Summary

Antigene geschützten funktionellen Red Blood Cells durch die Membran Pfropfung von Compact hyperverzweigten Polyglycerinen

Published: January 02, 2013
doi:

Summary

Die Zellmembran Modifikation von roten Blutkörperchen (Erythrozyten) mit hyperverzweigten Polyglycerin (HPG) präsentiert wird. Geändert RBCs wurden durch wässrige Zwei-Phasen-Partitionierung, osmotische Fragilität und Komplement-vermittelte Lyse gekennzeichnet. Die Tarnung der Oberflächenproteine ​​und Antigene wurde anhand der Durchflusszytometrie und Micro Typing System (MTS) Blut Phänotypisierung Karten.

Abstract

Roten Blutkörperchen (RBC) Transfusion ist für die Behandlung einer Reihe von akuten und chronischen medizinischen Problemen wie Thalassämie major und Sichelzellenanämie 1-3. Aufgrund des Vorhandenseins der Vielzahl von Antigenen auf der RBC Oberfläche (~ 308 bekannten Antigene 4), Patienten im chronischen Bluttransfusion Therapie entwickeln Alloantikörpern aufgrund der Übereinstimmung von untergeordneter Fehltreffer Antigenen auf Erythrozyten transfundiert 4, 5. Pfropfung von hydrophilen Polymeren, wie Polyethylenglykol (PEG) und hyperverzweigten Polyglycerin (HPG) einen Ausschluss Schicht auf RBC Membran, die die Wechselwirkung der Antikörper mit Oberflächenantigenen ohne Beeinträchtigung verhindert den Durchtritt von kleinen Molekülen wie Sauerstoff, Glukose und Ionen 3. Gegenwärtig keine Methode ist für die Erzeugung von universellen Erythrozyten Donorzellen zum Teil wegen der großen Herausforderung durch das Vorhandensein einer großen Anzahl von Antigenen (Protein-und Kohlenhydrat-Basis) auf der Oberfläche und der RBC d vorgestelltntwicklung solcher Methoden wird erheblich zur Verbesserung der Transfusion Sicherheit und dramatisch verbessern die Verfügbarkeit und Nutzung von RBC. In diesem Bericht sind die Versuche, die verwendet werden, um Antigen geschützten funktionellen RBCs durch die Membran Pfropfung von HPG und deren Charakterisierung zu entwickeln vorgestellt. HPGs sind hoch biokompatibel kompakten Polymeren 6, 7, und werden voraussichtlich innerhalb der Zelle Glykokalyx, die die Lipid-Membran 8, 9 und Maske RBC Oberflächenantigene 10, 11 umgibt befinden.

Protocol

A. Hyperverzweigte Polyglycerin Modification (SS-HPG) Ort lyophilisiert HPG 60 kDa (0,5 g, 0,0083 mmol) in einem Rundkolben und trocknen über Nacht unter Vakuum bei 90 ° C. Gekühlt wird der Kolben auf Raumtemperatur und lösen das getrocknete HPG in wasserfreiem Pyridin (3 ml). Bis etwa acht Hydroxylgruppen auf HPG mit Carboxylgruppen funktionalisiert, fügen katalytischen Menge von Dimethylaminopyridin (ein Tropfen von 5 mg / ml Lösung in Pyridin) zu der HPG Lösung. Zu dieser Mischun…

Representative Results

Camouflage von Rhesus D-Antigen und CD47 RBC Oberflächenprotein wurden mittels Durchflusszytometrie mit fluoreszenzmarkierten monoklonalen Antikörpern quantifiziert und ein repräsentatives Ergebnis ist in Abbildung 1 dargestellt. Im Falle der HPG-gepfropften RBCs (grau), verringerte sich die Intensität des Signals (Peak verschoben nach links) im Vergleich zur Kontrollgruppe RBCs (rot und grün), die eine Reduktion der Bindung an Antikörper gegen Zelloberflächen, die die Maskierung der Oberflächen…

Discussion

Universal-Spender RBCs haben ein großes Potenzial bei der Verbesserung der Blut-Verfügbarkeit und Sicherheit für Bluttransfusion Therapie. Erythrozyten sind auch vielversprechende Drug-Delivery-Fahrzeuge aufgrund ihrer langen Kreislauf und inhärente Biokompatibilität 14, 15 berücksichtigt. Experimente in diesem Papier vorgestellten Auswertung der in vitro Eigenschaften der HPG veränderten Erythrozyten. Die in vitro-Eigenschaften und in vivo Auflage von HPG veränderten Erythr…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Diese Arbeit wurde von der kanadischen Blood Services (CBS) und der Canadian Institutes of Health Science (CIHR) Research Partnership Fund finanziert. Die Autoren danken der LMB Makromolekül Hub an der UBC Centre for Blood Research für die Nutzung ihrer Forschungs-einrichtungen. Die Infrastruktur Einrichtung wird von der Canada Foundation for Innovation (CFI) und der Michael Smith Foundation for Health Research (MSFHR) unterstützt. R. Chapanian ist ein Empfänger (CIHR / CBS) Postdoc-Stipendien in Transfusion Wissenschaft und Empfänger von MSFHR Nachwuchsforscher Postdoc-Stipendium. JN Kizhakkedathu ist ein Empfänger MSFHR Career Investigator Scholar Award.

Materials

Glycidol Sigma Aldrich (ON, Canada)
Trimethylolpropane Fluka (ON, Canada)
Potassium methylate Sigma Aldrich (ON, Canada)
Anhydrous pyridine Sigma Aldrich (ON, Canada)
4-Dimethylaminopyridine Sigma Aldrich (ON, Canada)
Succinic anhydride Sigma Aldrich (ON, Canada)
Acetone Fisher Scientific (ON, Canada)
Anhydrous dimethyl formamide Sigma Aldrich (ON, Canada)
N-Hydroxysuccinimide Sigma Aldrich (ON, Canada)
N,N’-Diisopropylcarbodiimide Sigma Aldrich (ON, Canada)
MTS cards Micro Typing System (MTS) cards (FL, USA)
Dextran 500 kDa Pharmacia Fine Chemicals (Sweden)
PEG 8 kDa Sigma Aldrich (ON, Canada)
FITC monoclonal anti-Rhesus D (RhD) Quotient Biodiagnostics (PA, USA)
PE monoclonal anti-CD47 BD Biosciences (NJ, USA)
Drabkin’s reagent Sigma Aldrich (ON, Canada)
Table. Chemicals and reagents used for the grafting of HPG polymers to RBC membrane and their analysis.

References

  1. Bradley, A. J., Murad, K. L., Regan, K. L., Scott, M. D. Biophysical consequences of linker chemistry and polymer size on stealth erythrocytes: size does matter. Biochim. Biophys. Acta. 1561 (2), 147-158 (2002).
  2. Murad, K. T., Mahany, K. L., Brugnara, C., Kuypers, F. A., Eaton, J. W., Scott, M. D. Structural and functional consequences of antigenic modulation of red blood cells with methoxypoly(ethylene glycol. Blood. 93 (6), 2121-2127 (1999).
  3. Scott, M. D., Murad, K. L., Koumpouras, F., Talbot, M., Eaton, J. W. Chemical camouflage of antigenic determinants: Stealth erythrocytes. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 94 (14), 7566-7571 (1997).
  4. Daniels, G., Reid, M. E. Blood groups: the past 50 years. Transfusion. 50 (2), 281-289 (2010).
  5. Murad, K. L., Gosselin, E. J., Eaton, J. W., Scott, M. D. Stealth cells: Prevention of major histocompatibility complex class II-mediated T-cell activation by cell surface modification. Blood. 94 (6), 2135-2141 (1999).
  6. Kainthan, R. K., Hester, S. R., Levin, E., Devine, D. V., Brooks, D. E. In vitro biological evaluation of high molecular weight hyperbranched polyglycerols. Biomaterials. 28 (31), 4581-4590 (2007).
  7. Kainthan, R. K., Janzen, J., Levin, E., Devine, D. V., Brooks, D. E. Biocompatibility testing of branched and linear polyglycidol. Biomacromolecules. 7 (3), 703-709 (2006).
  8. Chapanian, R., Constantinescu, I., Brooks, D. E., Scott, M. D., Kizhakkedathu, J. N. In vivo circulation, clearance, and biodistribution of polyglycerol grafted functional red blood cells. Biomaterials. 33 (10), 3047-3057 (2012).
  9. Chapanian, R., Constantinescu, I., Rossi, N. A. A., Medvedev, N., Brooks, D. E., Scott, M. D., Kizhakkedathu, J. N. Influence of polymer architecture on antigens Camouflage, CD47 protection and complement mediated lysis of surface grafted red blood cells. Biomaterials. 33 (31), 7871-7883 (2012).
  10. Rossi, N. A. A., Constantinescu, I., Brooks, D. E., Scott, M. D., Kizhakkedathu, J. N. Enhanced cell surface polymer grafting in concentrated and nonreactive aqueous polymer solutions. J. Am. Chem. Soc. 132 (10), 3423-3430 (2010).
  11. Rossi, N. A. A., Constantinescu, I., Kainthan, R. K., Brooks, D. E., Scott, M. D., Kizhakkedathu, J. N. Red blood cell membrane grafting of multi-functional hyperbranched polyglycerols. Biomaterials. 31 (14), 4167-4178 (2010).
  12. Muzykantov, V. R., Smirnov, M. D., Domogatsky, S. P. Hemolytic complement activity assay in microtitration plates. J. App. Biochem. 7 (3), 223-227 (1985).
  13. Walter, H., Brooks, D. E., Fisher, D. . Partitioning in aqueous two-phase systems: theory, methods, uses, and applications to biotechnology. , (1985).
  14. Rossi, L., Serafini, S., Pierige, F., Antonelli, A., Cerasi, A., Franternale, A., et al. Erythrocyte-based drug delivery. Expert Opin. Drug Deliv. 2 (2), 311-322 (2005).
  15. Walter, H., Krob, E. J., Brooks, D. E. Membrane surface properties other than charge involved in cell separation by partition in polymer, aqueous 2-phase systems. Biochemistry. 15 (14), 2959-2964 (1976).
  16. Muzykantov, V. R., Murciano, J. C., Taylor, R. P., Atochina, E. N., Herraez, A. Regulation of the complement-mediated elimination of red blood cells modified with biotin and streptavidin. Anal Biochem. 241 (1), 109-119 (1996).

Play Video

Cite This Article
Chapanian, R., Constantinescu, I., Brooks, D. E., Scott, M. D., Kizhakkedathu, J. Antigens Protected Functional Red Blood Cells By The Membrane Grafting Of Compact Hyperbranched Polyglycerols. J. Vis. Exp. (71), e50075, doi:10.3791/50075 (2013).

View Video