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Method Article
* Questi autori hanno contribuito in egual misura
Presentato qui è un protocollo per l'aggiunta di peptide CD47 (pepCD47) a stent metallici usando la chimica del polibisfosfonato. La funzionalizzazione degli stent metallici utilizzando pepCD47 impedisce l'attacco e l'attivazione di cellule infiammatorie migliorando così la loro biocompatibilità.
Le complicazioni chiave associate agli stent bare metal e agli stent di eluizione dei farmaci sono rispettivamente la restenosi in-stent e la trombosi dello stent tardivo. Pertanto, migliorare la biocompatibilità degli stent metallici rimane una sfida significativa. L'obiettivo di questo protocollo è quello di descrivere una robusta tecnica di modifica della superficie metallica da parte di peptidi biologicamente attivi per aumentare la biocompatibilità degli impianti medici che contattano il sangue, compresi gli stent endovascolari. CD47 è un marcatore immunologico specifico per specie di sé e ha proprietà antinfiammatorie. Studi hanno dimostrato che un peptide aminoacido 22 corrispondente al dominio Ig del CD47 nella regione extracellulare (pepCD47), ha proprietà antinfiammatorie come la proteina a figura intera. Studi in vivo sui ratti e studi ex vivo su sistemi sperimentali di conigli e sangue umano del nostro laboratorio hanno dimostrato che l'immobilizzazione pepCD47 sui metalli migliora la loro biocompatibilità prevenendo l'attaccamento e l'attivazione delle cellule infiammatorie. Questo documento descrive il protocollo passo-passo per la funzionalizzazione delle superfici metalliche e l'attacco peptidico. Le superfici metalliche sono modificate utilizzando bisfosfato di poliallammina con gruppi tioli latenti (PABT), seguiti dalla deprotezione dei tioli e dall'amplificazione dei siti tiolo-reattivi per reazione con polietileneimina installata con gruppi piridilditio (PEI-PDT). Infine, pepCD47, incorporando residui terminali di cisteina collegati alla sequenza peptidica del nucleo attraverso un doppio distanziale 8-ammino-3,6-diossa-ottanoil, sono attaccati alla superficie metallica tramite legami disolfuro. Questa metodologia di attacco peptidico alla superficie metallica è efficiente e relativamente economica e può quindi essere applicata per migliorare la biocompatibilità di diversi biomateriali metallici.
L'intervento coronarica percutanea è la prima linea di terapia per il trattamento delle malattie coronarie (CAD) e comporta principalmente lo stenting delle arterie mante. Tuttavia, la restenosi in-stent (ISR) e la trombosi stent sono complicazioni comuni associate alla distribuzione stent1. L'interazione del sangue all'interfaccia sangue-stent è caratterizzata da un adsorbimento quasi immediato delle proteine plasmatiche sulla superficie metallica, seguito da attacco piastrinica e cellulare infiammatorio e attivazione2. Il rilascio delle citochine infiammatorie e delle chemiochine dalle cellule infiammatorie attivate porta alla modifica fenotipica delle cellule muscolari lisce vascolari (VSPC) nel supporto di tunica e innesca la loro migrazione centripeta al compartimento intimale. La proliferazione del VSMC attivato nell'intima si traduce in ispessimento dello strato intimale, restringimento del lume e restenosi in-stent3. Gli stent di eluizione dei farmaci (DES) sono stati sviluppati per prevenire la proliferazione vsmc; tuttavia, questi farmaci hanno un effetto citotossico fuori bersaglio sulle cellule endoteliali4,5. Pertanto, la trombosi dello stent tardivo è una complicazione comune associata al DES6,7. Gli stent fatti di polimeri biodegradabili, come il poli-L-lactide, hanno mostrato molte promesse negli esperimenti sugli animali e negli studi clinici iniziali, ma alla fine sono stati richiamati quando l'uso clinico "reale" ha dimostrato la loro inferiorità alla3a generazione DES8. Pertanto, è necessario migliorare la biocompatibilità degli stent bare metal per ottenere risultati migliori per i pazienti.
CD47 è una proteina transmembrana espressa onnipresente che inibisce la risposta immunitaria innata quando è legata al suo recettore imparentato Signal Regulatory Protein alpha (SIRPα)9. Il recettore SIRPα ha un dominio ITIM (Immune Cell Tyrosine Inhibitory Motif) e gli eventi di segnalazione sull'interazione SIRPα - CD47 alla fine si traducono nella downregolazione dell'attivazione cellulareinfiammatoria 10,,11,,12,,13. La ricerca nel nostro laboratorio ha dimostrato che il CD47 ricombinante o la sua derivata peptidica, corrispondente al dominio Ig aminoacido 22 della regione extracellulare di CD47 (pepCD47), può ridurre la risposta immunitaria dell'ospite a una gamma di biomateriali clinicamenterilevanti 14,,15,,16. Recentemente, abbiamo dimostrato che pepCD47 può essere immobilizzato su superfici stent in acciaio inossidabile e ridurre significativamente la risposta fisiopatofitica associata alla restenosi. Si noti che le superfici modificate pepCD47 sono adattabili alle condizioni di utilizzo rilevanti come lo stoccaggio a lungo termine e la sterilizzazione dell'ossido dietilene 17. A tal fine, pepCD47 può essere un utile bersaglio terapeutico per affrontare i limiti clinici degli stent endovascolari.
La strategia per l'attacco covalente di pepCD47 a una superficie metallica comporta una serie di nuove modifiche chimiche della superficie metallica. Le superfici metalliche sono rivestite per la prima volta con bisfosfonato di poliallammina con gruppi tioli latenti (PABT), seguiti dalla deprotezione dei tioli e dall'attacco della polietileneimina (PEI) con gruppi piridilditio installati (PDT). I gruppi PDT di PEI non consumati nella reazione con tioli PABT deprotetti vengono quindi reagiti con pepCD47 incorporando tioli nei residui terminali di cisteina, con conseguente legame del pepCD47 alla superficie metallica attraverso un legame disolfuro14,,17,18. Abbiamo usato un pepCD47 coniugato al fluoroforo (TAMRA-pepCD47) per determinare la concentrazione di ingresso del peptide che si traduce nella massima immobilizzazione superficiale del peptide. Infine, abbiamo valutato la capacità antinfiammatoria acuta e cronica delle superfici metalliche rivestite in pepCD47, ex vivo, utilizzando rispettivamente l'apparato ad anello Chandler e il test di attacco monocito / espansione del macrofago.
Questo documento fornisce un protocollo sistematico per l'attacco di peptidi tiolati alla superficie metallica; determinare la massima densità di immobilizzazione del peptide; e valutare le proprietà antinfiammatorie delle superfici metalliche rivestite in pepCD47 esposte al sangue intero e ai monociti isolati.
Tutti i campioni umani per questo esperimento sono stati ottenuti in conformità con l'IRB del Children's Hospital di Filadelfia. Tutti gli esperimenti sugli animali sono stati eseguiti previa approvazione da parte della IACUC del Children's Hospital di Filadelfia.
1. Rivestimento di superfici bare metal con PEI-PDT
2. Attaccamento e valutazione qualitativa/quantitativa della ritenzione di pepCD47 coniugata al fluoroforo sulla superficie metallica mediante microscopia a fluorescenza e fluorimetria
3. Fissaggio di pepCD47 umano a superfici modificate PEI-PDT
4. Rivestire le superfici modificate PEI-PDT con sequenza strapazzata (Scr)
5. Ciclo Chandler per l'analisi dell'attacco cellulare alle superfici metalliche
6. Analisi dell'attacco cellulare alle superfici metalliche utilizzando il colorante CFDA
7. Attacco monocito ed espansione del macrofago sulle superfici pepCD47 modificate e bare metal
Le superfici metalliche sono rese tiolo-reattive per l'attacco peptidico attraverso una serie di modifiche chimiche, come illustrato nella figura 1. L'incubazione PABT seguita dal trattamento PEI-PDT rende la superficie metallica suscettibile per l'attacco peptidico. Peptide CD47 (pepCD47) contenente residui di cisteina a C-terminale uniti alla sequenza pepCD47 del nucleo attraverso un ponte duale AEEAc flessibile è collegato covalentemente alle superfici tiolo-reattive tramite legami disol...
Dimostriamo e descriviamo una strategia chimica relativamente nuova per aggiungere moieties peptidiche terapeutiche a una superficie in acciaio inossidabile con l'obiettivo generale di ridurre la reattività della superficie con cellule infiammatorie trovate nel sangue. La chimica del bisfosfonato descritta nel presente documento comporta la coordinazione della formazione di legami tra gli ossidi metallici e i gruppi bisfosfonati del PABT. Lo spessore del monostrato di polibisfosfonato formato sulla superficie metallica ...
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Lo sviluppo del protocollo e gli studi presentati in questo documento sono stati supportati dai finanziamenti NIH (NBIB) R01 (# EB023921) a IF e SJS e dai finanziamenti NIH (NHLBI) R01 (# HL137762) a IF e 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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