלב. זה הכרחי כדי לבדוק סימנים, כגון הלבנה בקיר של החדר השמאלי והגדלה של הפרוזדור השמאלי, כדי להבטיח חסימה של העורק הכלל השמאלי. ניתן לעשות זאת לפני התוספת של התפר פשוט על ידי חצייה והידוק סוף מחרוזות התפר. אם ייקבע שהעורק הכלל השמאלי אינו מוקף התפר, המחרוזת ניתן להוציא ולהחיל מחדש. מדד קריטי שני הוא להמשיך לפקח על צינור הנשמה בכל ההליך, כדי לוודא שהוא נשאר בתוך קנה הנשימה ולא מקבל שלף אמצע ניתוח. לבסוף, במהלך הניתוח, כל הניסיונות צריכים להיעשות כדי להימנע ממגע עם הריאות, כמו כל מגע יש הפוטנציאל להוביל לריאה התמוטטה.אם, במהלך הניתוח, מתכווצת ריאות מתרחש, פשוט לחסום את צינור היציאה של מַצנֵר עד 3 שניות בניסיון מחדש לנפח אזורים בעייתיים של הריאות.
The authors declare that they have no competing financial interests.
עבודה זו מומנה על ידי הצבא ארצות הברית גרנט (W81XWH-08-1-0701) ומלגה מקרל קרן בית החולים.
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