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Method Article
La sténose laryngotratrale résulte d'un dépôt pathologique de cicatrices qui rétrécit de façon critique les voies respiratoires trachéales et manque de thérapies médicales efficaces. À l'aide d'un stent PLLA-PCL (70% poly-L-lactiure et 30% de polycaprolactone) comme système local d'administration de médicaments, des thérapies potentielles visant à diminuer la prolifération des cicatrices dans la trachée peuvent être étudiées.
La sténose laryngotratrachéle (LTS) est un rétrécissement pathologique du subglottis et de la trachée menant à l'obstruction extrathoracique et à l'essoufflement significatif. LTS résulte de dommages muqueux d'un corps étranger dans la trachée, menant aux dommages de tissu et à une réponse inflammatoire locale qui va mal, menant au dépôt du tissu pathologique de cicatrice. Le traitement du SLR est chirurgical en raison de l'absence de thérapies médicales efficaces. Le but de cette méthode est de construire un stent biocompatible qui peut être miniaturisé pour placer dans les souris avec LTS. Nous avons démontré qu'une construction de PLLA-PCL (70% poly-L-lactide et 30% de polycaprolactone) avait la force biomécanique optimale, était biocompatible, réalisable pour un stent de placement in vivo, et capable d'élusiper le médicament. Cette méthode fournit un système d'administration de médicaments pour tester divers agents immunomodulatoires afin d'inhiber localement l'inflammation et de réduire la fibrose des voies respiratoires. La fabrication des endoprothèses prend de 28 à 30 h et peut être reproduite facilement, ce qui permet d'expérimenter avec de grandes cohortes. Ici, nous avons incorporé la rapamycine médicament dans l'endoprothèse pour tester son efficacité dans la réduction de la fibrose et le dépôt de collagène. Les résultats ont indiqué que les tentes de PLLA-PCL ont montré la libération fiable de rapamycine, étaient mécaniquement stables dans des conditions physiologiques, et étaient biocompatibles, induisant peu de réponse inflammatoire dans la trachée. En outre, les endoprothèses PLLA-PCL de rapamycine-eluting ont réduit la formation de cicatrice dans la trachée in vivo.
La sténose laryngotratrachéale (LTS) est un rétrécissement pathologique de la trachée le plus souvent dû aux dommages iatrogènes de post-intubation. La combinaison de la colonisation bactérienne, de la réponse de corps étranger à un tube trachéochéatif ou endotrachéal, et des facteurs patient-spécifiques mènent à une réponse inflammatoire anormale. Cette réponse immunitaire inadaptée conduit au dépôt de collagène dans la trachée, ayant pour résultat le rétrécissement luminal de la trachée et la sténose suivante1,2. Comme le traitement actuel pour cette maladie est principalement chirurgical, le développement d'un paradigme de traitement médicalement basé alternative ciblant les voies inflammatoires et profibrotiques aberrantes qui mènent au dépôt excessif de collagène a été étudié. La rapamycine, qui inhibe le complexe de signalisation mTOR, a été montrée pour avoir des effets immunosuppresseurs aussi bien qu'un effet antifibroblaste robuste. Cependant, lorsque la rapamycine est administrée de façon systémique, les effets secondaires courants (p. ex. hyperlipidémie, anémie, thrombocytopenie) peuvent être prononcés3. Le but de notre méthodologie est de développer un véhicule pour l'administration locale de médicaments praticable pour une utilisation dans les voies respiratoires qui réduirait ces effets systémiques. Nos évaluations se concentrent sur l'étude de la réponse immunitaire locale à la construction de l'administration de médicaments ainsi que sa capacité à inhiber la fonction du fibroblaste et à modifier le microenvironnement immunitaire local. Les résultats spécifiques à la maladie comprennent des tests in vivo qui évaluent les marqueurs de la fibrose.
Des endoprothèses biodégradables ont été utilisées dans les modèles animaux de la maladie dans plusieurs systèmes d'organes, y compris les voies respiratoires4. Pour la gestion de la sténose ou de l'effondrement des voies respiratoires, des enquêtes antérieures ont utilisé du silicone enduit de drogue et des endoprothèses à base de nickel5. Une construction de PLLA-PCL a été choisie pour cette méthode particulière en raison de son profil d'élution de drogue et de la force mécanique dans des conditions physiologiques sur une période de 3 semaines, qui a été démontrée dans les études éditées précédentes6. PLLA-PCL est également un matériau biocompatible et biodégradable déjà approuvé par la FDA4. Les endoprothèses biocompatibles en cequissant le cisplatine et le MMC ont été étudiées dans de grands modèles animaux tels que les lapins et les chiens. Cependant, dans ces modèles animaux, les endoprothèses n'ont pas été placées dans un modèle animal de la maladie et ont été implantées transcervicalement. Cette étude fournit une méthode unique pour évaluer un stent biocompatible de drogue-élutage placé transorally dans un modèle de souris des dommages de voie aérienne et de la sténose laryngotraheal. Un stent biocompatible qui élude un médicament immunomodulateur localement et peut être miniaturisé pour l'étude dans un modèle murine est valable pour la recherche préclinique translationnelle. Les tentatives précédentes à l'utilisation d'endoprothèse avec d'autres constructions matérielles ont généré des réponses robustes de corps étranger aggravant l'inflammation fondamentale qui distingue LTS7. Cette méthodologie, à notre connaissance, est la première de son genre à étudier les effets immunomodulatoires et antifibrotiques d'un système d'administration de drogue à base d'endoprothèse dans un modèle murine de LTS. Le modèle murine lui-même offre plusieurs avantages pour étudier les effets d'un médicament immunomodulateur sur la trachée. Des souris génétiquement modifiées et des cohortes expérimentales de souris saines et malades peuvent être étudiées, ce qui peut mener à une reproductibilité expérimentale et améliorer la rentabilité. En outre, la livraison de l'endoprothèse transoralement dans la trachée de souris imite la livraison clinique d'un tel stent chez l'homme, qui accentue davantage l'avantage translationnel de cette méthode. Enfin, la facilité relative avec laquelle l'endoprothèse PLLA-PCL avec le médicament peut être produite permet des modifications pour fournir d'autres thérapies médicamenteuses visant à réduire la formation de cicatrices dans la trachée.
REMARQUE : Toutes les méthodes décrites ici ont été approuvées par le Comité des soins et de l'utilisation des animaux de l'Université Johns Hopkins (MO12M354).
1. Préparation de la rapamycine en PLLA-PCL
2. Test d'élution de Rapamycin
3. Création d'endoprothèses de voies respiratoires murinep PLLA-PCL de rapamycine
REMARQUE : Effectuer des étapes 3.2-3.9 en utilisant des matériaux stériles et une technique stérile pour éviter la contamination qui influencerait les applications in vivo et in vitro.
4. Induction de sténose laryngotratratrique chez la souris
5. Placement transoral d'endoprothèse De PLLA-PCL chez les souris
6. Préparation histologique des échantillons
7. Biocompatibilité stent in vivo
8. Analyse quantitative de l'expression des gènes de la trachée de souris
La construction d'endoprothèse stent Biodégradable PLLA-PCL chargée de rapamycine utilisée dans cette étude était capable d'éluder la rapamycine d'une manière cohérente et prévisible dans des conditions physiologiques (figure 1). La figure 2 montre l'endoprothèse PLLA-PCL projetée autour d'un angiocatheter de 22 G pour une utilisation dans un modèle murine de LTS. Pour déterminer si les effets de l'élution de rapamycine dans la trachée sont effic...
Les étapes les plus critiques pour construire et utiliser avec succès un stent d'élution de drogue in vivo sont 1) déterminer le rapport optimal De PLLA-PCL pour le taux d'élution de drogue souhaitable, 2) déterminer la concentration appropriée de drogue à élucer, 3) moulant les endoprothèses autour de l'angiocatheter pour l'utilisation in vivo, et 4) transorally livrant l'endoprothèse dans les souris après induction de LTS sans causer l'obstruction mortelle de voie aérienne.
Bien...
Les auteurs n'ont rien à révéler.
National Institute on Deafness and Other Communication Disorders of the National Institutes of Health sous les numéros de récompense 1K23DC014082 et 1R21DC017225 (Alexander Hillel). Cette étude a également été soutenue financièrement par la Triological Society et l'American College of Surgeons (Alexander Hillel), l'American Medical Association Foundation, Chicago, IL (Madhavi Duvvuri) et une bourse de formation T32 NIDCD (Kevin Motz).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1. For stent | |||
22-gauge angiocatheter | Jelco | 4050 | |
Dichloromethane | Sigma Aldrich | 270997-100ML | |
Glycerol | Fisher Scientific | 56-81-5 | Available from other vendors as well. |
PDLGA | Sigma Aldrich | 739955-5G | |
PLLA-PCL (70 : 30) | Evonik Industries AG | 65053 | |
Rapamycin | LC Laboratories | R-5000 | |
2. Animal surgery | |||
Wire brush | Mill-Rose Company | 320101 | |
3. For immunohistochemistry staining | |||
Antigen retrival buffer | Abcam | ab93678 | Available from other vendors as well; acidic pH needed |
DAPI | Cell Signaling | 8961S | |
DMEM | ThermoFisher Scientific | 11965-092 | Available from other vendors as well. |
FBS (Fetal Bovine Serum) | MilliporeSigma | F4135-500ML | |
Goat anti-rabbit-488 antibody | Lif technology | a11008 | |
Goat anti-rat-633 antibody | Lif technology | a21094 | |
Hydrophilic plus slide | BSB7028 | ||
PBS | ThermoFisher Scientific | 100-10023 | Available from other vendors as well. |
Rabbit anti-CD3 antibody | Abcam | ab5690 | |
Rat antiF4/80 antibody | Biolengend | 123101 | |
Zeiss LSM 510 Meta Confocal Microscope | Zeiss | ||
4. For quantative PCR | |||
0.5mm glass beads | OMNI International | 19-645 | |
Bead Mill Homoginizer | OMNI International | ||
Gene Specific Forward/Reverse Primers | Genomic Resources Core Facility | ||
Nanodrop 2000 spectrophotometer | Thermo Scientific | ||
Power SYBR Green Mastermix | Life Technologies | 4367659 | |
RNeasy mini kit | Qiagen | 80404 | |
StepOnePlus Real Time PCR system | Life Technologies |
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