Ce protocole vise à réaliser l’ingénierie des surfaces des îlots pancréatiques, en utilisant un nanorevêtement starPEG héparine-constituée par l’intermédiaire de pseudo-bioorthogonal chimie entre les groupes N– hydroxysuccinimide le nanorevêtement et les groupes amine d’îlot membrane de la cellule.
Ingénierie des surfaces cellulaires peut protéger les cellules implantés contre attaque immunitaire de l’hôte. Il peut également remodeler paysage cellulaire pour améliorer la fonction du greffon et la survie après transplantation. Ce protocole vise à réaliser l’ingénierie des surfaces des îlots pancréatiques, en utilisant un nanorevêtement ultraminces constituées en héparine starPEG (Hep-PEG). Pour générer le nanorevêtement Hep-PEG pour l’ingénierie des surfaces îlots pancréatiques, succinate de succinimidyl héparine (héparine-NHS) a été synthétisée par modification de ses groupes carboxylate à l’aide de-(3-dimethylamino propyl) N –N’-éthyl carbodiimide chlorhydrate de (EDC) et N– hydroxysuccinimide (NHS). Le mélange de Hep-PEG a été ensuite formé par réticulation des aminés fonctionnalisés fin huit bras starPEG (starPEG-(NH2)8) et l’héparine-NHS. Pour le revêtement de surface îlot, îlots de souris ont été isolés par digestion de collagénase et purification dégradée à l’aide de Histopaque. Les îlots isolés ont été ensuite traitées avec solution Hep-PEG froide de glace pendant 10 min permettre la liaison covalente entre le NHS et les groupes amines de membrane de cellules d’îlot. Nanorevêtement avec la Hep-PEG subit une modification minime à la taille de l’îlot et le volume et l’héparinisation des îlots avec Hep-PEG peuvent également réduire la réaction inflammatoire induite par le sang instantanée, au cours de la transplantation d’îlots pancréatiques. Cette approche « facile à adopter » est assez douce pour l’ingénierie des surfaces des cellules vivantes sans compromettre la viabilité des cellules. Considérant que l’héparine a montré affinité de liaison de plusieurs cytokines, la Hep-PEG nanorevêtement fournit également une plate-forme ouverte qui permet l’incorporation de médiateurs biologiques fonctionnelles illimités et surfaces multicouches pour une vie surface cellulaire bio-ingénierie.
L’efficacité thérapeutique des thérapies à base cellulaire est limitée par la rétention cellulaire faible et faible taux de survie1,2. Afin d’améliorer les résultats de thérapies cellulaires, ingénierie de surface par l’intermédiaire de manipulation enzymatique de la cellule, la conjugaison de peptide, bioorthogonal chimie et physique encapsulation avec biomatériaux a été exploité3,4, 5,6,7,8,9,10. Le protocole actuel vise à réaliser l’ingénierie des surfaces des cellules vivantes, utilisant une méthode « facile à adopter » en appliquant un nanorevêtement ultraminces starPEG incorporé à l’héparine (héparine-PEG) à la surface des cellules. Ingénierie des surfaces des îlots pancréatiques a été présenté ici à titre d’exemple, en raison du caractère hétérogène des îlots de Langerhans et les conclusions désobligeantes de la transplantation d’îlots clinique actuelle.
En effet, la transplantation d’îlots clinique est actuellement effectuée par injection directe des îlots isolés dans la veine porte hépatique et cette procédure n’est disponible pour les patients sélectifs en raison de la rareté des matériaux de donateurs et de la faible efficacité thérapeutique 11. classiquement, alginate a été le plus couramment utilisé biomatériau pour encapsulation de l’îlot et modification de la surface, même s’il est loin d’être idéale en raison de l’instabilité chimique de l’alginate et fibrose inflammatoires12, 13. En outre, par rapport à la taille naturelle des îlots qui varie entre 100 à 200 µm, les microcapsules d’alginate-îlot sont plus grandes, variant entre 400 et 800 µm, qui excède la distance de diffusion physiologique de l’oxygène. Encapsulation de l’îlot conforme, c’est-à-dire., encapsulation d’îlots sans modification notable du volume de l’îlot, a été ensuite mis au point. Ainsi, les dépôts des nanomembranes composé de PEG, tétrafluoroéthylène, membrane de silicone ou nanorevêtement multicouche (également connu sous le nom la technique « couche par couche » [LBL]) a été signalée, résultant en une amélioration in vitro de survie îlot14 ,15,16,17,18, bien que la LBL approchent souvent nécessite de vastes îlots remise période pour le dépôt de plusieurs couches, ce qui peut compromettre la viabilité de l’îlot . En outre, l’instabilité des nanomembranes qui repose sur des interactions électrostatiques ou covalentes entre couches de biomembrane ou d’interactions hydrophobes entre nanomembranes et la surface de l’îlot soulève également des préoccupations9,14 , 15 , 16 , 22 , 23 , 24 , 25 , 26.
Un autre facteur limitant qui encombre les résultats thérapeutiques de la transplantation d’îlots intraporte est l’instant induite par le sang une réaction inflammatoire (IBMIR) causée par le contact direct des îlots implantés avec le sang, ce qui entraîne l’agrégation plaquettaire, coagulation et immunitaire préjudiciable ou indésirable activation cellulaire9. Pour résoudre ces problèmes, un nanorevêtement ultra-mince composé de polyéthylèneglycol en forme d’étoile (starPEG) a été préparé pour sa biocompatibilité établie et la polyvalence comme îlot matériau du boîtier. L’héparine, un glycosaminoglycane fortement sulfatée, a également été incorporé dans le nanorevêtement starPEG pour ses propriétés anti-inflammatoires, anti-coagulants et aptitude à faciliter la vascularisation en recrutant des pro-angiogénique facteurs de croissance22, 23.
Dans cet article, nous démontrons une approche « facile à adopter » pour une vie surface de la cellule ingénierie un nanorevêtement starPEG héparine-constituée par l’intermédiaire de pseudo-bioorthogonal chimie entre les groupes N– hydroxysuccinimide le nanorevêtement et le groupes d’îlots pancréatiques de surface membranaire. En effet, les groupes aminés dans les membranes cellulaires sont très réactives, et ainsi, les études antérieures ont signalé des interactions entre des groupes aminés primaires avec activés N– hydroxysuccinimidyl (NHS) ester dans des conditions physiologiques14 ,16,21. En outre, des recherches approfondies a signalé que l’incorporation d’héparine, un glycosaminoglycane fortement sulfatée et une composante importante de la matrice extracellulaire, au cours de l’encapsulation de l’îlot, pourrait conduire à améliorée après la transplantation revascularisation et réduit IBMIR22,23. Compte tenu des propriétés MULTIVALENTES d’héparine et la biocompatibilité de PEG, nous avons utilisé PEG 8 bras héparine maximale de chargement au cours de la fabrication de la nanorevêtement. L’héparine a été modifiée avec -NHS, qui réagirait par la suite avec les groupes de2 -NH sur la membrane de cellules d’îlot. En permettant la formation de liaisons covalentes entre -NH2 (de la membrane cellulaire) et -LHN de la Hep-PEG, les îlots seraient facilement « revêtir » par l’héparine-incorporé PEG, formant ainsi une couche de nano-mince (nanorevêtement) sur la surface extérieure de la pancréatique îlots.
L’approche actuelle est différente des méthodes publiées antérieurement qu’également choisi PEG polymère majeur pour la microencapsulation îlot dans cette pseudo-bioorthogonal réaction chimique entre le -NHS (de la nanorevêtement) et -NH2 de la cellule d’îlot membrane a été utilisé. Considérant que la stabilité de l’îlot/cellule revêtement, surtout dans un environnement complex, tels que le plasma, est crucial à la revascularisation après la transplantation et la survie, la formation entre -NHS et -NH2 serait plus stable par rapport à interaction hydrophobe entre PEG et membrane cellulaire24, interactions électrostatiques9,15,24,25,26 ou un lien biologique entre biotine streptavidine14.
En outre, contrairement à l’îlot approche de revêtement qui s’appuie sur l’approche LBL avec période de manutention îlot prolongé pour dépôt de couches multiples14,16,25, la technique présente également nécessite un minimum traitement et très courte période de revêtement des îlots isolés. Ces deux facteurs sont essentiels pour la survie de l’îlot après la transplantation viabilité îlots étant souvent déjà compromis isolation îlot suivant en raison de l’ECM endommagé au cours de la digestion enzymatique. Cependant, une des limites de l’approche actuelle sont que, contrairement à LBL, via lequel l’épaisseur de l’enduit extérieur pourrait être contrôlée en augmentant ou en réduisant le nombre de dépôt de couches, épaisseur de la Hep-PEG nanorevêtement ne peut pas être adapté pour le moment.
En outre, en raison de l’affection bénigne lorsqu’une réaction chimique entre le NHS – et -NH2 a lieu, l’approche actuelle est applicable aux cellules vivantes surface n’ingénierie pas limité à des îlots pancréatiques, mais la plupart de thérapie cellulaire. En outre, étant donné que l’héparine est connu pour interagir avec une gamme de cytokines et de molécules biologiquement actives, la Hep-PEG nanorevêtement présente également une plate-forme ouverte qui a le potentiel pour l’incorporation de médiateurs biologiques illimités ainsi que interfaces pour l’ingénierie des surfaces cellulaires plus complexe.
The authors have nothing to disclose.
Nous sommes reconnaissants pour le soutien financier du Fonds National des sciences naturelles de Chine (31770968) et la Tianjin Research Programme d’Application Foundation and Advanced Technology (17JCZDJC33400).
Reagent | |||
PBS | Hyclone | AAJ207798 | |
Streptozototin | Sigma | S0130 | |
Histopaque | Sigma | 10831 | |
RPMI 1640 | GIBCO, by Life Technologies | 31800022 | |
Fetal Bovine Serum | GIBCO, by Life Technologies | 16000-044 | |
Penicillin Streptomycin | GIBCO, by Life Technologies | 15140 | |
Cell Dissociation Solution | GIBCO, by Life Technologies | 13150-016 | |
DMEM | GIBCO, by Life Technologies | 12800017 | |
D-(+)-Glucose solution | Sigma | G8644 | |
488 phalloidin | Sigma | A12379 | |
CFSE | Sigma | 21888-25mg-F | |
Annexin V/PI apoptosis kit | Dojindo | AD10 | |
DAPI Fluoromount-G | SouthernBiotech | 0100-20 | |
Collagenase from Clostridium, Type XI | Sigma | C7657 | |
Heparin | Sigma-Aldrich | H3149 | |
NHS | Sigma-Aldrich | 56480 | |
EDC | Sigma-Aldrich | 3449 | |
8-armed PEG | J&K Scientific Ltd | 1685176 | |
FAM | Sigma-Aldrich | M041100 | |
5(6)-carboxyfluorescein N-succinimidyl ester | Sigma-Aldrich | 21888 | |
KBr | J&K Scientific Ltd | 32036 | |
3-aminopropyl-triethoxysilane | Sigma-Aldrich | A3648 | |
toluene | J&K Scientific Ltd | S-15497-20X | |
Live/dead staining kit | Biovision, US | K501 | |
BD MatrigelTM, basement membrane matrix, growth factor reduced | BD Bioscience | 354230 | |
Sodium chloride, 99.5% | J&K Scientific Ltd | 105864 | |
Potassium chloride, 99%, extra pure | J&K Scientific Ltd | 991468 | |
Sodium bicarbonate, 99.7%, ACS reagent | J&K Scientific Ltd | 988639 | |
Magnesium chloride hexahydrate, 99%, ACS reagent | J&K Scientific Ltd | 182158 | |
Potassium dihydrogen phosphate, 99%, extra pure | J&K Scientific Ltd | 128839 | |
Magnesium sulfate heptahydrate, 99%, for analysis | J&K Scientific Ltd | 119370 | |
Calcium chloride solution volumetric, 1.0 M CaCl2 | J&K Scientific Ltd | 21114 | |
Bovine Serum Albumin | Sigma-Aldrich | V900933 | |
Rat/Mouse Insulin ELISA kit | Millipore-linco | EZRMI-13K |