Screening von Hydrogelen auf antifibrotische Eigenschaften durch Implantation von Alginaten mit Zellbarcode in Mäuse und andere

Aug 12, 2023

Nature Biomedical Engineering Band 7, Seiten 867–886 (2023)Diesen Artikel zitieren

2700 Zugriffe

1 Zitate

119 Altmetrisch

Details zu den Metriken

Das Screening implantierbarer Biomaterialien auf antifibrotische Eigenschaften wird durch die Notwendigkeit von In-vivo-Tests eingeschränkt. Hier zeigen wir, dass der Durchsatz des In-vivo-Screenings durch zelluläres Barcoding einer chemisch modifizierten kombinatorischen Bibliothek von Hydrogelformulierungen erhöht werden kann. Die Methode umfasst die Implantation einer Mischung aus Alginatformulierungen, die jeweils mit menschlichen Endothelzellen aus der Nabelschnurvene von verschiedenen Spendern versehen sind, und die Zuordnung der Identität und Leistung jeder Formulierung durch Genotypisierung einzelner Nukleotidpolymorphismen der Zellen mittels Next-Generation-Sequenzierung. Wir verwendeten die Methode, um 20 Alginatformulierungen in einer einzelnen Maus und 100 Alginatformulierungen in einem einzelnen nichtmenschlichen Primaten zu screenen, und identifizierten drei Leithydrogelformulierungen mit antifibrotischen Eigenschaften. Die Einkapselung menschlicher Inseln mit einer der Formulierungen führte in einem Mausmodell für Diabetes zu einer langfristigen Blutzuckerkontrolle, und die Beschichtung medizinischer Katheter mit den anderen beiden Formulierungen verhinderte ein fibrotisches Überwachsen. Das Hochdurchsatz-Screening von mit Barcodes versehenen Biomaterialien in vivo kann dabei helfen, Formulierungen zu identifizieren, die die Langzeitleistung von Medizinprodukten und in Biomaterial eingekapselten therapeutischen Zellen verbessern.

Dies ist eine Vorschau der Abonnementinhalte, Zugriff über Ihre Institution

Greifen Sie auf Nature und 54 weitere Nature Portfolio-Zeitschriften zu

Holen Sie sich Nature+, unser preisgünstigstes Online-Zugangsabonnement

29,99 $ / 30 Tage

jederzeit kündigen

Abonnieren Sie diese Zeitschrift

Erhalten Sie 12 digitale Ausgaben und Online-Zugriff auf Artikel

79,00 $ pro Jahr

nur 6,58 $ pro Ausgabe

Leihen oder kaufen Sie diesen Artikel

Die Preise variieren je nach Artikeltyp

ab 1,95 $

bis 39,95 $

Die Preise können örtlicher Steuern unterliegen, die beim Bezahlvorgang berechnet werden

Die wichtigsten Daten, die die Ergebnisse dieser Studie stützen, sind im Papier und seinen ergänzenden Informationen verfügbar. Auf die in dieser Studie generierten Rohsequenzierungsdaten kann über Figshare unter https://figshare.com/projects/In_vivo_screening_of_hydrogel_library_using_zellulär_barcoding_identify_biomaterials_that_mitigate_host_immune_responses_and_fibrosis/144375 zugegriffen werden. Die im Rahmen der Studie generierten und analysierten Datensätze stehen auf begründete Anfrage für Forschungszwecke bei den entsprechenden Autoren zur Verfügung.

Anderson, JM, Rodriguez, A. & Chang, DT Fremdkörperreaktion auf Biomaterialien. Semin. Immunol. 20, 86–100 (2008).

CAS PubMed Google Scholar

Wick, G. et al. Die Immunologie der Fibrose. Annu. Rev. Immunol. 31, 107–135 (2013).

CAS PubMed Google Scholar

Wynn, TA & Ramalingam, TR Mechanismen der Fibrose: therapeutische Übersetzung für fibrotische Erkrankungen. Nat. Med. 18, 1028–1040 (2012).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Veiseh, O. & Vegas, AJ Domestizierung der Fremdkörperreaktion: aktuelle Fortschritte und Anwendungen. Adv. Drogenlieferung Rev. 144, 148–161 (2019).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Kenneth Ward, W. Ein Überblick über die Fremdkörperreaktion auf subkutan implantierte Geräte: die Rolle von Makrophagen und Zytokinen bei Biofouling und Fibrose. J. Diabetes Sci. Technol. 2, 768–777 (2008).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Vegas, AJ et al. Die kombinatorische Hydrogel-Bibliothek ermöglicht die Identifizierung von Materialien, die die Fremdkörperreaktion bei Primaten abschwächen. Nat. Biotechnologie. 34, 345–352 (2016).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Veiseh, O. et al. Größen- und formabhängige Immunantwort von Fremdkörpern auf implantierte Materialien in Nagetieren und nichtmenschlichen Primaten. Nat. Mater. 14, 643–651 (2015).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Darnell, M. & Mooney, DJ Nutzung von Fortschritten in der Biologie zur Entwicklung von Biomaterialien. Nat. Mater. 16, 1178–1185 (2017).

CAS PubMed Google Scholar

Peters, A., Brey, DM & Burdick, JA Hochdurchsatz- und kombinatorische Technologien für Tissue-Engineering-Anwendungen. Gewebe-Ing. B 15, 225–239 ​​(2009).

CAS Google Scholar

Grainger, DW Alles über implantierte Biomaterialien. Nat. Biotechnologie. 31, 507–509 (2013).

CAS PubMed Google Scholar

Zhang, L. et al. In Mäuse implantierte zwitterionische Hydrogele widerstehen der Fremdkörperreaktion. Nat. Biotechnologie. 31, 553–556 (2013).

CAS PubMed Google Scholar

Witherel, CE, Abebayehu, D., Barker, TH & Spiller, KL Makrophagen- und Fibroblasten-Wechselwirkungen bei biomaterialvermittelter Fibrose. Adv. Gesundheitc. Mater. 8, e1801451 (2019).

PubMed PubMed Central Google Scholar

Ratner, BD Biomaterials: Ich war dort, habe das getan und habe mich in die Zukunft weiterentwickelt. Annu. Rev. Biomed. Ing. 21, 171–191 (2019).

CAS PubMed Google Scholar

Bank, RA Begrenzung der Biomaterialfibrose. Nat. Mater. 18, 781 (2019).

CAS PubMed Google Scholar

Noskovicova, N. et al. Unterdrückung der fibrotischen Einkapselung von Silikonimplantaten durch Hemmung der mechanischen Aktivierung von profibrotischem TGF-β. Nat. Biomed. Ing. https://doi.org/10.1038/s41551-021-00722-z (2021).

Ernst, AU, Wang, L.-H. & Ma, M. Inselkapselung. J. Mater. Chem. B 6, 6705–6722 (2018).

CAS PubMed Google Scholar

Kearney, CJ & Mooney, DJ Makroskalige Abgabesysteme für molekulare und zelluläre Nutzlasten. Nat. Mater. 12, 1004–1017 (2013).

CAS PubMed Google Scholar

Bochenek, MA et al. Alginateinkapselung als langfristiger Immunschutz allogener Pankreasinselzellen, die in die Bursa omentalis von Makaken transplantiert wurden. Nat. Biomed. Ing. 2, 810–821 (2018).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Vegas, AJ et al. Langfristige Blutzuckerkontrolle mit polymerverkapselten Betazellen aus menschlichen Stammzellen bei immunkompetenten Mäusen. Nat. Med. 22, 306–311 (2016).

Bidarra, SJ, Barrias, CC & Granja, PL Injizierbare Alginathydrogele für die Zellabgabe im Tissue Engineering. Acta Biomater. 10, 1646–1662 (2014).

CAS PubMed Google Scholar

Zhao, L., Weir, MD & Xu, HHK Eine injizierbare mesenchymale Stammzellpaste aus Calciumphosphat-Alginat-Hydrogel und Nabelschnur für das Knochengewebe-Engineering. Biomaterialien 31, 6502–6510 (2010).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Wang, X. et al. Ein nanofaseriges Verkapselungsgerät zur sicheren Abgabe von Insulin produzierenden Zellen zur Behandlung von Typ-1-Diabetes. Wissenschaft. Übers. Med. 13, eabb4601 (2021).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Xie, X. et al. Reduzierung des Messrauschens in einem kontinuierlichen Glukosemonitor durch Beschichtung des Sensors mit einem zwitterionischen Polymer. Nat. Biomed. Ing. 2, 894–906 (2018).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Jacobs-Tulleneers-Thevissen, D. et al. Anhaltende Funktion alginatverkapselter menschlicher Inselzellimplantate in der Bauchhöhle von Mäusen, was zu einer Pilotstudie an einem Typ-1-Diabetiker führte. Diabetologia 56, 1605–1614 (2013).

CAS PubMed Google Scholar

Robitaille, R. et al. Entzündungsreaktion auf die peritoneale Implantation von Alginat-Poly-L-Lysin-Mikrokapseln. Biomaterialien 26, 4119–4127 (2005).

CAS PubMed Google Scholar

Rokstad, AM et al. Alginat-Mikrokügelchen sind im Gegensatz zu Mikrokapseln, die Polykationen enthalten, komplementkompatibel, wie in einem menschlichen Vollblutmodell gezeigt wurde. Acta Biomater. 7, 2566–2578 (2011).

CAS PubMed Google Scholar

King, A., Sandler, S. & Andersson, A. Die Wirkung von Wirtsfaktoren und Kapselzusammensetzung auf das zelluläre Überwachsen auf implantierten Alginatkapseln. J. Biomed. Mater. Res. 57, 374–383 (2001).

CAS PubMed Google Scholar

Manoury, B., Caulet-Maugendre, S., Guenon, I., Lagente, V. & Boichot, E. TIMP-1 ist ein Schlüsselfaktor der fibrogenen Reaktion auf Bleomycin in der Mauslunge. Int. J. Immunopathol. Pharmakol. 19, 471–487 (2006).

CAS PubMed Google Scholar

Desai, T. & Shea, LD Fortschritte bei Technologien zur Inselverkapselung. Nat. Rev. Drug Discov. 16, 338–350 (2017).

CAS PubMed Google Scholar

Tuch, BE et al. Sicherheit und Lebensfähigkeit mikroverkapselter menschlicher Inseln, die in diabetische Menschen transplantiert wurden. Diabetes Care 32, 1887–1889 (2009).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Bose, S. et al. Ein rückholbares Implantat für die langfristige Einkapselung und das Überleben therapeutischer xenogener Zellen. Nat. Biomed. Ing. 4, 814–826 (2020).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Farah, S. et al. Langfristige Prävention von Implantatfibrose bei Nagetieren und nichtmenschlichen Primaten unter Verwendung kristallisierter Arzneimittelformulierungen. Nat. Mater. 18, 892–904 (2019).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Krutzik, PO & Nolan, GP Fluoreszierende Zell-Barcodierung in der Durchflusszytometrie ermöglicht Hochdurchsatz-Wirkstoffscreening und Signalprofilierung. Nat. Methoden 3, 361–368 (2006).

CAS PubMed Google Scholar

Strobel, B. et al. Hochdurchsatz-Identifizierung synthetischer Riboschalter durch barcodefreie Amplikonsequenzierung in menschlichen Zellen. Nat. Komm. 11, 714 (2020).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Lyons, E., Sheridan, P., Tremmel, G., Miyano, S. & Sugano, S. Groß angelegte DNA-Barcode-Bibliotheksgenerierung für die Identifizierung von Biomolekülen in Hochdurchsatz-Screenings. Wissenschaft. Rep. 7, 13899 (2017).

PubMed PubMed Central Google Scholar

Binan, L., Drobetsky, EA und Costantino, S. Nutzung molekularer Barcodes in zellulären Hochdurchsatztests. SLAS-Technologie. 24, 298–307 (2019).

CAS PubMed Google Scholar

Bykov, YS et al. Hochdurchsatz-Ultrastrukturscreening mittels Elektronenmikroskopie und Fluoreszenz-Barcoding. J. Cell Biol. 218, 2797–2811 (2019).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Oliveira, MB & Mano, JF Hochdurchsatz-Screening für integratives Biomaterialdesign: Erkundung von Fortschritten und neuen Trends. Trends Biotechnologie. 32, 627–636 (2014).

CAS PubMed Google Scholar

Bratlie, KM et al. Schnelle Biokompatibilitätsanalyse von Materialien mittels In-vivo-Fluoreszenzbildgebung von Mausmodellen. PLoS ONE 5, e10032 (2010).

PubMed PubMed Central Google Scholar

Chatterjee, K. et al. Die Wirkung des 3D-Hydrogel-Gerüstmoduls auf die Differenzierung und Mineralisierung von Osteoblasten wurde durch kombinatorisches Screening aufgezeigt. Biomaterialien 31, 5051–5062 (2010).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Vega, SL et al. Kombinatorische Hydrogele mit biochemischen Gradienten zum Screening 3D-zellulärer Mikroumgebungen. Nat. Komm. 9, 614 (2018).

PubMed PubMed Central Google Scholar

Andreiuk, B. et al. Fluoreszierende Polymernanopartikel für die Zell-Barcodierung in vitro und in vivo. Klein 13, 1701582 (2017).

Google Scholar

Lokugamage, MP, Sago, CD & Dahlman, JE Testen Tausender Nanopartikel in vivo mithilfe von DNA-Barcodes. Curr. Meinung. Biomed. Ing. 7, 1–8 (2018).

PubMed PubMed Central Google Scholar

Paunovska, K. et al. Ein direkter Vergleich der durch Hunderte von Nanopartikeln vermittelten In-vitro- und In-vivo-Nukleinsäureabgabe zeigt eine schwache Korrelation. Nano Lett. 18, 2148–2157 (2018).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Vorholt, SM et al. Hochdurchsatz-Screening von Blutspendern auf zwölf menschliche Blutplättchen-Antigensysteme mittels Next-Generation-Sequenzierung zeigt den Nachweis seltener Polymorphismen und zweier neuartiger proteinverändernder Varianten. Transfus. Med. Hämutter. 47, 33–44 (2020).

PubMed PubMed Central Google Scholar

Nyyssonen, M. et al. Gekoppeltes Hochdurchsatz-Funktionsscreening und Next-Generation-Sequenzierung zur Identifizierung pflanzlicher Polymer-abbauender Enzyme in metagenomischen Bibliotheken. Vorderseite. Mikrobiol. 4, 282 (2013).

PubMed PubMed Central Google Scholar

Klaper, R., Arndt, D., Bozich, J. & Dominguez, G. Molekulare Wechselwirkungen von Nanomaterialien und Organismen: Definition von Biomarkern für Toxizität und Hochdurchsatz-Screening unter Verwendung traditioneller und Next-Generation-Sequenzierungsansätze. Analyst 139, 882–895 (2014).

CAS PubMed Google Scholar

Ishikawa, F. et al. Entwicklung funktioneller menschlicher Blut- und Immunsysteme in NOD/SCID/IL2-Rezeptor-γ-Kettennull-Mäusen. Blut 106, 1565–1573 (2005).

Shultz, LD et al. Entwicklung menschlicher lymphoider und myeloischer Zellen in NOD/LtSz-scid-IL2Rγnull-Mäusen, denen mobilisierte menschliche hämopoetische Stammzellen transplantiert wurden. J. Immunol. 174, 6477–6489 (2005).

Doloff, JC et al. Der Kolonie-stimulierende Faktor-1-Rezeptor ist ein zentraler Bestandteil der Fremdkörperreaktion auf Biomaterialimplantate bei Nagetieren und nichtmenschlichen Primaten. Nat. Mater. 16, 671–680 (2017).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Doloff, JC et al. Die Oberflächentopographie von Silikon-Brustimplantaten vermittelt die Fremdkörperreaktion bei Mäusen, Kaninchen und Menschen. Nat. Biomed. Ing. 5, 1115–1130 (2021).

CAS PubMed Google Scholar

Qi, M. et al. Überleben menschlicher Inseln in Mikrokügelchen, die Alginat mit hohem Guluronsäuregehalt, vernetzt mit Ca2+ und Ba2+, enthalten. Xenotransplantation 19, 355–364 (2012).

PubMed PubMed Central Google Scholar

Referenzen herunterladen

Diese Arbeit wurde von den US National Institutes of Health (R01 DK120459 an OV und DYZ), JDRF (3-SRA-2021-1023-SB an OV) und dem Rice University Academy Fellowship (an MIJ) unterstützt. Wir danken der National Science Foundation für den Zugang zum ToF-SIMS, unterstützt durch CBET1626418. ToF-SIMS-Analysen und Spin-Coating wurden mit Unterstützung der Shared Equipment Authority der Rice University durchgeführt. Wir danken auch den Mitarbeitern der Tierressourceneinrichtung der Rice University für ihre Unterstützung bei der Tierforschung.

Sudip Mukherjee

Aktuelle Adresse: School of Biomedical Engineering, Indian Institute of Technology (BHU), Varanasi, Uttar Pradesh, Indien

David Yu Zhang

Aktuelle Adresse: NuProbe USA, Houston, TX, USA

Diese Autoren haben gleichermaßen beigetragen: Sudip Mukherjee, Boram Kim, Lauren Y. Cheng.

Abteilung für Bioingenieurwesen, Rice University, Houston, TX, USA

Sudip Mukherjee, Boram Kim, Lauren Y. Cheng, Michael David Doerfert, Jiaming Li, Andrea Hernandez, Lily Liang, Maria I. Jarvis, Cody Fell, Ping Song, David Yu Zhang und Omid Veiseh

CellTrans, Inc., Chicago, IL, USA

Peter D. Rios, Sofia Ghani, Ira Joshi und Douglas Isa

Abteilung für Biomedizintechnik, Cornell University, Ithaca, NY, USA

Trisha Ray

SIMS-Labor, Shared Equipment Authority, Rice University, Houston, TX, USA

Tanguy Terlier

Abteilung für Hämatopathologie, Abteilung für Pathologie/Labormedizin, MD Anderson Cancer Center der University of Texas, Houston, TX, USA

Roberto N. Miranda

Abteilung für Transplantationschirurgie, University of Virginia, Charlottesville, VA, USA

José Oberholzer

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

SM, BK, LYC, DYZ und OV haben die Studien entworfen, Daten analysiert und die Arbeit verfasst. SM, BK, LYC, MDD, JL, AH, LL, MIJ, PDR, SG, IJ, DI, TR, TT, CF, PS, JO, OV und DYZ führten die Experimente durch. SM, BK, MDD und LYC führten die statistischen Analysen durch und bereiteten Darstellungen zur Kommunikation der Datensätze vor. RNM, TT, DYZ und OV leisteten während der gesamten Zeit Beratung und technische Unterstützung, und DYZ und OV überwachten die Studie. Alle Autoren diskutierten die Ergebnisse und die Vorbereitung der Arbeit.

Korrespondenz mit David Yu Zhang oder Omid Veiseh.

OV ist Mitbegründer und bedeutender Anteilseigner von Sigilon Therapeutics, Avenge Bio und Pana Bio. DYZ besitzt erhebliche Anteile an NuProbe Global und Torus Biosystems und erhält Beratungseinnahmen von diesen Unternehmen sowie Anteile an Pana Bio. JO ist Gründungswissenschaftler und bedeutender Anteilseigner von Sigilon Therapeutics und CellTrans Inc.

Nature Biomedical Engineering dankt den anonymen Gutachtern für ihren Beitrag zum Peer-Review dieser Arbeit. Peer-Reviewer-Berichte sind verfügbar.

Anmerkung des Herausgebers Springer Nature bleibt hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten neutral.

Links im Schema sind zwei der bisherigen triazolhaltigen Bleialginate (B1-A21 und Z1-A34) zu sehen, die in Maus- und NHP-Modellen Fibrose verhindern. Insgesamt 211 neue Alginat-Analoga wurden durch Variation des führenden hydrophilen Linkers (Azido-PEG-Amin) und des hydrophoben Linkers (Iodbenzylamin) in Kombination mit einer Reihe blau hervorgehobener Alkinklassen synthetisiert.

a: Gelierungstest von Alginat-Analoga unter Verwendung von Rhodamin B-Einschluss. b, Repräsentative Bilder der Kapselbildung unter Verwendung der Alginat-Analoga. Maßstabsleiste, 2 mm. c, Nach ersten Charakterisierungsstudien, einschließlich Reinheit, Löslichkeit und Gelbildungsfähigkeit, wurden 149 Alginatpolymere für den Screening-Test verwendet. d, Mechanische Tests (Arbeit bis zum Bersten) mit verschiedenen Alginatformulierungen. Für die statistische Analyse wurde eine einfaktorielle ANOVA mit Bonferroni-Korrektur verwendet. ***P = 0,0007 (Z1-A34), ***P = 0,0009 (B1-A51), ns; nicht signifikant für Vergleiche mit SLG20. Alle Fehlerbalken geben den Mittelwert ± Standardabweichung von n = 20 Wiederholungen an. ei, FITC-Dextran-Permeabilitätstest mit verschiedenen modifizierten Alginaten. Alle Fehlerbalken geben den Mittelwert ± Standardabweichung von n = 5 Wiederholungen an.

Die Vorbereitung der Bibliothek umfasste einen Multiplex-PCR-Schritt zur Amplifikation der SNP-Loci, einen Barcode-PCR-Schritt zum Hinzufügen eines Positions-Barcodes zu jeder Probe und ein ligationsbasiertes Sequenzierungsadapter-Änderungsverfahren. a: Vor der Optimierung betrug die Target-Rate der Bibliothek <10 %, wobei Primer-Dimere und unspezifische PCR-Produkte zum Großteil der Lesevorgänge beitrugen. b: Nach der Optimierung wurde die Target-Rate unabhängig von der geringen DNA-Eingabe (<1 ng) im Ausgangsmaterial auf >80 % erhöht.

Fastq NGS-Daten wurden durch Zeilen- und Spaltenbarcodes demultiplext, um Sequenzen, die aus derselben DNA-Eingabe amplifiziert wurden, neu zu gruppieren. Dann wurde für jede Amplikonsequenz die grep-Funktion angewendet, um die dominanten und varianten Allele zu durchsuchen und die Varianten-Allel-Häufigkeit (VAF) für jeden SNP-Locus zu berechnen. Wenn die verkapselten Zellen nur einen Spender umfassten, wurde das VAF-Profil mit den Profilen der 20 vorab gescreenten HUVEC-Spender verglichen. Der Spender mit der höchsten Übereinstimmungsrate wurde als verkapselte Spenderzelle identifiziert. Wenn ein oder zwei Spender als verkapselte Zellen verwendet wurden, wurde die Log-Likelihood aller möglichen Spenderzusammensetzungen berechnet. Die Zusammensetzung mit der höchsten Gesamt-Log-Likelihood wurde als Zellzusammensetzung bestimmt (Qualitätskontrolle für die Log-Likelihood-Analyse: 1). Mindestens 25/30 SNP-Loci hatten eine Sequenzierungsabdeckung > 50; und 2) Gesamt-Log-Likelihood höher als -200 und 3) Gütemessung höher als 10, wobei Güte als Differenz der Log-Likelihood zwischen dem wahrscheinlichsten und dem zweitwahrscheinlichsten Spenderpaar definiert ist. Das Material, das der identifizierten Spenderzelle oder Zellzusammensetzung entspricht, wäre das Material, das die Zellen einkapselt.

a: Drei verschiedene Materialien wurden getestet; UP-VLVG (Kontrolle), B1-A51 (eines der negativen Materialien) und Z1-A34 (eines der positiven Materialien). b, Schematischer Arbeitsablauf des Screenings von drei Materialien mit gemischten Doppelspendern. cd, Nach zweiwöchiger Implantation wurden jeder Maus (M1–M3) Kapseln entnommen und je nach Fibrosegrad in drei Gruppen eingeteilt. e, Repräsentatives Heatmap-Ergebnis des identifizierten Spenderpaares. f, 39 zugeordnet zu Z1-A34 (positives Kontrollmaterial), kodiert durch H16:H14 im Verhältnis 1:2; 4 auf UP-VLVG abgebildet, codiert durch H6:H8 im Verhältnis 1:2; 0 Samples sind B1-A51 zugeordnet. Insgesamt wurden 43/45 Proben aus dem SNP-Profil von 400 Spendern kartiert. Die Anteile jedes Materials, das Spenderpaaren entsprach, wurden aufgetragen, und Z1-A34 zeigte den höchsten Wert, was auf die besten immunschützenden Eigenschaften hinweist.

a: Kapseln mit menschlichen Inseln wurden mit einer endgültigen Zelldichte von 4.000, 8.000 und 16.000 IEQ/Alginatvolumen (ml) hergestellt. Die endgültigen IEQ-Werte in jeder Kapsel betrugen 10, 20 bzw. 40 IEQ pro Kapsel. In jeder Gruppe wurden 500 µL, 250 µL und 125 µL Kapseln in den IP-Raum implantiert, die insgesamt 2.000 IEQ pro Maus enthielten. Alle Fehlerbalken geben den Mittelwert ± Standardabweichung von n = 20 biologischen Replikaten an. b, Repräsentative Bilder von Z1-A34-Kapseln vor der Implantation. Eine Dithizon-Färbung weist auf lebensfähige Inseln innerhalb der Kapselmatrix hin. Nach der Einkapselung zeigen die Inseln eine gute Lebensfähigkeit (lebend: grün, tot: rot).

ab, Die Gesamtintensität von zwei durch ToF-SIMS analysierten Hauptpeaks (a, CN− und b, Br−) wurde aufgezeichnet, um sie mit dem unmodifizierten Katheter zu vergleichen. c, XPS-Daten für unmodifizierte, Met-Z1A3- und Met-B2-A17-modifizierte Katheter zeigen das Gewicht. % der für kleine Moleküle spezifischen Atome, was auf eine erfolgreiche Beschichtung hinweist. d, Repräsentative REM-Bilder von unmodifizierten und beschichteten Kathetern. z. B. Oberflächeneigenschaften von mit Leitmolekülen beschichteten Kathetern mittels Raman-Spektroskopie. Katheter vor oder nach der Implantation (4 oder 8 Wochen) wurden analysiert, um das Vorhandensein beschichteter Moleküle zu bestätigen (e, Met-Z1-A3-, f, Met-B2-A17-, g, Met-Z1-A34-Katheter). Alle Fehlerbalken geben den Mittelwert ± Standardabweichung von n = 2 Wiederholungen an.

Ergänzende Ergebnisse, Abbildungen und Tabellen.

Springer Nature oder sein Lizenzgeber (z. B. eine Gesellschaft oder ein anderer Partner) besitzen die ausschließlichen Rechte an diesem Artikel im Rahmen einer Veröffentlichungsvereinbarung mit dem Autor bzw. den Autoren oder anderen Rechteinhabern. Die Selbstarchivierung der akzeptierten Manuskriptversion dieses Artikels durch den Autor unterliegt ausschließlich den Bedingungen dieser Veröffentlichungsvereinbarung und geltendem Recht.

Nachdrucke und Genehmigungen

Mukherjee, S., Kim, B., Cheng, LY et al. Screening von Hydrogelen auf antifibrotische Eigenschaften durch Implantation von Alginaten mit Zellbarcode in Mäuse und einen nichtmenschlichen Primaten. Nat. Biomed. Eng 7, 867–886 (2023). https://doi.org/10.1038/s41551-023-01016-2

Zitat herunterladen

Eingegangen: 23. Februar 2022

Angenommen: 27. Februar 2023

Veröffentlicht: 27. April 2023

Ausgabedatum: Juli 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41551-023-01016-2

Jeder, mit dem Sie den folgenden Link teilen, kann diesen Inhalt lesen:

Leider ist für diesen Artikel derzeit kein gemeinsam nutzbarer Link verfügbar.

Bereitgestellt von der Content-Sharing-Initiative Springer Nature SharedIt