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腹腔栓塞治療腹主動(dòng)脈瘤（AAAs）在臨床上仍然受到動(dòng)脈內(nèi)膜滲漏復(fù)發(fā)的限制。這些復(fù)發(fā)與內(nèi)皮內(nèi)襯和基質(zhì)金屬蛋白酶（MMPs）介導(dǎo)的動(dòng)脈瘤進(jìn)展導(dǎo)致的再通相關(guān)。因此，來(lái)自美國(guó)川崎生物醫(yī)學(xué)創(chuàng)新研究所的Menekse Ermis、 Ali Khademhosseini與韓國(guó)高麗大學(xué)的Han-Jun Kim聯(lián)合將一種常見(jiàn)的硬化劑和MMPs抑制劑—多西環(huán)素（DOX）結(jié)合到一種剪切變薄生物材料（STB）的血管栓塞水凝膠中，DOX的加入有望通過(guò)抑制MMP活性、促進(jìn)內(nèi)皮清除，同時(shí)防止內(nèi)滲漏。研究結(jié)果表明，含有4.5% w/w硅酸鹽納米血小板和0.3%w/vDOX的STB是可注射的，與沒(méi)有DOX的相比，存儲(chǔ)模量增加兩倍。與未經(jīng)治療的血液相比，STB-DOX水凝膠減少33%的凝血時(shí)間。在體外豬主動(dòng)脈模型中，從水凝膠中爆發(fā)性釋放的DOX在6小時(shí)后顯示出硬化效應(yīng)。7天后，內(nèi)皮細(xì)胞上的水凝膠持續(xù)釋放DOX顯示MMP抑制。該水凝膠成功地阻斷患者來(lái)源的腹部動(dòng)脈瘤模型。多功能STB-DOX水凝膠的硬化和MMP抑制特性可能為有效栓塞血管內(nèi)的動(dòng)脈瘤提供很好的機(jī)會(huì)。

相關(guān)研究?jī)?nèi)容以“Injectable Shear-Thinning Hydrogels with Sclerosing and Matrix Metalloproteinase Modulatory Properties for the Treatment of Vascular Malformations”為題于2023年9月8日發(fā)表在《Advanced Functional Materials》。

 
基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP-2和MMP- 9）是一類鋅內(nèi)肽酶，通過(guò)炎癥反應(yīng)過(guò)程中釋放的因子觸發(fā)AAAs中細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）的分解（圖1A）。多西環(huán)素（DOX）是一種四環(huán)素抗生素，用于抑制基質(zhì)金屬蛋白酶和內(nèi)皮剝脫。局部注射DOX可引起內(nèi)皮損傷，導(dǎo)致局部止血，使其閉塞。因此，在血管內(nèi)動(dòng)脈瘤修復(fù)（EVAR）的內(nèi)滲漏治療中，通過(guò)內(nèi)皮剝脫和MMP抑制，局部輸送到動(dòng)脈瘤部位有效緩解主動(dòng)脈擴(kuò)張（圖1B）。
 
SNs的表面電荷分布為各向異性，具有正面和負(fù)面（圖2A）。為了證實(shí)DOX添加劑對(duì)水凝膠凈電荷的影響，測(cè)量水凝膠的zeta電位（圖2B），結(jié)果表明，SNs的表面負(fù)電荷為−25mV，而DOX的表面正電荷為+19 mV。在SNs中引入DOX導(dǎo)致DOX的zeta電位顯著降低，表明這兩個(gè)部分之間可能存在靜電相互作用。所有水凝膠粘度都隨著剪切速率增加而降低（圖2C）。圖2D顯示在包含高應(yīng)變（100%）和低應(yīng)變（0.01%）的交替循環(huán)的時(shí)間掃描中，剪切變薄和流變恢復(fù)的影響，在較大的應(yīng)變振幅下，STB-DOX 0.5%和STB-DOX 1%明顯軟于Gel-SN。在較大的應(yīng)變振幅下，Gel-SN-DOX 0.3的斷裂網(wǎng)絡(luò)明顯軟于Gel-SN（圖2E-G），表明更容易注射。通過(guò)掃描電鏡對(duì)凍干水凝膠的微觀結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行表征（圖2H），在沒(méi)有DOX的情況下，STB凝膠的孔隙大小表現(xiàn)出明顯的異質(zhì)性，分布范圍為20~150μm。當(dāng)將DOX引入STB凝膠時(shí)，孔徑分布變得更加均勻，主要在20~50μm范圍內(nèi)，這一結(jié)果表明，DOX影響STB凝膠的孔隙結(jié)構(gòu)，使孔隙徑分布更加均勻并變窄。
 
使用體外凝血試驗(yàn)檢測(cè)DOX補(bǔ)充劑在Gel-SN平臺(tái)上的止血作用（圖3A、B），與未經(jīng)處理的血液對(duì)照組相比，STB和STB-DOX水凝膠顯著減少凝塊形成的時(shí)間。采用溶血實(shí)驗(yàn)研究水凝膠的血液相容性。不含DOX和低劑量DOX（0.1%和0.3% w/v）的STB水凝膠顯示溶血百分比低于5%的標(biāo)準(zhǔn)安全極限。而添加0.5% w/v的DOX后，溶血百分比提高到5%以上。因此，0.3% w/v DOX含量的STB-DOX水凝膠為后續(xù)優(yōu)化的合適配方（圖3C、D）。

 
為避免損害周圍的動(dòng)脈組織，隨著時(shí)間的推移，監(jiān)測(cè)水凝膠在磷酸鹽緩沖鹽水（PBS）中孵育時(shí)的溶脹率（%）（圖4A），結(jié)果表明，所有STB條件在前20 min內(nèi)達(dá)到最大腫脹，并在研究的剩余時(shí)間內(nèi)保持平衡。為了檢測(cè)復(fù)合水凝膠的降解性，將STBs在37°C的PBS中孵育175小時(shí)（圖4B）。在PBS中，以37°C檢測(cè)STBs中DOX的釋放譜（圖4C），所有配方在6h內(nèi)均出現(xiàn)爆發(fā)性釋放，在72 h內(nèi)持續(xù)釋放，釋放速率逐漸衰減。通過(guò)MMP活性對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞和巨噬細(xì)胞活性的影響和細(xì)胞毒性進(jìn)行評(píng)估（圖4D、E）�；钏廊旧�結(jié)果顯示，當(dāng)DOX濃度增加到0.5% w/v時(shí)，死細(xì)胞（紅色）的數(shù)量多于活細(xì)胞（綠色）（圖4F）。因此，根據(jù)釋放率、細(xì)胞活力和MMP抑制結(jié)果，選擇STB-DOX 0.1和0.3組進(jìn)行下一步評(píng)價(jià)。

 
如圖5A所示，采用體外臺(tái)式試驗(yàn)檢測(cè)Gel-SN-DOX水凝膠在閉塞血流中的效率，根據(jù)動(dòng)脈瘤的典型大小，采用特定的設(shè)計(jì)在體外復(fù)制動(dòng)脈內(nèi)膜滲漏。水凝膠注射的各個(gè)階段和腰椎動(dòng)脈同時(shí)發(fā)生的血流變化如圖5B所示，系統(tǒng)內(nèi)的血流循環(huán)設(shè)置為支架插入后動(dòng)脈瘤模型達(dá)到約15-20 mL min−1，對(duì)應(yīng)實(shí)際動(dòng)脈瘤內(nèi)滲漏流量。圖5C比較了不同配方的栓塞成功率。相比于其他組，STB-DOX 0.3水凝膠有更高的栓塞成功率。

 
通過(guò)分析CD31、VE-鈣粘蛋白、ZO-1、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子受體2（VEGFR2）和Von血友病因子（VWF）等蛋白的表達(dá)，深入了解STB-DOX治療對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞功能、血管生成和止血的潛在影響（圖6）。為了研究這些治療方法對(duì)血管結(jié)構(gòu)完整性的影響，使用ImageJ軟件進(jìn)一步定量CD31陽(yáng)性細(xì)胞上VE-鈣粘蛋白的表達(dá)的表達(dá)（圖6Aa、Ba)。接下來(lái)研究STB-DOX處理對(duì)CD31陽(yáng)性HUVECs中ZO-1表達(dá)的影響（圖6Ac、Bc）。STB-DOX濃度的增加下調(diào)HUVECs中VEGFR2的表達(dá)（圖6Ab、Bb），表明該信號(hào)通路受到損害。綜上所述，本研究結(jié)果表明，STB-DOX治療可能會(huì)對(duì)HUVECs中這些關(guān)鍵蛋白的表達(dá)和活性產(chǎn)生不良影響，從而影響血管的健康和功能。

 
栓塞6h后固定樣本，切片并染色以進(jìn)行內(nèi)皮覆蓋（圖7A）。未經(jīng)處理的主動(dòng)脈切片的HE染色顯示內(nèi)皮細(xì)胞層在動(dòng)脈的管腔側(cè)，中膜上方觀察到（圖7B 藍(lán)色*）。在用HE染色的載玻片初步觀察內(nèi)皮細(xì)胞消融后，對(duì)這些切片進(jìn)行免疫組化（圖7C）。切片染色內(nèi)皮標(biāo)記物CD31，吞噬素染色細(xì)胞骨架，DAPI染色細(xì)胞核。在未治療的主動(dòng)脈切片中可見(jiàn)兩層主動(dòng)脈壁，內(nèi)膜和中膜。通過(guò)STB-DOX配方（STB-DOX 0.1、STBDOX 0.3和STB-DOX 0.5組），觀察到隨著DOX濃度的增加，綠色信號(hào)逐漸減少，表明內(nèi)皮層的去除。

總之，本研究提出一種使用STBs和DOX治療腹主動(dòng)脈瘤的新方法。將DOX加入到由明膠和硅酸鹽納米血小板組成的可注射物理水凝膠中，可達(dá)到內(nèi)皮消融和基質(zhì)金屬蛋白酶抑制的雙重目的，隨后的緩釋階段有利于保留對(duì)基質(zhì)金屬蛋白酶的抑制。STB-DOX水凝膠表現(xiàn)出強(qiáng)大的力學(xué)性能，并能在生理壓力下阻塞管狀結(jié)構(gòu)。該水凝膠還能有效地抑制基質(zhì)金屬蛋白酶，促進(jìn)硬化作用，并在生理血壓和血流速率下成功地阻斷患者來(lái)源的動(dòng)脈瘤囊模型。本研究還發(fā)現(xiàn)，STB-DOX治療影響參與維持內(nèi)皮細(xì)胞功能、血管生成和止血的幾個(gè)關(guān)鍵蛋白的表達(dá)，包括CD31、VE-鈣粘蛋白、ZO-1、VEGFR2和VWF。這些結(jié)果表明，這些可注射的的水凝膠在血管和腹主動(dòng)脈瘤栓塞方面具有巨大的潛力。未來(lái)的研究可以擴(kuò)大這些水凝膠在其他應(yīng)用中的潛力，并優(yōu)化其成分和性能以適應(yīng)其他醫(yī)療條件�？偟膩�(lái)說(shuō)，這些結(jié)合DOX的可注射性水凝膠的發(fā)展代表靶向治療血管疾病的一個(gè)有前途的進(jìn)展。



文章來(lái)源：
https://doi.org/10.1002/adfm.202305880