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고실내 투여 후 쥐 내이에서 리포솜 나노운반체의 생체적합성

초록

리포솜 나노운반체(LPN)는 최소 침습성 고실 내 투여 후 높은 약물 로딩 용량과 내이에서의 효율적인 흡수로 인해 잠재적으로 내이 치료의 미래입니다. 그러나 내이에서 LPN의 생체 적합성에 대한 정보는 부족합니다. 현재 연구의 목적은 고실 내 전달 후 내이에서 LPN의 생체 적합성을 문서화하는 것입니다. 가돌리늄-테트라-아자시클로-도데칸-테트라-아세트산(Gd-DOTA)이 있거나 없는 LPN을 고막 주입을 통해 쥐에게 전달했습니다. 중이 및 내이에서 Gd-DOTA 함유 LPN의 분포는 MRI를 사용하여 생체 내에서 추적되었습니다. 가돌리늄 강화 MRI를 사용하여 중이 및 내이 장벽의 기능을 평가했습니다. 청각 기능은 청각 뇌간 반응(ABR)을 사용하여 측정되었습니다. 잠재적인 염증 반응은 내이에서 글리코사미노글리칸 및 히알루론산 분비 및 CD44 및 TLR2 발현을 분석하여 조사하였다. 잠재적인 세포자멸사는 TMR-dUTP(TUNEL 염색)로 세포자멸사 세포의 DNA 가닥에서 유리 3'OH 파손을 표지하기 위해 말단 전이효소(TdT)를 사용하여 분석되었습니다. 그 결과, LPN은 고막을 통한 주입 후 효율적으로 내이로 들어갔습니다. Gd-DOTA가 있거나 없는 LPN의 고막경주사는 중이 및 내이 장벽의 기능을 방해하지 않으며 쥐에게 청력 손상을 일으키지 않았습니다. 글리코사미노글리칸 및 히알루론산 분비, CD44 및 TLR2 발현을 포함한 내이의 중요한 염증 생물학적 마커는 LPN 투여에 의해 영향을 받지 않았습니다. LPN 투여와 관련된 유의한 세포 사멸은 없었다. LPN의 고막경주사는 내이에 안전하며 LPN은 감각신경성 난청의 임상 치료에서 약물 전달 매트릭스로 적용될 수 있습니다.

<섹션 데이터-제목="배경">

배경

리포솜 나노운반체(LPN)는 최소 침습성 고실 내 투여 후 높은 약물 로딩 용량과 내이에서의 효율적인 흡수로 인해 잠재적으로 내이 치료의 미래입니다[1,2,3,4]. 고실내 접근법은 메니에르병 및 돌발성 감각신경성 난청의 치료를 위해 임상에서 선행 전략이었던 비표적 영역에 치료제의 불필요한 축적을 방지하기 때문에 합리적인 표적 약물 전달 접근법으로 이비인후과 의사들에 의해 잘 받아 들여지고 있습니다. 겐타마이신과 코르티코스테로이드 사용. 달팽이관에서 모델 치료제의 분자 표적화는 특정 펩티드 기능화된 LPN의 고실 내 투여에 의해 표시되었습니다[5]. 또한, 삼투 펌프와 고성능 폴리이미드 튜빙으로 구성된 새로운 장치를 사용하여 중이를 통해 내이로의 LPN의 자동 지속 전달이 달성되었습니다[6]. 임상에서 가장 오래된 나노치료 플랫폼으로서 LPN은 암, 감염성 질환, 염증, 통증 등의 치료에 안전했다[7,8,9]. 그러나 중이 및 내이에서 LPN의 생체적합성은 아직 알려지지 않았으며 이과학에 임상적으로 적용하기 전에 명확히 해야 합니다.

귀는 고실 내 전달 후 LPN에 노출될 수 있는 외이, 중이 및 내이(그림 1)로 구성됩니다. 중이는 가장 높은 농도의 LPN에 노출되는 1차 부위이고, 내이는 치료 부위이자 위험 물질에 가장 민감한 기관이며, 외이도는 외부 외이도에서 유출되는 물질에 의해 자극을 받을 가능성이 있습니다. 중이강. 생물학적 장벽은 첫 번째 방어 시스템으로 약제의 생체이용률을 제한하며 피부, 점막 및 회음부 구조에 존재합니다. 내이의 장벽 시스템은 내이의 생리적 활동에 필수적인 이온 항상성을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. 이러한 장벽의 기능적 변경은 가돌리늄 강화 자기 공명 영상(Gd-MRI)을 사용하여 정확하게 평가할 수 있습니다. 청각 기능 장애는 청각 뇌간 반응(ABR)을 통해 정확하게 측정할 수 있습니다. 따라서 귀(외이, 중이, 내이 포함) 자체가 나노독성학의 훌륭한 모델 역할을 합니다[10, 11].

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포유류 귀의 그림입니다. 포유류의 귀(인간과 쥐 포함)는 외이, 중이 및 내이로 구성됩니다. 외이(OE ) 귓바퀴와 외이도(EAC)로 구성 ). 중이(ME )는 고막(TM)으로 구성됩니다. ) 및 추골(Ma ), 인커스(Inc ), 등골. 중이강은 유스타키오관(ET)을 통해 비인두의 확장입니다. ) 및 타원형 창(OW)을 통해 내이와 통신합니다. ) 및 원형 창 멤브레인(RWM) ). 내이는 달팽이관과 전정계로 구성되어 있습니다. 달팽이관은 청각을 위한 감각 기관이며 세 개의 방, 즉 고실계(ST)의 외림프 구획이 있습니다. ) 및 전정계계(SV ), 중계계의 내림프 구획(SM ). SM의 측벽에는 혈관선조(StrV ) 및 나선형 인대(SLig ). SM의 바닥에는 내부 유모 세포(IHC)를 포함하는 Cortis 기관이 있습니다. ) 및 외부 유모 세포(OHC ), 외막(TM) ) 및 나선 윤부(슬림 ). 나선 신경절 세포(SGC ) 유모 세포의 기계 전기 변환에 해당하는 활동 전위를 발생시키고 뇌의 모든 청각 입력을 공급합니다. 전정계는 균형을 담당하며 세 개의 반고리관(SCC ) 및 현관. SCC 내의 팽대부 팽대부는 회전 가속도를 감지하고 전정의 saccule과 utricule 내의 황반은 선형 가속도를 감지합니다. CN 달팽이관 신경, SP 나선형 돌출부, VN 전정 신경, VS 바스 스파이럴리스. (Zou J. Focal Drug Delivery in Inner Ear Therapy:in Focal Controlled Drug Delivery 편집자:Domb AJ 및 Khan W. Springer, London, UK. ISBN:978-1-4614-9433-1, 2014, p215- 224)

히알루론산(hyaluronan)은 자연적으로 발생하는 다중음이온성 생체고분자이며 기저막에 있는 세포외 기질의 주요 구성요소입니다. 히알루론산은 D-글루쿠론산과 N-아세틸-D-글루코사민으로 구성되며, β-1,4 및 β-1,3 글리코시드 결합이 교대로 연결되어 있습니다. 히알루론산의 축적은 신장 허혈성 재관류 손상에서 투과성 증가 및 미세순환 염증에 기여할 수 있습니다[12]. 은 나노입자의 이독성 효과는 우리의 이전 보고서에서 쥐의 달팽이관에서 히알루론산의 축적과 상관관계가 있는 것으로 나타났습니다[11]. Hyaluronic acid는 조직의 CD44 및 toll-like receptor 2/4(TLR2/4)에 결합하여 생물학적 반응을 유발합니다[13, 14]. 히알루론산에 결합할 때 CD44에 의해 매개되는 생물학적 활성은 주로 SRC 키나제, Rho GTPase, VAV2, 성장 인자 수용체 결합 단백질 2 결합 결합 단백질 1(GAB1), 안키린과 같은 조절 및 어댑터 분자와의 상호작용을 통해 이루어집니다. 및 에즈린[15,16,17]. CD44는 또한 염증 부위로 T 세포를 모집하고 T 세포 매개 내피 손상을 조절하는 것 외에도 세포 흡수 및 분해의 접근법을 통해 히알루론산의 대사를 매개합니다[18]. 항-내피 세포 항체에 의한 내이 내피 세포에 대한 세포독성이 면역 매개 돌발성 감각신경성 난청에서 혈관선 손상을 유발하는 역할을 할 수 있다고 보고되었다[19]. TLR2 의존성 핵인자-κB 활성화는 내이의 나선인대 섬유세포에서 비정형 헤모필루스 인플루엔자 유도 단핵구 화학주성 단백질 1 상향 조절에 관여하는 것으로 보고되었으며, 이는 만성 중이염에 이차적인 내이 기능 장애의 핵심 단계일 수 있습니다[ 20]. LPN이 중이 투여 후 내이 손상을 유발하는 경우, TLR2 매개 신호 전달 경로가 중요한 기전이어야 합니다.

우리는 고막 주입 후 내이에서 LPN의 생체 적합성을 평가하는 것을 목표로 했습니다. 다양한 시점에서 Gd-MRI를 사용하여 피부(외이도), 점막(중이강) 및 내이 구획의 생물학적 장벽 기능을 측정했습니다. 청각 기능은 ABR 측정을 사용하여 평가되었습니다. 마지막으로 글리코사미노글리칸과 히알루론산의 축적, CD44와 TLR2의 발현, 달팽이관의 DNA 단편화를 측정하여 잠재적인 조직병리학적 변화를 분석했습니다.

<섹션 데이터-제목="결과">

결과

LPN은 쥐의 달팽이관에 기능적 변화를 일으키지 않았습니다.

양성 대조군에서 와우(Coch)의 외림프와 양측 전정(Vest)의 밝은 신호(L, R)(그림 2a, b)는 Gd-DOTA의 흡수를 나타냅니다. 은나노입자(AgNPs)의 고막경주 주사 후 외림프 구획의 신호 강도가 크게 증가했으며 외이도 피부, 중이 점막에서도 극도로 강한 신호가 감지되어 AgNP 투여와 관련된 Gd-DOTA 흡수가 향상되었음을 나타냅니다. 그림 2a, b)의 L(표 1). 따라서 평가 시스템이 검증되었습니다. LPN + Gd-DOTA의 고막경주사를 받은 동물에서 주사 후 3시간에 이골 사슬, 전정계단, 고실계 및 전정 표면에서 밝은 신호가 감지되어 이들 영역에서 LPN의 명백한 분포를 나타냅니다(그림 2c). , d). 기저 회전에서 전정계열의 신호 강도는 고실계열보다 가시적으로 더 강하여 현재 동물에서 타원형 창을 통해 LPN이 효율적으로 진입함을 시사합니다[21]. 주입 후 6시간에 기저 회전에서 전정계열과 고실계 사이의 신호 강도가 유사해졌으며 전체 달팽이관은 거의 균질한 신호를 나타내었지만 전정에는 미미한 변화가 있었습니다(그림 2e, f). 빈 LPN을 고막을 통해 주입한 후 Gd-DOTA를 정맥 주사한 동물에서 양측은 유사한 신호 강도를 나타냈습니다. 단, 골 사슬 표면에 LPN이 축적된 것으로 의심되는 빈 LPN을 고막으로 주입한 중이에서 강한 신호가 나타났습니다(그림 1a). . 2g, h). 등골의 중공 영역을 나타내는 ossicular chain의 블랙홀(그림 2h). 양쪽 귀의 동일한 신호 강도는 양쪽 귀의 혈액 외림프 장벽의 Gd-DOTA에 대한 수송 특성이 LPN의 고막을 통한 주입 후에 변하지 않았음을 시사합니다(그림 2g, h)(표 1).

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리포솜 나노캐리어(LPN) 투여 후 쥐 내이의 가돌리늄 강화 MRI. 모든 동물에서 나노물질은 왼쪽 중이강의 내벽에 주입되었습니다. 양성 대조군은 5시간 전에 은 나노입자(AgNP)를 고막에 주입한 후 2시간에 Gd-DOTA를 정맥 주사한 후 쥐의 영상을 촬영했습니다(a , b ). 중이와 내이에서 LPN의 동적 분포는 c에 표시되었습니다. , d , e , f Gd-DOTA의 정맥내 투여 없이 Gd-DOTA-함유 LPN의 고막을 통한 주입. 생물학적 장벽에 대한 빈 LPN의 영향은 미리 5시간 전에 LPN을 고막에 주사한 쥐에게 Gd-DOTA(i.v. Gd-DOTA)를 정맥 주사한 후 2시간째에 MRI에 의해 보여졌습니다(g , h ). 저는 후반고리관의 팽대부, Coch 달팽이관, EES 외이 피부, L 왼쪽 귀, LPN-Mu 중이 점막의 LPN, LPN-OC ossicular chain의 LPN(OC ), 미뮤 , 중이 점막, R 오른쪽 귀, SM 스칼라 미디어 , ST 스칼라 팀파니, SV 전정계통, 조끼 현관, 1H 달팽이관의 기저 고회전, 1L 달팽이관의 기저 하부 회전, 2H 달팽이관의 두 번째 높은 회전, 2L 달팽이관의 두 번째 아래쪽 회전. 축척 막대 =5mm

LPN + Gd-DOTA와 LPN 모두 2, 4, 8, 16, 32kHz의 주파수에서 클릭 및 톤 버스트의 자극을 사용하여 측정된 ABR 역치 이동으로 표시되는 심각한 청력 손실을 일으키지 않았습니다. 투여 후 7일, 탈이온수(dH2)의 고막내 주사를 받은 귀와 비교 O) (그림 3).

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청각 뇌간 반응에 의해 측정된 쥐의 청각 기능에 대한 리포솜 나노운반체의 고막 관통 주입의 영향. 청력 손실은 역치 이동으로 표현되었습니다. 그룹 간에 유의미한 차이가 없었습니다(p> 0.05, 일원 분산 분석). n =각 그룹에서 6. H2O 음성 대조군, LPN에서 탈이온수의 고막을 통한 주입 빈 리포솜 나노운반체, LPN + Gd-DOTA Gd-DOTA 포함 LPN, 2d , 4d , 및 7d 주사 후 2, 4, 7일

LPN은 쥐의 달팽이관에서 글리코사미노글리칸 축적을 유도하지 않았습니다.

헤마톡실린 및 에오신 염색은 LPN이 통과하는 등골 및 타원형 창을 포함하여 분석된 모든 동물의 달팽이관에서 백혈구 및 섬유소의 염증성 침윤을 나타내지 않았습니다(그림 4). 과요오드산 쉬프 염색은 dH2 O. 기저 회전에서 정점으로 신호 강도의 기울기 증가가 있었고 그 차이는 혈관선에서 유의했습니다(그림 5 및 6). 달팽이관의 신호 기울기는 LPN과 LPN + Gd-DOTA를 고막을 통해 주입한 동물에서 변하지 않았습니다(그림 5 및 6).

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리포솜 나노운반체에 노출된 쥐 달팽이관의 헤마톡실린-에오신 염색. LPN 투여를 받은 달팽이관에는 염증성 침윤이 없었습니다(a ), LPN+Gd(b ) 및 H2O(c ). 동그라미 영역 강도 측정을 위한 관심 영역 선택 표시(a ). LPN 빈 리포솜 나노운반체, LPN + Gd Gd-DOTA 함유 LPN. 구형낭, SFP 등골 발판, SVJ 등전정관절, SM 스칼라 미디어, ST 스칼라 팀파니, SV 전정계계, Ut 난소. 축척 막대 =1 mm

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리포솜 나노운반체에 노출된 쥐 달팽이관의 글리코사미노글리칸 분비는 과요오드산 Schiff의 염색광 현미경을 사용하여 감지되었습니다. 나선 윤부(SLim ) 및 골벽(BW )의 달팽이관은 음성 대조군(H2O) 그룹에서 가장 집중적인 염색을 보였습니다. ) (a ), 빈 리포솜 나노운반체(LPN)(df ) 및 Gd-DOTA 포함 LPN(LPN + Gd ) (g ). 눈에 띄게 더 높은 농도의 염색 영역은 c에서 *로 표시되었습니다. , f , 및 h 왼쪽 열에 비해. RM Reissner의 막, SGC 나선 신경절 세포, SLig 나선형 인대, StrV 혈관염, 1위 기본 턴, 두 번째 두 번째 차례. 축척 막대 =50μm

<그림>

과요오드산 Schiff 염색을 사용하여 검출된 리포솜 나노운반체에 노출된 쥐의 달팽이관에서 글리코사미노글리칸 분비의 정량화. n =각 그룹에서 3. AU 임의의 단위, H2O 음성 대조군, LPN 빈 리포솜 나노운반체, LPN + Gd Gd-DOTA 포함 LPN, SLig 나선형 인대, 슬림 나선 윤부, StrV 혈관염, 1위 기본 턴, 두 번째 두 번째 차례. *p <0.05, **p <0.01(사후 분석으로 사용되는 LSD 테스트를 사용한 일원 분산 분석)

LPN이 쥐의 달팽이관에서 히알루론산 분비에 약간의 영향을 미쳤습니다.

dH2O의 고실을 통한 주사를 받은 쥐의 달팽이관에서 히알루론산에 대한 양성 염색은 다른 세포 중에서 나선형 신경절 세포, 선조 기저 세포, 외고랑 세포 및 모세관 내피 세포에서 주로 검출되었습니다(그림 7). 기저부와 2차 회전부의 나선인대 섬유세포의 신호강도는 정점보다 유의하게 높았다. 이러한 차이는 LPN과 LPN + Gd-DOTA의 적용과 함께 쥐의 달팽이관에서 중요하지 않게 되었으며, 이는 나선인대 섬유세포에 의한 히알루론산의 분비가 LPN 투여에 의해 영향을 받았음을 나타냅니다(그림 8). LPN + Gd-DOTA는 또한 기저 회전의 나선 인대 섬유세포의 염색을 감소시켰습니다. 그러나 LPN과 LPN + Gd-DOTA의 고막을 통한 주입에 의한 대부분의 달팽이관 세포에서 히알루론산의 분비에는 영향이 없었습니다(그림 7 및 8).

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리포솜 나노운반체에 노출된 쥐의 달팽이관에서 히알루론산 분비가 면역형광 공초점 현미경으로 검출되었습니다. 선조 기저 세포(SBC ), 외고랑 세포(OSC) ), 나선 신경절 세포(SGC ) 및 모세관 내피 세포(CEC )의 그룹의 음성 대조군(H2O) ) (a , j ), 빈 리포솜 나노운반체(LPN ) (df , k ) 및 Gd-DOTA 포함 LPN(LPN + Gd ) (g , ). 항체 생략 음성 대조군(AbNC ) ( ). CEC 모세혈관 내피세포, ISC 내부 고랑 세포, SBC 선조 기저 세포, SL-I 나선형 인대 섬유세포 유형 I, SLSF 나선 윤부 위성 섬유세포, SMC 혈관선 변연 세포. 축척 막대 =16μm

<사진>

면역형광 공초점 현미경을 사용하여 검출된 리포솜 나노운반체에 노출된 쥐의 달팽이관에서 히알루론산 분비의 정량화. n =각 그룹에서 3. AU 임의의 단위, H2O 음성 대조군, LPN 빈 리포솜 나노운반체, LPN + Gd Gd-DOTA 포함 LPN, SBC 선조 기저 세포, SGC 나선 신경절 세포, SLig , 나선형 인대, 슬림 나선 윤부, 첫 번째 기본 턴, 두 번째 두 번째 차례. **p <0.01(첨단부와 비교), ##p <0.01(기저 회전의 LPN 및 H2O 그룹과 비교)(사후 분석으로 사용되는 LSD 테스트를 사용한 일원 분산 분석)

LPN은 쥐 달팽이관의 CD44 세포 개체군을 변경하지 않았습니다.

dH2에 노출된 달팽이관에서 O, 선조 중간 세포, 선조 기저 세포, 나선 인대 섬유 세포, 나선 신경절 세포, 코르티 기관의 Deiters 세포, 모듈러스 및 나선 인대의 모세관 내피 세포는 CD44에 대한 집중 염색을 보였다. 달팽이관 회전 사이의 신호 강도에는 미미한 차이가 있었습니다. CD44 양성 집단과 발현 강도는 LPN + Gd-DOTA 또는 LPN의 고막을 통한 주입에 의해 영향을 받지 않았습니다(그림 9 및 10).

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리포솜 나노운반체에 노출된 쥐 달팽이관의 CD44 양성 세포 분포는 면역형광 공초점 현미경을 사용하여 입증되었습니다. CD44 양성 세포는 주로 선조 기저 세포(SBC ), 나선형 인대(SL ), 디터의 세포(DC ), 나선 신경절 세포(SGC ) 및 모세관 내피 세포(CEC ) 음성 대조군(H2O) ) (a ), 빈 리포솜 나노운반체(LPN ) (fj ) 및 Gd-DOTA 포함 LPN(LPN + Gd ) (kn ). 항체 생략 음성 대조군(AbNC ) ( ). IHC 내부 유모 세포, M-CEC modiolus의 모세관 내피 세포, SL-CEC 나선 인대의 모세관 내피 세포:나선 신경절 세포, SL-III 나선형 인대 섬유세포 유형 III, SL-IV 나선형 인대 섬유세포 유형 IV, TM 막, OHC 외부 유모 세포. 축척 막대 =16μm

<그림>

면역형광 공초점 현미경을 사용하여 검출된 리포솜 나노운반체에 노출된 쥐의 달팽이관에서 CD44 단백질 수준의 정량화. 그룹 간에 유의미한 차이가 없었습니다(p> 0.05, 일원 분산 분석). n =각 그룹에서 3. n =각 그룹에서 3. AU 임의의 단위, H2O 음성 대조군, LPN 빈 리포솜 나노운반체, LPN + Gd Gd-DOTA 포함 LPN, SBC 선조 기저 세포, SGC 나선 신경절 세포, SLig 나선형 인대, 첫 번째 기본 턴, 두 번째 두 번째 차례

LPN은 쥐의 달팽이관에서 TLR2 발현을 변경하지 않았습니다.

dH2O에 노출된 달팽이관에서, 선조 기저 세포, 나선 인대 섬유세포, 뿌리 세포, 나선 신경절 세포, 코르티 기관의 기둥 세포 및 모듈러스의 모세관 내피 세포에서 TLR2에 대한 집중 염색을 보였다. 달팽이관 회전 사이의 신호 강도에는 미미한 차이가 있었습니다. TLR2 양성 집단과 발현 강도는 LPN + Gd-DOTA 또는 LPN의 고막내 주사에 의해 영향을 받지 않았습니다(그림 11 및 12).

<그림>

리포솜 나노운반체에 노출된 쥐 달팽이관의 TLR2 양성 세포 분포는 면역형광 공초점 현미경을 사용하여 입증되었습니다. TLR2 양성 세포는 주로 선조 기저 세포(SBC ), 나선형 인대(SL ), 루트 셀(RC ), 기둥 셀(PC ), 나선 신경절 세포(SGC ) 및 모세관 내피 세포(CEC ) 음성 대조군(H2O) ) (a ), 빈 리포솜 나노운반체(LPN ) (kn ) 및 Gd-DOTA 포함 LPN(LPN + Gd ) (fj ). 항체가 생략된 음성 대조군(AbNC ) ( ). IHC 내부 유모 세포, SL-III 나선형 인대 섬유세포 유형 III, OHC 외부 유모 세포. 축척 막대 =16μm

<사진>

면역형광 공초점 현미경을 사용하여 검출된 리포솜 나노운반체에 노출된 쥐의 달팽이관에서 TLR2 단백질 수준의 정량화. 그룹 간에 유의미한 차이가 없었습니다(p> 0.05, 일원 분산 분석). n =각 그룹에서 3. AU 임의의 단위, H2O 음성 대조군, LPN 빈 리포솜 나노운반체, LPN + Gd Gd-DOTA 포함 LPN, SBC 선조 기저 세포, SGC 나선 신경절 세포, SLig 나선형 인대, 첫 번째 기본 턴, 두 번째 두 번째 차례

LPN은 쥐의 달팽이관에서 세포 사멸을 일으키지 않았습니다.

처리되지 않은 쥐의 달팽이관에 무작위로 분포하는 희박한 세포사멸 세포가 있었습니다. 놀랍게도, 등골의 발판과 타원형 창 틈새에 풍부한 세포 사멸 세포가있었습니다. LPN과 LPN + Gd-DOTA의 투여에 의한 세포사멸 세포의 양과 분포 패턴에는 영향이 없었다(그림 13).

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리포솜 나노운반체에 노출된 쥐 달팽이관의 세포자멸사는 TUNEL 염색 공초점 현미경을 사용하여 입증되었습니다. 아폽토시스 세포는 음성 대조군(H2O ) (a ), 빈 리포솜 나노운반체(LPN ) (f ) 및 Gd-DOTA 포함 LPN(LPN + Gd ) (j ). 등골(FP ) 및 타원형 창 틈새(OWN) ) 두 그룹(d , e ). 양성 대조군(PC)에서 나선 인대 섬유세포(SL ), 선조 기저 세포(SBC ) 및 연조 세포(SMC ). PP 나선 신경절 세포의 말초 과정(SGC ), OC 골세포, OSC 외고랑 세포, SL-IV 나선형 인대 섬유세포의 유형 IV, SLim 나선 윤부, StrV 혈관염. 축척 막대 =32μm, m =16μm

토론

LPN은 LPN 내부에 캡슐화된 약물 모방체로 Gd-DOTA를 사용하여 MRI로 시연된 고막 주입 후 효율적으로 내이에 들어갔습니다(그림 2c-f). 이전 연구에서 원형창이 내이로 들어가는 LPN의 주요 경로임을 보여주었지만[6], 현재 관찰은 타원형창 경로가 중이에서 내이로 LPN을 수송하는 데 원형창보다 더 효율적임을 보여주었습니다. 귀. 이 결과는 두 경로가 표적 중이 내벽 투여 후 LPN의 내이 부하에 중요함을 시사했습니다. 생물학적 장벽을 평가하기 위해 가돌리늄 강화 내이 MRI의 가장 효율적인 생체 내 방법을 사용하고 청력 기능을 평가하기 위해 주파수별 ABR을 평가한 본 연구는 LPN과 LPN + Gd-DOTA의 고막을 통한 주입이 청력의 기능을 방해하지 않는다는 것을 보여주었습니다. 내이 장벽은 쥐에게 청력 손상을 일으키지 않았습니다. 이전에 입증된 중요한 염증성 생물학적 마커[11, 22]를 분석함으로써, LPN과 LPN + Gd-DOTA는 달팽이관에서 염증 반응을 유도하지 않았습니다. 원형창막은 평가되지 않았지만, 본 연구에서 타원형창 경로가 LPN에 대한 원형창 접근 방식보다 우수하다는 것이 입증되었기 때문에 등골과 타원형창에 염증이 없으면 원형창막에서 명백한 염증 반응을 배제했습니다.

가돌리늄 킬레이트의 정맥 주사 후 내이 MRI는 미토콘드리아 독소에 의해 유도된 혈액 외림프 및 혈액 내림프 장벽의 산화 스트레스 매개 파괴를 감지할 수 있습니다[23]. AgNPs는 활성산소종(ROS)의 생성과 Jun amino-terminal kinases(JNK)의 활성화를 통해 세포 손상을 유발하여 시토크롬 C가 세포질로 방출되고 Bax가 미토콘드리아로 전위되는 것으로 보고되었습니다. ]. 고막을 통한 주입에서 AgNPs는 내이로 들어가 쥐 내이의 생물학적 장벽에서 투과성 변화를 유도했습니다[11, 25]. LPN은 또한 크기 의존적 패턴으로 고막을 통한 주입 후 쥐의 내이에 들어갔고, 95nm 직경의 LPN은 중이 장벽을 통과하는 데 가장 높은 효능을 보였습니다[3]. 본 연구에서 LPN의 평균 크기는 100~115nm로 가장 효율적인 크기보다 약간 더 큽니다. LPN + Gd-DOTA는 이 크기의 LPN이 내이로 들어가는 것을 보여주었으며, 이는 이전 보고서[3]에 따른 것입니다. 그러나, 내이로의 LPN의 진입은 혈액-외림프 및 혈액-내림프 장벽의 투과성 변화를 일으키지 않았습니다. 이 결과는 LPN이 내이에 안전함을 시사했습니다. 정상적인 청력 기능을 나타내는 ABR 결과는 MRI 결과를 뒷받침합니다.

There was an association between hyaluronic acid secretion and permeability change and microcirculation inflammation in renal ischemic reperfusion injury [12]. The previous study also showed that AgNPs caused the accumulation of hyaluronic acid in the rat cochlea [11]. CD44 and toll-like receptor 2/4 (TLR2/4) work as receptors of hyaluronic acid and trigger biological reactions [13, 14]. CD44 also mediates the metabolism of hyaluronic acid through cellular uptake and degradation in addition to recruiting T cells to inflammatory sites and regulating T cell-mediated endothelial injury [18]. In the present study, hyaluronic acid, CD44, and TLR2 were detected in the rat cochlea. LPN + Gd-DOTA reduced the secretion of hyaluronic acid in the spiral ligament fibrocytes. The expressions of CD44 and TLR2 were not changed after the transtympanic injection of either LPNs or LPN + Gd-DOTA. The total glycosaminoglycan, which contains hyaluronic acid in the cochlea was not affected by the administrations of LPNs and LPN + Gd-DOTA. The impact of LPNs on the hyaluronic acid distribution in rat cochlea did not cause either permeability change or hearing loss, indicating that the modification is unharmful. It was reported that macrophages undergo phenotypic changes dependent on molecular weight of hyaluronan that correspond to either pro-inflammatory response for low molecular weight hyaluronic acid or anti-inflammatory response for high molecular weight hyaluronic acid [26]. The observed minor changes of hyaluronic acid distribution in the cochlea might have high molecular weight and anti-inflammatory function. Therefore, there was no hint of an inflammatory reaction in the rat cochlea.

The observed apoptosis in the stapes footplate cells might be normal biological activity. A balance between survival and apoptosis in the stapes footplate cells was reportedly as necessary to inactivate the otosclerosis [27]. Administration of LPN + Gd-DOTA did not affect apoptosis in the rat stapes.

Conclusions

The present study demonstrated that the transtympanic injection of liposome nanocarriers neither impaired the biological barriers of the inner ear nor caused hearing loss in the rats. The critical inflammatory mechanism was not activated by the administration of liposome nanocarriers, either. The results suggested that transtympanic injection of liposome nanocarrier is safe for the cochlea of rat.

Methods

Materials

Sphingosine (Sph), 1-stearoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (SOPC), and 1, 2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine-N-[methoxy(polyethyleneglycol)-2000] (ammonium salt) [DSPE-PEG-2000] were purchased from Avanti polar lipids (Alabaster, USA). DiI (Vybrant DiI cell-labeling solution, 1 mM in solvent) and N-(6-tetramethylrhodaminethiocarbamoyl)-1,2-dihexadecanoyl-sn-glycero-3-hosphoethanolamine, triethylammonium salt (TRITC-DHPE) were purchased from Thermo Fisher Scientific (Waltham, USA). Gd-DOTA (DOTAREM) was from Guerbet, Cedex, France. Hepes and EDTA were from Sigma. The purity of the lipids was evaluated using thin-layer chromatography on silicic acid-coated plates (Merck, Darmstadt, Germany) developed with a chloroform/methanol/water mixture (65:25:4, v/v/v). An examination of the plates after iodine staining and, when appropriate, upon UV illumination revealed no impurities. The lipid concentrations were determined gravimetrically with SuperG (Kibron, Espoo, Finland); a high-precision microbalance. The polyvinylpyrrolidone-stabilized AgNPs were supplied by Colorobbia (Firenze, Italy). The AgNPs were dispersed in deionized water (370.7 mM), and scanning electron microscopy showed that the AgNPs are spheroids with a particle size of around 100 nm. Dynamic light scattering (DLS) showed a mean hydrodynamic size of 117 ± 24 nm and a mean zeta potential of −20 ± 9 mV.

In the visualization of nanocarrier uptake in the inner ear and the evaluation of biological barrier function, 5 male Sprague Dawley rats, weighing between 334 and 348 g, were provided by the Biomedicum Helsinki, Laboratory Animal Centre, University of Helsinki, Finland (this is the defined animal center that provides animals for MRI experiments in Biomedicum); in the ABR and histological studies, 18 Sprague Dawley rats, weighing between 300 and 400 g, were provided by the Experimental Animal Unit of the University of Tampere School of Medicine in Finland. Animal assignments in each study were shown in Table 2. All animal experiments were approved by the Ethical Committee of University of Tampere (permission number:ESAVI/3033/04.10.03/2011). Animal care and experimental procedures were conducted in accordance with European legislation. Animals in the Gd-MRI study were anesthetized with isoflurane with 5% isoflurane–oxygen mixture (flow-rate 1.0 L/min) for induction and 3% for maintenance via a facemask. Animals for the ABR and histological studies were anesthetized with a mixture of 0.5 mg/kg medetomidine hydrochloride (Domitor ® , Orion, Espoo, Finland) and 75 mg/kg ketamine hydrochloride (Ketalar ® , Pfizer, Helsinki, Finland) via intraperitoneal injection followed by an intramuscular injection of enrofloxacin (Baytril ® vet, Orion, Turku, Finland) at a dose of 10 mg/kg to prevent potential infection. The animal’s eyes were protected by Viscotears® (Novartis Healthcare A/S, Copenhagen, Denmark).

Preparation and Characterization of LPNs with and without Gd

Preparation of Gd-containing LPNs

LPNs of unilamellar vesicles with an apparent hydrodynamic particle diameter (Z av ) of 110 ± 15 nm that contain Gd-DOTA were prepared according to the previously published method [6]. A concentration of 1 mM Gd-DOTA-containing LPN (LPN + Gd-DOTA) refers to 1 mM liposomes encapsulating 500 mmol/L of Gd-DOTA.

Preparation of Blank LPNs

Blank LPNs of unilamellar vesicles with Z av of 115 ± 10 nm were prepared according to a previous publication [6].

Administration of LPNs

Under general anesthesia with isoflurane with 5% isoflurane–oxygen mixture (flow-rate 1.0 L/min), 50 μl of either LPNs or LPN + Gd-DOTA were injected into the left middle ear cavity through the tympanic membrane penetration under an operating microscope (OPMI1-F, Carl Zeiss, Jena, Germany). The same amount of deionized water (H2 O) was injected transtympanically in rats that were assigned to the negative group. After the injection, the animals were kept in the lateral position with the injected ear oriented upward for 15 min before further measurements.

Evaluation on Biological Barrier Function Using Gd-MRI

One animal receiving transtympanic injection of LPN + Gd-DOTA was selected to demonstrate distributions of LPN in the inner ear using MRI without contrast agent. Two animals receiving transtympanic injection of blank LPNs were engaged in MRI study for evaluation of the biological barrier function. Two animals receiving transtympanic injection of AgNPs (370.7 mM, 40 μl) were used as positive control. The contralateral ear without any injection was used as negative control in all studies. A 4.7T MR scanner with a bore diameter of 155 mm (PharmaScan, Bruker BioSpin, Ettlingen, Germany) was utilized. The maximum gradient strength was 300 mT/m with an 80-μs rise time. A gadolinium-tetraazacyclododecane-tetraacetic acid (Gd-DOTA, 500 mM, DOTAREM, Guerbet, Cedex, France) solution was injected into the tail vein (0.725 mM/kg) 2 h before the MRI measurements. The imaging protocol and rapid acquisition with relaxation enhancement (RARE) sequences were applied according to a previous publication [10]. MRI scanning commenced at several time points after the transtympanic injection. The first MRI time of around 5 h was determined by taking the penetration time of liposome nanoparticles from the middle ear to the inner ear as a reference [1, 3, 6]. The final imaging time of 8 d was selected according to the course of potential acute inflammation and the availability of the scanner. ParaVision PV 4.0 (Bruker, MA, USA) software was used for the post-processing and quantification of MR images.

ABR Measurement

The auditory function of animals receiving injections of both blank and Gd-containing LPNs were evaluated using ABR measurements using BioSig32 (Tucker Davis Technologies, FL, USA) in a custom made, soundproof chamber. The ABR thresholds upon click and tone burst stimuli were recorded before and at a certain time point post-administration of LPNs. The first ABR measurement was followed on 2 days post-administration of AgNPs, allowing the animals to recover from the general anesthesia during the injection and to ensure the injected solution to be entirely cleared from the middle ear cavity. The second follow-up time of 4 days post-injection was chosen because it is close to the peak time of potential mitochondrial impairment-induced cell death in the cochlea [22]. The third follow-up time of 7 days is the time point when temporary threshold shifts remained significantly approved in an animal model of mitochondrial toxin-induced hearing loss [28]. The ABR recording procedure followed the previous report [11].

Glycosaminoglycan Staining in Rat Cochlea After Administration of LPNs

Hematoxylin-eosin staining to assess potential inflammatory infiltration and periodic acid Schiff’s staining to evaluate potential glycosaminoglycan accumulation in the cochlea after administration of LPNs were performed according to a previous publication after ABR measurements over 7 days [11] The slices were observed and digital images were acquired under a light microscope (Leica DM2000 microscope equipped with an Olympus DP25 camera) for further analysis.

Immunofluorescence Staining for Hyaluronic Acid and Receptors

Immunofluorescence staining for hyaluronic acid, CD44, and TLR2 were performed according to a previous publication after ABR measurements over 7 days [11, 21].

Cell Death Detection

Potential nuclear DNA fragmentation in the cochlea was investigated using terminal transferase (TdT) to label the free 3′OH breaks in the DNA strands of apoptotic cells with TMR-dUTP (TUNEL staining) following the reported procedure [11]. Slices exposed to recombinant DNase I (Fermentas, Vantaa, Finland, 100 U/ml in 50 mM Tris/HCl, pH 7.5, 1 mg/ml bovine serum albumin) at 37 °C for 10 min, which induced DNA strand breaks prior to the labeling procedures, were utilized as positive controls. The samples were observed under a confocal microscope.

Confocal Microscopy

The samples were observed under a Nikon inverted microscope (ECLIPSE Ti) combined with an Andor confocal system installed with Andor iQ 2.8 software (Andor Technology, Belfast, UK). The excitation lasers were 488 nm (green excitation) and 568 nm (red excitation) from an Andor laser combiner system, and the corresponding emission filters were 525/50 (Alexa Fluor-488) and 607/45 nm (Cy TM 3 and TMR Red). DAPI was excited with light at 405 nm generated from a light-emitting diode and was detected using a 450–465 nm filter.

Analysis and Statistics

ImageJ (1.45S, National Institutes of Health, Bethesda, USA) software was used for signal intensity measurements. For light microscopy of periodic acid Schiff’s staining, the region of interests (ROIs) including spiral ligament, spiral limbus, and stria vascularis were selected using freehand selections button. The “measure” function was used to obtain the mean gray scale value of the ROI, which was inversely correlated with the staining intensity. For confocal microscopy of immunofluorescence staining, the ROIs including stria basal cells, spiral ganglion cells, spiral ligament, and spiral limbus were extracted using photoshop CS6 (version 13.0, Adobe Systems Software Ireland Ltd, Dublin, Ireland) program and were imported into ImageJ program. The images were split into individual channel, and the green (corresponded to CD44 and TLR2) and red (corresponded to hyaluronic acid) channels were selected for further quantifications. The “Threshold” was adjusted using the “set” button in the “Image” menu, and “Limit to Threshold” option should be selected and “Direct to” should be defined to the corresponding channel in the “Analyze” menu. Then the gray scale value, which was inversely correlated with the staining intensity, was obtained using the “Measure” function in the same menu.

Statistical analyses were performed using the IBM ® SPSS ® Statistics Version 20 software package (SPSS Inc., Chicago, USA). A one-way ANOVA and Kruskal-Wallis test were used to compare ABR threshold shifts and signal intensities (grayscale) of staining for glycosaminoglycan and hyaluronic acid secretions, and TLR2 and CD44 staining between the LPN injected-ear and saline injected-ear groups in the different cochlear structures among various turns. Least significant difference (LSD) test was used as post hoc analysis. Higher numbers in the grayscale analysis correlate with lower signal intensities of the staining.  < 0.05 was accepted as statistically significant.

약어

ABR:

Auditory brainstem response

AgNPs:

Silver nanoparticles

dH2 O:

Deionized water

GAB1:

Growth factor receptor-bound protein 2-associated-binding protein 1

Gd-DOTA:

Gadolinium-tetra-azacyclo-dodecane-tetra-acetic acid (DOTAREM)

Gd-MRI:

Gadolinium-enhanced magnetic resonance imaging

JNK:

Jun amino-terminal kinases

LPN + Gd-DOTA:

Gd-DOTA-containing LPNs

LPNs:

Liposome nanocarriers

ROI:

Region of interests

ROS:

Reactive oxygen species

TLR:

Toll-like receptor


나노물질

  1. 구리 원자의 심장에 맞춰
  2. 단일 원자핵의 자기 검출
  3. 원자 규모로 촬영한 해양 탄소
  4. 성장 후, 다국적 기업에 이상치 교정 시스템 도입
  5. 15초 후에 뇌는 정보를 완전히 잊어버립니다
  6. Google은 어둠 속에서 2년 만에 Glass를 찾았습니다
  7. 전자 증배기용 방출층 설계
  8. Amazon-Whole Foods:거래 후 2년
  9. 프로토타입 이후:설계 프로세스의 다음 단계
  10. 펌프 수명:재건 후