Fabrication et caractérisation de patchs de micro-aiguilles pour le chargement et l’administration d’exosomes

Résumé

Les exosomes possèdent un potentiel clinique important, mais leur application pratique est limitée en raison de la facilité d’élimination in vivo et de la faible stabilité. Les micro-aiguilles présentent une solution en permettant une administration localisée en perforant les barrières physiologiques et la conservation à l’état sec, remédiant ainsi aux limites de l’administration d’exosomes et élargissant leur utilité clinique.

Résumé

Les exosomes, en tant que biothérapies émergentes de « nouvelle génération » et vecteurs d’administration de médicaments, recèlent un immense potentiel dans divers domaines biomédicaux, allant de l’administration de médicaments et de la médecine régénérative au diagnostic des maladies et à l’immunothérapie tumorale. Cependant, la clairance rapide par injection traditionnelle en bolus et la faible stabilité des exosomes limitent leur application clinique. Les micro-aiguilles servent de solution qui prolonge le temps de séjour des exosomes sur le site d’administration, maintenant ainsi la concentration du médicament et facilitant les effets thérapeutiques durables. De plus, les micro-aiguilles possèdent également la capacité de maintenir la stabilité des substances bioactives. Par conséquent, nous introduisons un patch de micro-aiguilles pour le chargement et l’administration d’exosomes et partageons les méthodes, y compris l’isolement des exosomes, la fabrication et la caractérisation des patchs de micro-aiguilles chargés d’exosomes. Les patchs à micro-aiguilles ont été fabriqués en utilisant du tréhalose et de l’acide hyaluronique comme matériaux de pointe et de la polyvinylpyrrolidone comme matériau de support par une méthode de moulage en deux étapes. Les micro-aiguilles ont démontré une résistance mécanique robuste, avec des pointes capables de résister à 2 N. La peau de porc a été utilisée pour simuler la peau humaine, et les pointes des micro-aiguilles ont complètement fondu dans les 60 secondes suivant la perforation de la peau. Les exosomes libérés par les micro-aiguilles présentaient une morphologie, une taille de particules, des protéines marqueurs et des fonctions biologiques comparables à celles des exosomes frais, permettant l’absorption des cellules dendritiques et favorisant leur maturation.

Introduction

Les exosomes, qui sont de petites vésicules libérées par les cellules dans la matrice extracellulaire, ont été proposés comme biothérapies potentielles et vecteurs d’administration de médicaments pour le traitement de plusieurs maladies et cancers¹. Au cours de leur processus de biogenèse, les exosomes encapsulent diverses molécules biologiquement actives à l’intérieur des cellules, y compris des protéines fonctionnelles et des acides nucléiques². Par conséquent, lorsqu’ils sont absorbés par les cellules réceptrices pendant le processus de transport, les exosomes ont la capacité de moduler l’expression des gènes et les f....

Protocole

Cette étude n’a pas besoin d’une autorisation éthique, car la peau de porc utilisée pour les expériences décrites à la section 3 a été achetée sur le marché sous forme d’oreilles de porc comestibles et ne provient pas d’animaux de laboratoire.

1. Isolement des exosomes

1. Culture cellulaire
   1. Cultivez des cellules cancéreuses épithéliales de l’ovaire ID8 de souris dans un milieu de culture DMEM (Modified Eagle Medium) de souris contenant 10 % de sérum fœtal bovin et une solution de pénicilline-streptomycine à 1 % (100×) (voir le tableau des matériaux) dans des boîtes de Pétri d’un diamètre de 15....

Résultats

Ici, nous présentons un protocole pour l’isolement des exosomes, la fabrication et la caractérisation de exo@MN patch. La figure 1 illustre l’organigramme du processus de fabrication de exo@MN patch. Les exosomes ont été mélangés avec du tréhalose et de l’HA, puis le mélange a été ajouté au moule à micro-aiguilles et centrifugé. Ce processus a facilité l’agrégation des exosomes à l’extrémité des aiguilles, favorisant une libération rapide. Après séchage, une so.......

Discussion

Actuellement, les principales méthodes d’isolement des exosomes comprennent l’ultracentrifugation, la centrifugation à gradient de densité, l’ultrafiltration, la précipitation, les billes magnétiques d’immunoaffinité et la microfluidique²⁴. En raison de la capacité de charge limitée des micro-aiguilles causée par leur petit espace de pointe d’aiguille, il est nécessaire d’augmenter la concentration d’exosomes pour charger davantage. Par conséquent, nous avons choisi l’ul.......

matériels

Name	Company	Catalog Number	Comments
100x penicillin-streptomycin solutions	Jrunbio Scientific	MA0110	Cell culture
180 kDa pre-stained protein marker	Thermo	26616	Western blotting
3% Uranyl acetate	Henan Ruixin Experimental Supplies	GZ02625	Morphological characterization of exosomes
3D printer	BMF technology	nanoArch S130	Mold preparation
4%–20% precast gel	Genscript	ExpressPlus PAGE GEL	Western blotting
5× SDS-PAGE loading buffer	Titan	04048254	Western blotting
Anti-mouse Alix antibody	Biolegend	12422-1-AP	Western blotting
Anti-mouse CD63 antibody	Biolegend	ab217345	Western blotting
APC anti-mouse CD80 antibody	Biolegend	104713	Antibody
Auto fine coater	ZIZHU	JBA5-100	Morphological characterization of microneedle
BCA assay kit	Beyotime	P0012	Protein concentration assay
Centrifuge	Thermo Fisher	Muitifuge X1R pro	Cell centrifuge
Circulating water vacuum pump	Yuhua Instrument	SHZ-D(III)	Filtration
CO2 incubator	Eppendorf	CellXpert C170	Cell culture
Confocal laser scanning microscope	Nikon	A1HD25	Fluorescence imaging
Copper mesh	Beijing Zhongjingkeyi Technology	JF-ZJKY/300	Morphological characterization of exosomes
D- (+) -Trehalose dihydrate	Aladdin	5138-23-4	Fabrication of microneedle
Dulbecco’s modified Eagle’s medium	Meilunbio	MA0212	Cell culture
Dulbecco’s phosphate-buffered saline	Meilunbio	MA0010	Cell culture
Electrophoresis system	Bio-rad	PowerPac-basic	Western blotting
Fetal bovine serum	Jrunbio Scientific	JR100	Cell culture
FITC anti-mouse CD11c antibody	Biolegend	117305	Antibody
Flow cytometry	BD	LSR Fortessa	Fluorescence detection
Gel imager	Cytiva	Amersham ImageQuant 800	Western blotting
HRP-conjugated anti-rabbit IgG	CST	7074S	Western blotting
HTL resin	BMF technology		Mold preparation
Hyaluronic acid (MW = 300 kDa)	Bloomage Biotechnology	9004-61-9	Fabrication of microneedle
Immersion oil	Nikon	MXA22168	Fluorescence imaging
Ion cleaner	JEOL	EC-52000IC	Morphological characterization of exosomes
Microscope	Olympus	CKX53	Observe the microneedle tip dissolving process
Mouse ovarian epithelial cancer cell ID8	MeisenCTCC	CC90105	Cell culture
Nanoparticle tracking analysis	Particle Metrix	ZetaView	Size analysis of exosomes
Pacific Blue anti-mouse I-A/I-E antibody	Biolegend	107619	Antibody
Phenylmethanesulfonyl fluoride	Beyotime	ST507	Protease inhibitors
Plasma cleaner	Hefei Kejing Material Technology	PDC-36G	Fabrication of microneedle
Polydimethylsiloxane	Dow Corning	9016-00-6	Mold preparation
Polyvinylpyrrolidone (MW = 40 kDa)	Aladdin	9003-39-8	Fabrication of microneedle
Prism	GraphPad	Version 9	Statistical analysis
PVDF membrane	Millipore	IPVH00010	Western blotting
Quick-snap centrifuge	Beckman	344619	Exosomes extraction
RIPA lysis buffer	Applygen	C1053	Lysis membrane
Roswell park memorial institute 1640	Meilunbio	MA0548	Cell culture
Scanning electron microscope	JEOL	JSM-IT800	Morphological characterization of microneedle
Stereo microscope	Olympus	SZX16	Characterization of morphology
Super ECL detection reagent	Applygen	P1030	Western blotting
Tensile meter	Instron	68SC-05	Mechanical testing
Transmission electron microscope	JEOL	JEM-2100plus	Morphological characterization of exosomes
Tris buffered saline	Sangon Biotech	JF-A500027-0004	Western blotting
Tween-20	Beyotime	ST825	Western blotting
Ultracentrifuge	Beckman	Optima XPN-100	Exosomes extraction
Ultrafiltration tube	Millipore	UFC910096	Exosomes concentration
Vacuum drying oven	Shanghai Yiheng Technology	DZF-6024	Fabrication of microneedle
Vacuum filtration system	Biosharp	BS-500-XT	Filtration