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Method Article
Aquí se presenta un protocolo para añadir péptido CD47 (pepCD47) a stents metálicos utilizando la química de polibisfosfonato. La funcionalización de los stents metálicos mediante pepCD47 evita la unión y activación de las células inflamatorias mejorando así su biocompatibilidad.
Las complicaciones clave asociadas con los stents de metal desnudo y los stents eluyentes de fármacos son la restenosis en stent y la trombosis tardía del stent, respectivamente. Por lo tanto, la mejora de la biocompatibilidad de los stents metálicos sigue siendo un desafío importante. El objetivo de este protocolo es describir una técnica robusta de modificación de la superficie metálica mediante péptidos biológicamente activos para aumentar la biocompatibilidad de los implantes médicos que contactan con la sangre, incluidos los stents endovasculares. CD47 es un marcador inmunológico específico de especies de sí mismo y tiene propiedades antiinflamatorias. Los estudios han demostrado que un péptido de 22 aminoácidos correspondiente al dominio Ig de CD47 en la región extracelular (pepCD47), tiene propiedades antiinflamatorias como la proteína de longitud completa. Estudios in vivo en ratas, y estudios ex vivo en sistemas experimentales de sangre humana y conejo de nuestro laboratorio han demostrado que la inmovilización pepCD47 en metales mejora su biocompatibilidad al prevenir la unión y activación de células inflamatorias. Este artículo describe el protocolo paso a paso para la funcionalización de superficies metálicas y fijación de péptidos. Las superficies metálicas se modifican utilizando bisfosfato de poliallamina con grupos de tiol latentes (PABT) seguidos de desprotección de tioles y amplificación de sitios tiol-reactivos a través de la reacción con polietilenimina instalada con grupos de piridildithio (PEI-PDT). Por último, pepCD47, que incorpora residuos terminales de cisteína conectados a la secuencia de péptidos del núcleo a través de un espaciador dual 8-amino-3,6-dioxa-octanoyl, se unen a la superficie metálica a través de enlaces de disulfuro. Esta metodología de fijación de péptidos a la superficie metálica es eficiente y relativamente económica y, por lo tanto, se puede aplicar para mejorar la biocompatibilidad de varios biomateriales metálicos.
La intervención coronaria percutánea es la primera línea de terapia para tratar las enfermedades de las arterias coronarias (CAD) y consiste principalmente en stentar las arterias enfermas. Sin embargo, la restenosis in-stent (ISR) y la trombosis de stent son complicaciones comunes asociadas con el despliegue de stent1. La interacción sanguínea en la interfaz de la sangre-stent se caracteriza por una adsorción casi inmediata de proteínas plasmáticas en la superficie metálica, seguida de la unión plaquetaria y celular inflamatoria y la activación2. La liberación de las citoquinas inflamatorias y quimioquinas de las células inflamatorias activadas conduce a la modificación fenotípica de las células musculares lisas vasculares (VSMC) en los medios de la túnica y desencadena su migración centrípeta al compartimento intimal. La proliferación de VSMC activado en la intima da como resultado un engrosamiento de la capa intimal, estrechamiento de lúmenes y restenosis in-stent3. Se desarrollaron stents de elución de fármacos (DES) para prevenir la proliferación de VSMC; sin embargo, estos medicamentos tienen un efecto citotóxico fuera de la diana en las células endoteliales4,5. Por lo tanto, la trombosis tardía del stent es una complicación común asociada con DES6,,7. Los stents hechos de polímeros biodegradables, como el poli-L-lactide han demostrado mucha promesa en los experimentos con animales y los ensayos clínicos iniciales, pero finalmente fueron recordados cuando el uso clínico "de la vida real" demostró su inferioridad a la3a generación DES8. Por lo tanto, es necesario mejorar la biocompatibilidad de los stents de metal desnudo para obtener mejores resultados para los pacientes.
CD47 es una proteína transmembrana expresada omnipresentemente que inhibe la respuesta inmune innata cuando se une a su receptor cognado Signal Regulatory Protein alpha (SIRP)9. El receptor SIRP tiene un dominio de motivo inhibitorio de tirosina de células inmunitarias (ITIM) y los eventos de señalización en la interacción SIRP - CD47 resultan en última instancia en la regulación descendente de la activación celular inflamatoria10,11,12,13. La investigación en nuestro laboratorio ha demostrado que el CD47 recombinante o su derivado del péptido, correspondiente al dominio Ig de 22 aminoácidos de la región extracelular de CD47 (pepCD47), puede reducir la respuesta inmune del huésped a una gama de biomateriales clínicamente relevantes14,,15,,16. Recientemente, hemos demostrado que el pepCD47 puede ser inmovilizado a superficies de acero inoxidable y reducir significativamente la respuesta fisiopatológica asociada con la restenosis. Cabe destacar que las superficies modificadas pepCD47 son susceptibles a las condiciones de uso pertinentes, como el almacenamiento a largo plazo y la esterilización con óxido de etileno17. Con ese fin, pepCD47 puede ser una diana terapéutica útil para abordar las limitaciones clínicas de los stents endovasculares.
La estrategia para la fijación covalente de pepCD47 a una superficie metálica implica una serie de modificaciones químicas novedosas de la superficie metálica. Las superficies metálicas se recubren primero con bisfosfonato de poliallamina con grupos de tiol latentes (PABT) seguidos de la desprotección de los tioles y la unión de polietilenoimina (PEI) con grupos de piridilditioo instalados (PDT). Los grupos PDT de PEI no especificados en la reacción con tioles PABT desprotegidos reaccionan con pepCD47 incorporando tioles en los residuos terminales de cisteína, lo que resulta en la unión de pepCD47 a la superficie metálica a través de un enlace de disulfuro14,17,18. Utilizamos un fluoróforo conjugado pepCD47 (TAMRA-pepCD47) para determinar la concentración de entrada de péptido que resulta en la máxima inmovilización superficial del péptido. Finalmente, evaluamos la capacidad antiinflamatoria aguda y crónica de las superficies metálicas recubiertas de pepCD47, ex vivo, utilizando el aparato de bucle Chandler, y el ensayo de expansión de apego/macrofago de monocitos, respectivamente.
Este documento proporciona un protocolo sistemático para la fijación de péptidos tiolados a la superficie metálica; determinar la densidad máxima de inmovilización del péptido; y evaluar las propiedades antiinflamatorias de las superficies metálicas recubiertas de pepCD47 expuestas a sangre entera y monocitos aislados.
Todas las muestras humanas para este experimento se obtuvieron de acuerdo con el IRB del Hospital de Niños de Filadelfia. Todos los experimentos con animales se realizaron previa aprobación de la IACUC del Hospital Infantil de Filadelfia.
1. Recubrimiento de superficies metálicas desnudas con PEI-PDT
2. Acoplamiento y evaluación cualitativa/cuantitativa de la retención de pepCD47 conjugada con fluoróforo en superficie metálica utilizando microscopía de fluorescencia y fluorimetría
3. Fijación de la pepCD47 humana a superficies modificadas PEI-PDT
4. Recubrimiento de las superficies modificadas PEI-PDT con secuencia revuelta (Scr)
5. Bucle Chandler para analizar la fijación celular a superficies metálicas
6. Análisis de la fijación celular a superficies metálicas utilizando tinte CFDA
7. Fijación de monocitos y expansión de macrófagos en las superficies metálicas de metal desnudo y modificados por pepCD47
Las superficies metálicas se vuelven tiol-reactivas para la fijación de péptidos a través de una serie de modificaciones químicas, como se ilustra en la Figura 1. La incubación PABT seguida del tratamiento PEI-PDT hace que la superficie metálica sea susceptible de fijación de péptidos. El péptido CD47 (pepCD47) que contiene residuos de cisteína en C-terminus unidos a la secuencia pepCD47 del núcleo a través de un puente AEEAc dual flexible se une covalentemente a las superficies...
Demostramos y describimos una estrategia química relativamente novedosa para anexar mitades de péptidos terapéuticos a una superficie de acero inoxidable con el objetivo general de reducir la reactividad de la superficie con las células inflamatorias que se encuentran en la sangre. La química del bisfosfonato descrita en el presente documento implica la formación coordinada de unión entre los óxidos metálicos y los grupos de bisfosfonato de PABT. El espesor de la monocapa de polibisfosfonato formado en la superf...
Los autores no tienen nada que revelar.
El desarrollo de protocolos y los estudios presentados en este documento fueron apoyados por la financiación de NIH (NBIB) R01 (EB023921) a IF y SJS, y la financiación NIH (NHLBI) R01 (HL137762) a IF y RJL.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1 M Tris-HCL | Invitrogen | 15567-027 | pH - 7.5 |
4% Glutaraldehyde | Electron Microscopy Sciences | 16539-07 | |
4% Sodium Citrate | Sigma | S5770 | |
ACK lysing buffer | Quality Biologicals | 118-156-721 | |
anti-CD45RA Ab (mouse anti-rat; clone OX-19) | Biolegend | 202301 | |
anti-CD5 Ab (mouse anti-rat; clone OX-19) | Biolegend | 203501 | |
anti-CD6 Ab (mouse anti-rat; clone OX-52) | BD Biosciences | 550979 | |
anti-CD68 Ab (mouse anti-rat; clone ED-1) | BioRad | MCA341 | |
anti-CD8a Ab (mouse anti-rat; clone OX-8) | Biolegend | 201701 | |
Chloroform Certified ACS | Fisher Chemical | C298-500 | |
Dimethyl Formammide (DMF) | Alfa Aesar | 39117 | |
Embra stainless steel grid | Electron Microscopy Sciences | E200-SS | stainless steel mesh mesh disks |
Ficoll Hypaque | GE Healthcare | 17-1440-02 | |
Glacial acetic acid | ACROS organic | 148930025 | |
goat anti-mouse IgG Alexa Fluor | ThermoFisher | A11030 | |
Heparin sodium | Sagent Pharmaceuticals | 402-01 | |
Human pepCD47 | Bachem | 4099101 | |
Isopropanol | Fisher Chemical | A426P-4 | |
Metal adapters | Leur Fitting | 6515IND | 1 way adapter 316 ss 1/4"-5/16" hoes end |
Methanol | RICCA chemical company | 4829-32 | |
Microscope | Nikon Eclipse | TE300 | |
Phosphate buffered saline (PBS) | Gibco | 14190-136 | |
Pottasium Bicarbonate (KHCO3) | Fisher Chemical | P184-500 | |
PVC tubes | Terumo-CVS | 60050 | 1/4" X 1/16 8' |
sodium cacodylate buffer with 0.1M sodium chloride | Electron Microscopy Sciences | 11653 | |
Sodium Dodecyl Sulfate (SDS) | Bio-Rad laboratories | 161-0302 | |
Sodum actetate (C2H3NaO2) | Alfa Aesar | A13184 | |
Src peptide | Bachem | 4092599 | |
Stainless steel (AISI 304) cylinder-shaped samples with a lumen | Microgroup, Medway, MA | 20097328 | 1 cm X 6 mm OD |
Stainless steel foils (AISI 316L) | Goodfellow, Coraopolis, PA | 100 mm X 100 mm X 0.05 mm | |
Tetramethylrhodamine-conjugated pepCD47 (TAMRA-pepCD47) | Bachem | 4100277 | |
TMB (3,3’ ,5,5’ -tetramethylbenzidine) substrate and tris (2-carboxyethyl) phosphine hydrochloride (TCEP) | Thermo Scientific | PG82089 | |
Tween-20 | Bio-Rad laboratories | 170-6531 | |
Vybrant CFDA SE Cell Tracer Kit | Invitrogen | V12883 |
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