Method Article
このプロトコルは、ひと造血幹細胞の放射線-調節された新生児 NSG マウス注入肝を介してヒト化マウス (胡 NSG) を確立するためのメソッドを提供します。胡 NSG マウス HIV 感染および組合せの抗レトロ ウイルス療法 (カート) に敏感であるし、HIV のレプリケーションおよび待ち時間の調査のための適切な病態生理学的モデルとして提供しています。
倫理規程、人体病理学、免疫学および治療開発の研究のための技術的な課題は、需要が高い小動物モデルを配置しています。遺伝学的および行動に似ている人間、マウスなどの小動物が適しているヒト疾患モデル、人間のような症状や反応を要約することができます。さらに、マウスの遺伝的背景は多様化するニーズに合わせて変更できます。NOD/SCID/IL2rγnull (NSG) マウスの最も広く使われている免疫不全マウス系統の 1 つです。ひと造血幹細胞や生体機能の人間の免疫システムの後続の開発と生着をことができます。これは予後と HIV/エイズなどヒト特有の疾患の病態の理解と治療のための検索を支援の重要なマイルス トーンです。症例は放射線エアコン新生児 NSG マウスに造血幹細胞移植によるヒトの NSG マウス モデル (胡 NSG) を生成するための詳細なプロトコルです。胡 NSG マウス モデルは、移植されたひと幹細胞の hiv-1 ウイルス感染に対する感受性多系統の開発を示しています。また、組合せの抗レトロ ウイルス療法 (カート) に応答キーの生物学的特性を繰り返します。
人間の病気のための適切な動物モデルを確立する治療法を見つけるための鍵は、適切な動物モデル長い追求して時間をかけて改善します。人間の細胞や組織の生着とヒト化機能1,2の以降の実行を可能にする免疫不全モデルマウスの複数系統が開発されています。このようなヒト化マウス モデルはヒト特有の疾患3,4、5の調査のために重要です。
ひと免疫不全ウイルス (HIV) 感染症から生じる後天性免疫不全症候群 (エイズ) は、一例です。ヒト化マウスモデルの確立の前に倫理的、技術的な制限はヒト以外の霊長類3HIV/エイズ前臨床動物実験を限られています。しかし、高い費用とその動物について専門的ケアのための要件は、典型的な学術の設定で HIV/エイズ研究を妨げます。HIV は主に人間 cd 4 + T 細胞に感染して、開発と B 細胞、マクロファージ、樹状細胞6など他の人間の免疫細胞の免疫応答に影響を与えるしたがって、ひと免疫系機能を移植した小さな動物モデルは需要が高いです。
画期的なときPrkdcscid変異を有する CB17-scidマウスを開発され、人間の免疫システム1の成功の生着を示した、1988 年に来た。ひと末梢の生着が可能となる血単核球 (PBMCs)、造血幹細胞 (造血) の不良 T および B 細胞の機能にPrkdcscid突然変異の結果、マウスの蒸散の適応免疫系と胎児の造血組織7,8。それにもかかわらず、生着の低レベルは、このモデルで観察される頻繁原因が考えられます 1) 残留の生得免疫活性をモジュレート ナチュラル キラー (NK)-細胞とマウス T および B 細胞の (水漏れしたため)5の 2)、後期開発。非肥満の糖尿病 (NOD) の後続の開発-scidマウス モデルは NK 細胞活動の劇的なダウンを安定化を実現したがってより高いレベルと人間の免疫システムのコンポーネント9持続可能な生着以上をサポートすることです。さらを抑制したり、ベアリングの切り捨てや、インターロイキン 2 受容体 γ 鎖 (Il2rg) の総ノックアウト (NOD) マウス モデル自然免疫の開発を妨げる -scidのバック グラウンドが確立されました。Il2rg、として知られている一般的なサイトカイン受容体 γ 鎖は様々 なサイトカイン受容体10、11,12,13の不可欠なコンポーネントです。うなずくなどの系統。Cg -PrkdcscidIl2rgtm1Wji (NSG) と NODShi.Cg -PrkdcscidIl2rgtm1Sug (NOG) マウス サイトカイン シグナルの堅牢な中断と NK 細胞の発達のアブレーションを完了適応免疫14,15,16の重度の機能障害を追加。
突然変異と Il2rg ノックアウトscidをベアリング 3 つのヒト化マウス モデルが頻繁に HIV/エイズの研究に採用: BLT (骨髄、肝臓、胸腺) モデル、PBL (末梢血白血球) モデル、および SRC (SCID 再セル) モデル3. 外科的移植ひと胎児肝と胎児肝臓造血3,17,18の静脈内注射に伴うマウスの腎被膜下胸腺を経由、BLT のモデルが作成されます。BLT マウス モデルを提供しています高い生着効果、すべての系統のひと造血細胞の開発と強い人間免疫システムの確立さらに、T 細胞はひと自家胸腺で教育されて、HLA 拘束による免疫応答4,5,17,19を展示します。ただし、外科的処置のための要件は、BLT モデルの主な欠点を残ります。PBL マウス モデルは、ひと末梢リンパ球細胞と静脈注射によって確立されます。そのアプリケーションが不十分な B 細胞と骨髄細胞、生着低レベルの全体的なと厳しい移植-対宿主病 (GVHD)3 の発症のため限定 PBL モデルを提供しています、正常の T 細胞生着が得られます ,20。SRC マウス モデルは、新生児や若い大人の SCID マウスに人間の HSCs の注入によって確立されます。それは (末梢血 CD45 割合として評価) 25% 以上平均生着効率を展示し、注入 HSCs の複数系統の開発と生来の人間の免疫システムの精緻化をサポートします。ただし、SRC モデルの制限は、人間 HLA 拘束14,21の代わりに H2 制限 T 細胞応答はマウスのことです。
SRC マウス モデルは、臨床の HIV/エイズ小動物研究、人間の免疫システムの開発に成功し造血一貫性のある移植に代表される安易な信頼性の高いモデルと見なされます。我々 は以前 NSG (胡 NSG) 胡-SRC-SCID マウス モデルの確立を報告し、HIV の複製および遅延研究22,23,24での応用を説明しました。この胡 NSG マウス モデルは、骨髄ホーミング、HIV 感染に感受性の高いレベルと HIV 感染と病原性の反復を発揮します。さらに、胡 NSG マウス モデルの組合せ抗レトロ ウイルス療法 (カート) に適切に応答して、HIV 待ち時間貯水池25,26 の確立を確認するカート撤退時にプラズマ ウイルス リバウンドを繰り返す ,27。この HIV 待ち時間貯水池さらに休んで cd 4 + T 細胞の感染とカート処理胡 NSG マウスから分離した人間によるレプリケーション有能な HIV ウイルスex vivoの生産によって実証されます。
ここで、HIV 感染症とカートの治療遅延開発に関連する手順を含む新生児の NSG マウスから胡 NSG マウスモデルの確立のための詳しいプロトコルについて述べる。HIV HIV ウイルス、遅延、および治療に関する動物実験でのアプローチの新しいセットを提供するこのプロトコルを見込んでいます。
すべての動物の世話と手順は、プロトコル レビューおよび承認によって、都市の希望施設動物ケアおよび使用委員会 (IACUC) が保有する (博士ジョン ・ ロッシ、IACUC #12034) 本研究の主任研究員によると行われています。ひと胎児肝組織は非営利組織、連邦および州の規則に従って高度な生命科学リソース (アラメダ、カリフォルニア州) から得られました。ベンダー独自制度審査委員会 (IRB) があり被験者保護の要件に準拠しています。人間の PBMCs は年齢、人種、性別、または民族性に関する身分証なしで都市の希望血液ドナー センター (カリフォルニア州ドゥアルテ)、匿名健康なドナーから破棄された末梢血標本から分離されます。IRB #/REF #: 97071/075546
1. 無菌診療
2. HIV ウイルス感染齧歯類およびウイルスを含む血液・組織サンプル
注意: HIV はクラス 3 のヒトの病原体;処理規則は正確に従う必要があります。
3. 造血幹細胞の分離
4. 肝内新生児 NSG マウスにおけるヒト CD34 陽性造血注射
注: 新生児 NSG マウス誕生から 2-3 日は、この手順に最も適した彼らが十分な免疫システムに障害がある完全に十分な若いうちの半致死線量照射に耐える強い。麻酔は HSC 注射用必要ありません。
5 レトロな軌道出血とフローサイトメトリー解析の検証によって生着
6. 胡 NSG マウスおよび qRT PCR を用いたプラズマ ウイルス量の HIV 感染の解析
7. カートと検証のウイルスの抑制 (オプション) の内服
注: この手順は急性感染期感染症関連病態やウイルス、HIV の予後に関する調査のオプションです。カート人間患者 HIV 待ち時間を要約する HIV 感染した胡 NSG のカート処理が使用されます。正常に HIV 感染した胡 NSG マウスは、4 週間のカートを与えられます。カートの養生法は、テノホビル テノホビルジソプロキシル フマル酸 (TDF; 300 mg/カプセル) (公正取引委員会; 200 mg/カプセル)、エムトリシタビンとラルテグラビル (RAL; 400 mg/カプセル) で構成されます。胡-NSG の HIV に感染したマウスを治療するためのカートの線量は、体の表面積 (表 1,式 1,表 2)32に応じて調整されます。
8. カート (オプション) 撤退時にウイルスのリバウンドの検証
注: この手順は、カート回収時にウイルスのリバウンド待機時間貯留層の直接証拠を提供するので遅延モデルを検証する際に重要です。また、HIV リバウンド抑制剤の治療上の調査のための制御実験として使用することをお勧めします。
フローサイトメトリー解析はよく分離 HSCs の純度を検証、生着レベル、ウイルス感染に対する免疫応答をプロファイルを評価およびカートの有効性を調査する実行されます。典型的な抗体パネルを含む 4 6 個々 の蛍光に分類された抗体;したがって、複数レーザーと豊富なフィルターを持つ流れの cytometer は正確な結果を達成するために不可欠です。
初期生着確認のためヒト CD45 + 細胞数 20% から 80% の範囲し、フロー ドット プロット (図 2) の離散集団として人間の白血球のサブセットが表示されます。CD4:CD8 比滞在 1.5 から 2.5 まで健康な人。重要な cd4 枯渇は通常ウイルス感染、CD4:CD8; のより低い比率を降伏時に観察されます。カート処理すると (図 3) の健康な比率の回復を観察します。
qRT PCR 40 RNA コピー/mL プラズマの発生の検出限界を与える適切な希釈が実験の前に必要です。感染症とカート療法のコース全体で qRT PCR を使用して検出されたプラズマ ウイルス負荷をプロットし、感染症やカート (図 4) の効率を評価するために使用できます。
図 1。肝内注入用セットアップを注射針。
カスタムメイドのハミルトン 80508 シリンジニードル/セットアップには、斜めの端と接続されている 50 μ L ガラス注射器で 30 ゲージ長 51 mm の針が含まれています。この手順で最大射出体積は 25 μ L.この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 2。流れ cytometry データは、成功生着と末梢血リンパ球と骨髄細胞の動きを表しています。
正常に準備された末梢血サンプル離散人口色分解が必要し、よく明らかな移植胡 NSG マウス T 細胞、B 細胞、単球の肯定的な人口は末梢血で提示が必要があります。比の計算には CD4:CD8 グラフをお勧めします。、)成功の生着を示した以上 25 %cd45 + ひと白血球末梢血;離散数b) B 細胞、 c)単球、 d)ヒト CD45 + 白血球の中の T 細胞e) cd 4 + ヘルパー T 細胞とf) cd 8 + 細胞毒素の T 細胞はよく分かれているとg)この感染していない胡 NSG の 1.5 から 2.5 間比が得られます。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 3。ウイルス感染、カート、カートのコース全体を通じて cd4 細胞数変更を撤回します。
感染が進むにつれて CD4:CD8 率が 1.5 - 2.5 に低下 > 1.0、CD4:CD8 比が処置と同様、HIV の予後の評価の臨床パラメーターとしてされて務めて効能。、)実験コースの中に CD4:CD8 比の変化を示す代表的なフロー データb)として識別できるカートの有効性を示す比較傾向グラフは、cd4 陽性 T 細胞の割合を復元します。フローサイトメトリーによる cd4 陽性 T 細胞数の検出。N: テスト マウス数 = 6;誤差範囲: ± SEM. を意味 * p < 0.05 * * p < 0.01 * * *p < 0.001、* * * p < 0.0001、ns: 有意異なる。双方向の分散分析を採用します。図権限22転載されています。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 4。血清中のウイルス RNA の変化はウイルス感染のコース番号をコピー、カートおよびカートを撤回
QRT PCR による HIV 感染した胡 NSG マウス血漿ウイルス血症の検出。日陰では、期間中にマウス (日 28 日 70 のように) からカートを受け取ったことを示します。PCR 法の検出 (破線で示される) の制限は (~ 110 160 RNA コピー/ml) 尾静脈血漿の 80 に 50 μ L で。スター (*) は、日 56 カート扱われる動物で検出されないウイルスの RNA を示します。血清ウイルス RNA コピー数が、末梢血液サンプルからウイルス感染のある程度に関する直接的な証拠としての機能を分析しました。CD4 フロー分析との契約のはずです。N: テスト マウス数 = 6;誤差範囲: ± SEM. を意味 * p < 0.05 * * p < 0.01 * * * p < 0.001、* * * p < 0.0001、ns: 有意異なる。双方向の分散分析を採用します。図権限22転載されています。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
方程式 1。ボディ表面積 (BSA) に基づいて量翻訳。
実験用小動物に対する投与する人間の線量に変換するための式。Kmの係数は、表 2に見つけることができます。
薬 | 毎日の投与量 (mg) |
フマル酸テノホビル テノホビルジソプロキシル | 300 |
エムトリシタビン | 200 |
ラルテグラビル | 800 |
表 1.カート療法で個々 の薬の毎日の線量
種 | 重量 (kg) | BSA (m2) | Km因子 |
人間 | |||
大人 | 60 | 1.6 | 37 |
子 | 20 | 0.8 | 25 |
マウス | 0.02 | 0.0007 | 3 |
表 2。重量、BSA、Km 線量変換係数グラフ
試薬 | ボリューム (μ l) * | 最終濃度 |
PBS で 0.01% BSA | 98 | |
10 mg/ml ヒト IgG します。 | 1 | 100 μ g/ml |
10 mg/ml のマウス IgG | 1 | 100 μ g/ml |
100 | ||
* レシピは、100 μ l カクテル ブロックでブロックされている 1 つのセルのサンプルです。音量を調節しますサンプル番号を持つ。 |
表 3。血液細胞の分離のためのカクテル ブロック
抗体 | 蛍光体 | 例: 最大 | Em。マックス |
CD45 | BB515 | 490 nm | 515 nm |
CD3 | PE Cy7 | 496 nm | 785 nm |
CD4 | パシフィック ブルー | 401 nm | 452 nm |
CD8 | BUV395 | 348 nm | 395 nm |
CD14 | APC Alexa 750 | 650 nm | 774 nm |
CD19 | PE | 496 nm | 578 nm |
表 4。マルチカラー フローの提案パネル
前方のプライマー | 5'-GCCTCAATAAAGCTTGCCTTG-3' | |||
逆プライマー | 5'-GGCGCCACTGCTAGAGATTTT-3' | |||
プローブ * | 5'-AAGTAGTGTGTGCCCGTCTGTTAGTGTTGACT-3' | |||
* 5'-FAM、3'-ブラック ホール Quenche 1 |
表 5。HIV 1 LTR プライマーおよびプローブ
免疫不全マウスと人間の細胞や組織にしみ込んで人間のような生理学的な特性を提示で、人間特有の病に関する病理、病態生理、免疫学の研究の非常に大きな値です。免疫不全マウス、NOD の複数系統。Cg -PrkdcscidIl2rgtm1Wji (NSG) モデルは蒸散マウス固有サイトカイン シグナル3,12,19 と同様に、自然免疫と適応免疫の不足のため最も免疫不全.したがって、NSG マウスは人間化プロセスで広く利用されている、マウス末梢血リンパ球の細胞を再作成し、骨髄組織とマウスを示すこと適切な人間の免疫応答には定評HIV27,33など感染刺激。
HIV のホスト制約のため前臨床研究は HIV ウイルスと感染症の予後は、以前サル免疫不全ウイルス (SIV、HIV の非ひと霊長類バージョン)3に感染しているヒト以外の霊長類に限られていた。幹細胞研究と NSG マウスの世代に科学の進歩は、低コストと高速実験的転換小さいマウス動物の HIV 研究を行う可能性を開いています。現在、3) ひと造血 (SRC モデル) 2) 人間の PBMCs (PBL モデル) と人間の HSCs (BLT モデル) 1) 胎児組織移植で NSG 人間化を実現できます。BLT モデル両方リンパ性と骨髄性関数34,35の包括的な開発と同様、最高の生着効率を提供していますが、技術的に要求しています。PBL のモデルを確立する最も便利ですが GVHD; から結果として生着時に短い実験ウィンドウさらにそれだけまともな末梢 T 細胞応答を提供しています、リンパ性と骨髄性の開発を欠いています。これらの理由から、適応で HIV 調査の要件を満たすために、このプロトコルでは SRC モデルを採用しました。胡 NSG モデルは完全に免疫機能を欠いていると骨髄放射線、移植時にホーミングで効率的ですさらに、ことができますウイルスの挑戦とその後の調査若い年齢でうなずくひずみ背景に知られている年齢関連の病理学的問題の開発を避けます。胡 NSG モデルにおける T 細胞がマウス胸腺環境で教育を受けている、H2 制限だけが人間の免疫細胞のすべてではない、複数のサブセットで開発し、マウスのリンパ系・骨髄性臓器を植民地化します。著しく、胡 NSG モデルの腸管関連リンパ組織は人間の免疫細胞も再構成します。したがって、このモデルは HIV 粘膜感染、BLT モデル22,23のようをサポートできる可能性があります。
抑制カゴ33,36,37,38,39を受けた患者における待機時間貯留層の存在である HIV の根絶へ主要な障害の 1 つ。潜伏感染細胞は静止のまま、カート回収時に HIV ウイルスのリバウンドに貢献。待ち時間貯水池は、肝臓、脾臓、脳、およびその他のリンパ組織である解剖学的や記憶 cd 4 + T 細胞36,40,41の主に構成されています。私たちのグループによって報告される胡 NSG モデルは完全に HIV 待ち時間の病理学的モデリングに適しており、T 細胞系列の開発をサポートします。このモデルは、ウイルス感染、その後経口投与でカート療法に高い感受性を示した.劇的なウイルスのリバウンドは、遅延貯水池の存在を完全にサポート、カート撤退時にすぐに発生します。潜伏感染 cd 4 + T 細胞のメモリ、カートの中に HIV 感染した胡 NSG のリンパ器官から分離とウイルス伸長アッセイ要約ウイルス リバウンドex vivo41。胡 NSG モデルとこのプロトコルで記述されている HIV 感染症/カート療法従って HIV ウイルス、感染症の予後、待ち時間病態と抗レトロ ウイルス治療薬の開発に関連する分野で幅広い用途があります。
出産後も 2-3; 照射と日 HSCs の肝内注入が必要ですこのプロトコルで胡 NSG マウス モデルそのため、社内の繁殖と特定住宅の条件が必要です。いくつかのケースで新生児の HSC の移植は一般的に高い生着効率をもたらすが重度の GVHD が発生します。いくつかの場合、感染、末梢 CD45 + 細胞数の大幅な減少が見られる、極端な条件で末梢血 CD45 + 枯渇を観察できます。したがって、血液コレクションと流れフローサイトメトリー分析は挑戦することができます。この胡 NSG マウス モデルの主要な制限の 1 つは、T 細胞のキメラの自然の中であります。胡 NSG マウス モデルにおける T 細胞マウス胸腺環境の中で教育を受けているし、HLA-制限はなく H2 制限されています。したがって、感染 T リンパ球サブセットの変化の完全再現は可能性が低いです。さらに、胡 NSG マウス モデルは、HIV-1 感染の良い感受性を展示、観測されたプラズマ ウイルス負荷ことができます行うので BLT モデルでは、人間のリンパ性と骨髄性の機能の理解力のない再構成のためにより低い。
要約すると、このプロトコルで描かれた胡 NSG マウスは、BLT モデルに代わるものとして HIV ウイルスと待機時間研究、ヒト化マウス モデルを生成するための簡単で効率的な方法を提供しています。感染しやすく、治療や他の治療22,23,24をカートに対応、リンパ性と骨髄性の包括的な開発の制限にもかかわらず胡 NSG モデルを実証されています。待機時間病理学モデル確立このプロトコルを繰り返す HIV ウイルスのリバウンドで生体によると、潜在的 cd 4 + T 細胞はさらにすることができます感染メモリが追加調査のため分離されました。
著者は利益相反を開示ないです。
この作業は、[R01AI29329、R01AI42552、R01HL07470 の数字を J.J.R. に付与] 健康の国民の協会および健康の国民の協会 [許可番号希望統合的ゲノミクスの都市をサポートする P30CA033572 国立がん研究所によって支えられました。、薬効解析と解析的フローサイトメトリー コア]。次の試薬は、NIH のエイズ研究と参照試薬プログラム、エイズ部門 NIAID、nih の研究を通じて得られた: HIV バル ウイルス。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
CD34 MicroBead Kit, human | MiltenyiBiotec | 130-046-703 | |
CryoStor CS2 | Stemcell Technologies | 07932 | |
NOD.Cg-PrkdcscidIl2rgtm1Wji | The Jackson Laboratory | 005557 | Order breeders instead of experimental mice |
IsoFlo | Patterson Veterinary | 07-806-3204 | Order through animal facility, restricted item |
Clidox disinfectant | Fisher Sicentific | NC9189926 | |
Wescodyne | Fisher Sicentific | 19-818-419 | |
Hamilton 80508 syringe/needle | Hamilton | 80508 | Custom made |
Blood collection tube (K2EDTA) | BD Bioscience | 367843 | |
Blood collection tube (Heparin) | BD Bioscience | 365965 | |
Capillary tube (Heparinized) | Fisher Sicentific | 22-362574 | |
Red Blood Cell Lysis Buffer | Sigma Aldrich | 11814389001 | |
QIAamp Viral RNA mini kit | Qiagen | 52906 | |
TaqMan Fast VIrus 1-step Master Mix | Thermofisher | 4444434 | |
HIV-1 P24 ELISA (5 Plate kit) | PerkinElmer | NEK050B001KT | |
IgG from human serum | Sigma Aldrich | I4506-100MG | |
IgG from mouse serum | Sigma Aldrich | I5381-10MG | |
BB515 Mouse Anti-Human CD45 (clone HI30) | BD Biosciences | 564586 | RRID: AB_2732068, LOT 6347696 |
PE-Cy7 Mouse Anti-Human CD3 (Clone SK7) | BD Biosciences | 557851 | RRID: AB_396896, LOT 6021877 |
Pacific Blue Mouse Anti-Human CD4 (Clone RPA-T4) | BD Biosciences | 558116 | RRID: AB_397037, LOT 6224744 |
BUV395 Mouse Anti-Human CD8 (Clone RPA-T8) | BD Biosciences | 563795 | RRID: AB_2722501, LOT 6210668 |
APC-Alexa Fluor 750 Mouse Anti-Human CD14 (TuK4) | ThermoFisher | MHCD1427 | RRID: AB_10373536, LOT 1684947A |
PE Mouse Anti-Human CD19 (SJ25-C1) | ThermoFisher | MHCD1904 | RRID: AB_10373382, LOT 1725304B |
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