Este protocolo pretende lograr superficie ingeniería de islotes pancreáticos mediante una nanocobertura starPEG incorporado de heparina vía química de pseudo-bioorthogonal entre los grupos N– hydroxysuccinimide la nanocobertura y los grupos de la amina del islote membrana de la célula.
Ingeniería de superficies de la célula puede proteger las células implantadas del ataque inmune del anfitrión. También puede cambiar la forma de paisaje celular para mejorar la función del injerto y supervivencia después del trasplante. Este protocolo pretende lograr superficie ingeniería de islotes pancreáticos mediante una nanocobertura starPEG ultrafino incorporado de heparina (Hep-PEG). Para generar la nanocobertura Hep-PEG para ingeniería de superficies de islote pancreático, succinato de succinimidyl heparina (heparina-NHS) primero fue sintetizado por la modificación de sus grupos carboxilato con N-(3-dimethylamino propyl) –N’-etilo carbodiimida clorhidrato (EDC) y N– hydroxysuccinimide (NHS). La mezcla Hep-PEG fue formada entonces por reticulación del amino final funcionalizados ocho brazos starPEG ((NH2) de starPEG-8) y heparina-NHS. Para la capa superficial de la isla, islotes de ratón fueron aislados mediante colagenasa digestión y la purificación del gradiente usando Histopaque. Islotes aislados fueron tratados luego con solución de PEG Hep fría hielo por 10 min permitir la unión covalente entre el NHS y los grupos amino de la membrana de la célula del islote. La nanocobertura con Hep-PEG incurre la alteración mínima del tamaño del islote y volumen y heparinización de los islotes con Hep-PEG también pueden reducir la reacción inflamatoria mediada por sangre instantánea durante el trasplante de islotes pancreáticos. Este enfoque de “fácil-a-adoptar” es lo suficientemente suave para la ingeniería de superficie de células vivas sin comprometer la viabilidad celular. Teniendo en cuenta que la heparina ha demostrado afinidad de unión a múltiples citoquinas, la nanocobertura Hep-PEG también proporciona una plataforma abierta que permite la incorporación de mediadores biológicos funcionales ilimitadas y superficies multicapas para vivir superficie de la célula Bioingeniería.
La eficacia terapéutica de las terapias basadas en células está limitada por células baja retención y supervivencia pobre1,2. Con el fin de mejorar el resultado de terapias con células madre, ingeniería de superficies a través de la manipulación enzimática de la célula, péptido Conjugación, bioorthogonal química y física encapsulación con biomateriales ha sido explotados3,4, 5,6,7,8,9,10. El protocolo actual pretende lograr ingeniería de superficies de las células vivas utilizando un método “fácil-a-adoptar” aplicando una nanocobertura starPEG ultrafino incorporado de heparina (heparina-PEG) a la superficie de la célula. Ingeniería de superficies de islotes pancreáticos fue presentado aquí como un ejemplo debido a la naturaleza heterogénea de los islotes de Langerhans y los resultados despectivos del trasplante clínico de islotes actual.
De hecho, el trasplante clínico de islotes se realiza actualmente por inyección directa de islotes aislados en la vena porta hepática y este procedimiento sólo está disponible para pacientes selectivos debido a la escasez de donantes materiales y baja eficacia terapéutica 11. convencionalmente, alginato ha sido el biomaterial más comúnmente utilizado para la encapsulación de islote y modificación superficial, aunque es menos que ideal debido a la inestabilidad química de alginato y fibrosis inflamatoria relacionada con12, 13. Además, en comparación con el tamaño natural de islotes que oscila entre 100 a 200 μm, las microcápsulas de alginato-islote son más grandes, que oscilan entre los 400 y 800 μm, que exceda la distancia de difusión fisiológica de oxígeno. Encapsulación de islote conformal, es decir., encapsulando islotes sin alteración significativa del volumen del islote, fue entonces desarrollado. Así, la deposición de nanomembranes compuesto por PEG, tetrafluoroetileno, membrana de silicio o nanocobertura varias capas (también conocido como la técnica de la “capa por capa” [LBL]) ha sido reportada, dando por resultado mejorado en vitro la supervivencia de la isla14 ,15,16,17,18, aunque la LBL enfoque a menudo requiere extensos islotes dando período de deposición de capas múltiples, que puede comprometer la viabilidad del islote . Por otra parte, la inestabilidad de nanomembranes que se basa en las interacciones electrostáticas o covalentes entre capas de biomembrana o interacciones hidrofóbicas entre nanomembranes y la superficie del islote también plantea preocupaciones9,14 , 15 , 16 , 22 , 23 , 24 , 25 , 26.
Otro factor limitante que afecte el resultado terapéutico del trasplante intraportal islote es la instantánea sangre mediada por reacción inflamatoria (IBMIR) causada por el contacto directo de implantado islotes de sangre, resultando en la agregación plaquetaria, coagulación y efecto inmune adversa o indeseable activación celular9. Para abordar estos problemas, una nanocobertura ultra fina compuesta de glicol de polietileno en forma de estrella (starPEG) fue preparada por su biocompatibilidad establecido y su versatilidad como material de la cubierta del islote. Heparina, un glicosaminoglicano altamente sulfatado, se incorporó en la nanocobertura starPEG por sus propiedades antiinflamatorias, anticoagulantes y capacidad para facilitar la vascularización mediante la contratación de pro-angiogenic Factores del crecimiento22, 23.
En este artículo, se demuestra un enfoque “fácil-a-adoptar” para la vida de la superficie de la célula una nanocobertura starPEG incorporado de heparina vía química de pseudo-bioorthogonal entre los grupos N– hydroxysuccinimide la nanocobertura de ingeniería y la grupos amino de la membrana superficial del islote pancreático. De hecho, los grupos aminos en las membranas celulares son altamente reactivos, y como resultado, estudios anteriores han reportado interacciones entre los grupos aminos primarios con activado N– hydroxysuccinimidyl (NHS) éster bajo condiciones fisiológicas14 ,16,21. Además, una amplia investigación ha informado que incorporación de heparina, un glucosaminoglicano altamente sulfatada y componente importante de la matriz extracelular durante la encapsulación del islote, podría conducir a poste-trasplante mejorada revascularización y reducido IBMIR22,23. Teniendo en cuenta la biocompatibilidad de PEG y multivalentes propiedades de heparina, se utilizó PEG 8-armado de heparina máxima carga durante la fabricación de la nanocobertura. La heparina fue modificada con -NHS, que posteriormente sería reaccionar con los grupos de2 -NH en membrana de la célula del islote. Activando la formación de enlace covalente entre -NH2 (de membrana de la célula) y -NHS de la clavija de Hep, los islotes serían fácilmente “cubrir” la clavija incorporada de heparina, formando así una capa delgada de nano (nanocobertura) en la superficie externa de la pancreática islotes.
El enfoque actual es diferente de métodos previamente publicados que también seleccionaron PEG como el polímero importante para microencapsulación de islote en eso química de pseudo-bioorthogonal entre los -NHS (de la nanocobertura) y -NH2 de la célula del islote membrana fue utilizada. Teniendo en cuenta que la estabilidad de la célula del islote capa, especialmente en un entorno complejo como el plasma, es crucial para la revascularización posterior al trasplante y la supervivencia, la formación entre el NHS – y -NH2 sería más estable en comparación con interacción hidrófoba entre PEG y membrana celular24, interacciones electrostáticas9,15,24,25,26 o vínculo biológico entre la biotina estreptavidina14.
Además, en contraste con islote enfoque de capa que se basa en el enfoque de la LBL con período de manejo extendido islote de deposición multicapa14,16,25, la presente técnica también requiere un mínimo procesamiento y muy corto período de la capa de los islotes aislados. Ambos de estos factores son esenciales para la supervivencia después del trasplante del islote ya que viabilidad de islotes a menudo ya está comprometido aislamiento islote siguiente debido a la ECM dañado durante la digestión enzimática. Sin embargo, una limitación del enfoque actual es que, a diferencia de LBL, que espesor de la capa externa puede ser controlado por aumentar o reducir el número de la deposición de la capa, espesor de la nanocobertura Hep-PEG no puede ser adaptado por el momento.
Además, debido a la condición suave donde la reacción química entre el NHS – y -NH2 se lleva a cabo, el actual enfoque es aplicable para la célula viva superficie ingeniería no se limita a islotes pancreáticos, pero la mayoría la terapia celular. Además, teniendo en cuenta que la heparina es conocida para interactuar con una variedad de citoquinas y moléculas biológicamente activas, la nanocobertura Hep-PEG también presenta una plataforma abierta que tiene el potencial para la incorporación de mediadores biológicos ilimitados así como interfaces para la ingeniería de superficies de células más compleja.
The authors have nothing to disclose.
Estamos agradecidos por el apoyo financiero de los fondos Nacional de Ciencias naturales de China (31770968), Tianjin programa de investigación de Fundación de aplicación y tecnología avanzada (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 |