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このプロトコルは、自家細胞移植を介して代謝性疾患モデルを治すため豚肝細胞分離とex vivo遺伝子デリバリーを記述したものです。この特定のモデルは、成功した療法を支持するユニークな利点を楽しんでいます、アプリケーションはその他の病気と徴候に対処する関連する財団。
遺伝子治療は、多くの先天性肝臓の代謝異常を治療するに最適です。Ex vivo、として彼らの使用を提供する安定した遺伝子発現の宿主ゲノムに統合する能力をベクトルのために、ヒトでは、多くの造血器疾患の治療にレンチウイルスベクターを正常に使用されています。このメソッドは、肝細胞の遺伝子治療前のヴィヴォの遺伝性の tyrosinemia タイプの大型動物モデルへの応用を示します私。このプロセスは、1) 自家ドナー/受信者動物、2 から初代肝細胞の分離) レンチウイルスベクター、ポータル経由で修正された肝細胞の 3) 自家移植と肝細胞伝達を介して遺伝子配達前のヴィヴォ静脈注射。メソッドの成功は、一般的に肝切除術、単離細胞の再接が、高割合の伝達のための十分な実行可能な肝細胞の分離切除標本の取り扱い注意の効率的かつ滅菌除去に依存していて、感染を防ぐために全体の無菌手術。これらの手順のいずれかで技術的な障害は、自家移植のため導入された肝細胞実行可能な低収量やドナー/受信者動物の感染症になります。強力なに基づいて健康な細胞と小さな修正された細胞の生着率も肝臓の再作成につながるとヒト 1 型遺伝性 tyrosinemia (HT 1) このアプローチのために選択の豚モデルが一意にそのような方法に従うネイティブ病気肝細胞の選択的優位は。この成長の選択は、すべての兆候には当てはまらないだろう、このアプローチに他の適応症の拡大のための基盤は、肝臓内の両方その他の疾病に対処し、ながら、この環境の操作は、ウイルスのベクトルと的外れの毒性と腫瘍のための機会への暴露を制御します。
先天性肝臓の代謝は、総称してできるだけ多くの 1 の 800 出生1に影響を与える遺伝病の家族です。これらの疾患の多くは単一遺伝子の欠陥は2であり、機能的肝3の十分な数に影響を受けた遺伝子の単一の修正されたコピーを導入することによって治すことができます。修正が必要な肝細胞の実際の割合病気4によって異なりますが、たとえば、排泄蛋白質細胞質対それをエンコードし、タンパク質の性質に大きく依存します。ほとんどの場合、代謝性疾患の任意の治療の有効性はしばしば循環で利用可能なバイオ マーカーの存在によって簡単に試金します。
HT 1 は先天性欠陥 4-フマリルアセト酢酸加水分解酵素 (ファー)5、チロシン代謝6の最後の酵素ステップからの結果肝臓の代謝異常です。FAH の欠乏は、急性肝不全と死を引き起こすことができるまたは病気の慢性の形態が原因で肝硬変や肝細胞癌肝毒性代謝産物のビルドに します。病気は、2-(2-nitro-4-trifluoromethylbenzoyl)-1,3-cyclohexanedione (NTBC) をもたらすチロシン代謝の FAH の上流酵素の小分子阻害薬の投与により臨床的に管理されます。病気は、肝細胞の数が少ないもの成功補正で結局起因する肝臓全体の再作成両方の小規模および大規模な動物モデルに修正された細胞の遺伝子治療法をテストする理想的な環境7,8します。 これは、修正細胞後者で裸眼の細胞毒性代謝産物の蓄積のために深遠な生存の利点があります。肝臓の再生能力と一貫性のある修正された肝細胞の選択的な拡大のため裸眼肝細胞の損失ができます。治療は、移植チロシンと succinylacetone のレベルを循環の減少を測定することによって簡単に続くことが。
部分肝切除を含むプロシージャの侵襲を正当化するためにこのアプローチの目的は、耐久性のある治療法をする必要があります。したがって、レプリケーション無能なレンチウイルスベクターは、安定して肝細胞ゲノム9に統合されるために使用されます。肝臓としての娘のすべてのセルに修正された遺伝子の配信を確保する成長し、裸眼の細胞の急速な損失を置き換えるに拡大します。これは有糸分裂10週間の問題で治療の効果を失うことの間に 1 つの娘細胞にのみ渡されるエピソームとして主に存在している関連付けられているアデノ ウイルス (AAV) ベクターで有利であります。
文献の成長するボディにレンチ ウイルス11懸念の安全性をサポートしていますが、遺伝毒性イベントが制御体外環境に宿主細胞の情報伝達を制限することによって軽減されます。このメソッドを実行すると、門脈内自家移植と再導入される肝細胞への暴露を制限するとき、無料ベクトルがホストに導入決して全身。
このレポートでは、手術の方法と分離肝細胞遺伝子療法前のヴィヴォと後続の自家移植12 HT 1 豚8の治療のために使用される前のヴィヴォプロシージャについて説明します。完全なプロセスには 1) 肝細胞と肝臓のホストの成長刺激の源、2) 遺伝子補正前のヴィヴォ、最終的に 3) の再導入に続いて摘出した肝臓から肝細胞の分離として機能する部分切除が含まれています、修正された肝細胞は、ホストにバックアップします。説明する方法をいくつか修正して、すべての大型動物モデルに適用されますが、FAH 欠損豚13だけは修正された肝細胞の選択的な環境の利点があります。
動物のすべてのプロシージャは、見直しされ、機関動物ケアおよび使用委員会 (IACUC) によって試験を実施する前に承認制度のガイドラインに従って行われました。ここで説明する手順を健康と手術に不向きと判断される年齢の 3ヶ月男性と女性の大きな白い農場の豚 (50 %landrace/50% 大きな白い遺伝的背景) を施行しました。 動物は、獣医の介護施設スタッフが互換性のない見なされない限り社会的収容されます。 動物は、少なくとも一度毎日介護スタッフによる食事 2 回毎日、臨床症状の観察の適切なレベルを供給します。
1. 手術のための準備
2. 腹腔鏡下肝部分切除
3. 肝細胞の分離
4. 肝細胞情報伝達
5. 肝細胞移植
6. 術後回復およびメンテナンス
7 のレシピ
試薬 | HWM | 試薬 | (10 倍) につき | II あたり (10 倍) |
ウィリアムズ-E パウダー (g/L) | 10.8 | 食塩 (g/L) | 83 | 39 |
NaHCO3 (g/L) | 2.2 | KCl (g/L) | 5 | 5 |
HEPES (g/L) | 2.6 | HEPES (g/L) | 24 | 240 |
ペン/連鎖球菌 (100 x, mL/L) | 10 | グリコールエーテルジアミン四酢酸 (g/L) | 9.5 | - |
ウシ胎児血清 (mL/L) | 100 | N アセチル L システイン | 8 | 8 |
pH | 7.3 | (N ・ A ・ C、g/L) | ||
ニトログリセリン (mL/L) | 5 | 5 | ||
CaCl2 2 H2O (g/L) | - | 7 | ||
コラゲナーゼ D (mg/mL) | - | 0.2 | ||
pH | 7.4 | 7.6 |
表 1: 肝切片から肝細胞の分離で使用される解決のレシピ。
肝切除と移植は図 1で図式で表されます。肝切除を施行した 5 豚の代表的なコホート研究において、ほとんどの利回りがあった > 1 × 109肝細胞生存率約 80% (表 2) の任意のタイプの細胞の多くを提供する必要な操作、遺伝子を含む療法。それらの 5 を示した豚良い生存率および典型的な肝細胞の形態伝達と初期めっき (図 2) 後 46 時間との密着性のそれぞれから準備された肝細胞の非移植部分のそれに続く文化。これらの結果は、悪い結果はセル、生存率、細胞単層の最小付着の低い数字で示される成功の準備の代表です。
Fahの-/-豚の治療前の肝生検の免疫組織化学 (図 3) を介して FAH の式を示しています。初期生着は、移植に伴う細胞の量によって異なります。肝細胞の in vitro 10 TU/肝細胞の MOI でレンチを使用しての伝達周波数は通常 70-100% であります。明らかな移植細胞は、肝臓全体が修正された細胞が再設定されるまでクローンFahの-/-肝臓に拡大します。2、6、12 ヶ月で代表的な生検が通常完了する (図 3) 移植後 12 ヶ月で、FAH 陽性細胞拡張のタイムラインを示しています。実際の初期生着率はこの実験で評価されませんでしたが、最終的に肝臓を再作成するのにも生着率が低いが予想されます。
豚は、成長障害が十分ではないが肝細胞を修正記号がある体重、注意深く監視された後移植です。この場合動物は NTBC、必要に応じて修正された肝細胞の人口は完全な薬から離脱できるように十分なまでに戻って変更されます。血漿中バイオ マーカーの評価は、次の治療に簡単にアクセスを提供します。動物が約 20% を達成野生型動物 (図 4 a) と比較した場合、肝臓、チロシン、succinylacetone レベルで修正された肝細胞の再作成が正常化します。さらに、下に処理または未処理のFah-/-豚はシリアル生検8のマッソンのヒアリン汚損によって続くことができる影響を受ける人間で見られる似たような線維化肝変化を示します。継続的な肝障害のサロゲート マーカーは、循環アスパラギン酸アミノトランスフェラーゼとアルカリホスファターゼなどの肝酵素試金によって評価できます。裸眼の動物は、野生型動物と比較して、両方のパラメーターに有意な上昇を表示中前のヴィヴォの遺伝子治療は正常 (図 4 b ・ 4 C) にこれらの血清値を返します。最後に、一般的な肝代謝健康では、アンモニアを循環の標高によって示されるように、未処理のFah-/-豚が中断されます。修正された細胞と肝臓の再作成は、アンモニア (図 4) の野生型レベルを復元します。
図 1: 肝切除と移植します。(上から時計回り)肝切除、肝のソースを提供し、肝再生を刺激するために実行されます。肝細胞は肝切除 (青い細胞) から分離、導入された前のヴィヴォレンチウイルスベクター興味 (茶色のセル) の transgene し導入されたセルが含まれていると autologously 経由でソース動物へ移植されます。門脈内注入。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: プライマリ豚肝肝切片から。肝細胞培養 5 の異なる豚から肝切除から、レンチ ウイルス ベクターを導入、形態や生存率、純度、培養皿に付着を実証する 48 時間を成長すること。これらの定性的な評価は、成功した生着生体内でそれぞれの準備のための可能性のための代理指標として機能します。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: 修正された肝細胞は、 Fahの-/-豚肝臓を再作成します。自家肝細胞のex vivo遺伝子治療後肝生検 0、2、6、12 ヶ月から FAH の免疫組織化学。(A) 肝ない FAH 陽性細胞Fah-/-豚のショーを放置しました。(B)、移植後 2 ヶ月 FAH 肯定的な肝細胞の個々 の巣、見られます拡張を受けるが 6 ヶ月 (C) 12 ヶ月 (D) で見られる、完全な交換の順で肝臓の 50-60% を交換します。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 4:10 ヶ月で血清生化学は、 Fah -/-豚の前のヴィヴォの遺伝子治療を投稿します。療法、チロシン、アスパラギン酸アミノトランスフェラーゼ14, 後 10 ヶ月アルカリ性ホスファターゼ (ALP 活性) とアンモニア濃度が未処理の FAH 欠乏動物よりかなり低いし、野生型のレベルと区別します。データは、マン ・ ホイットニーのU検定 (p値として提示) を用いた意義の分析されました。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。
豚 | セルを合計 (x 106) | 細胞 (x 106) | 生存率 (%) |
1 | 1,381 | 1,160 | 84 |
2 | 1,000 | 770 | 77 |
3 | 1,213 | 995 | 82 |
4 | 789 | 671 | 85 |
5 | 1318 | 975 | 74 |
平均 | 1,140 | 914 | 80 |
サン開発 | 244 | 194 | 5 |
表 2:5 豚からプライマリ分離から代表的な肝細胞の結果します。
このレポートでは、HT 1 の豚のモデルを治す自己遺伝子ex vivo療法アプローチについて説明します。部分肝切除、肝細胞分離前のヴィヴォと分離肝細胞の情報伝達に続いて是正遺伝子を運ぶ遺伝子導入ウイルスが含まれます。修正自己肝細胞は門脈8を介して FAH 欠乏動物に戻って、移植されます。説明する方法はいくつかの変更とすべての大動物モデルに適用できるが、FAH 欠損豚が修正された細胞13,15の高選択的環境のユニークな利点です。このメソッドは、投与動物が見られる早期の線維化の完全な逆転肝硬変や肝細胞癌の予防と炎症性肝バイオ マーカー測定生化学的代謝物の正規化と NTBC 独立した成長を示す HT - 1、効果的な治療法NTBC とサイクリングします。さらに、広範な組織学的解析はない検出裸眼細胞、線維症、肝硬変または腫瘍 3 年実証を含む最近の研究は、療法 (レビューで原稿) を投稿します。ただし、FAH null 背景のユーティリティは、HT 1 を超えて生理学および病気の徴候の肝細胞で取調べの広い配列の評価を実現するツールとして使用できます。
プロシージャの相対的な成功は NTBC 主題は、この保護の薬から完全に引き離されることができる前に必要なサイクル数で評価できます。このモデルで何度も繰り返して、HT 1 の他の小さい動物モデル、NTBC 独立した成長を達成する前に、約 20% の補正が必要です。NTBC とサイクリングにより貧しい人々 初期生着/生存、他の要因はまた役割を担うかもしれないが初期生着の貧しい発現時に肝疾患を高度を表しています。表現型治療の究極検証最高血中チロシンの正規化によって証明されていますが、肝臓の健康 (AST、ALT、およびアンモニア) の生化学的なマーカーは容易に入手され、修正された肝細胞膨張の程度への洞察力を提供し、succinylacetone、FAH 表現肝線維化のない状態での組織学的確認。これは肝臓が修正された肝細胞で再作成されたときに行われます。
プロシージャの有効性は、生殖不能および分離、伝達、移植プロセス全体で実行可能な維持されなければならない肝細胞性に最も大きく依存します。非実行可能または裸眼肝細胞の再導入が、表現型を救出していないと失敗した手順を確認する対象の観察の数ヶ月を取ることができます。
このモデルで機能的な FAH 酵素の遺伝子発現の良いは肝再作成の最低限の要件です。レンチ ウイルスは遺伝子の有効なコピーを提供する唯一の方法です。このメソッドは、非ウイルス性システムと特定の遺伝子の欠陥の編集を目的としたものを含む他の配信システムを使用するための可能性になります。最終的には、このモデルは、FAH 欠乏バイオリアクター内でその他の欠陥の補正を含む可能性の広大な配列が許可されます。移植された細胞は、機能的な FAH の酵素を表現する限り前のヴィヴォセルの変更も伝播されます。これは先天性FAHの-/-バック グラウンドで修正する肝臓の代謝異常のいずれかになります。修正された肝細胞の拡張は最終的に肝臓を再作成、関連肝疾患兆候の数することができます達成、基礎科学および前臨床治療モデルとしてこのモデルとプロシージャの値を強調します。
著者が明らかに何もありません。
著者はデュアン Meixner の門脈内注入、スティーブ Krage、ジョアン Pederson ロリ Hillin サポート、手術中に行う専門知識をありがちましょう。この作品は、子供の病院のミネソタ州財団と再生医療のミネソタによって支えられました。R.D.H. は、NIH K01 DK106056 賞とメイヨー クリニック センターを通じて再生医学のキャリア開発賞に資金を供給されました。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
2-(2-nitro-4-trifluoromethylbenzoyl)-1,3-cyclohexanedione (NTBC) | Yecuris | 20-0027 | |
12 mm Trocar | Covidien | B12STS | |
5 mm Trocar | Covidien | B5SHF | |
Endo Surgical Stapler 60 | Covidien | EGIA60AMT | |
Endo Surgical Stapler 45 | Covidien | EGIA45AVM | |
Endo Surgical Stapler 30 | Covidien | SIG30AVM | |
Endo catch bag | Covidien | 173050G | |
0 PDS | Ethicon | Z340H | |
2-0 Vicryl | Ethicon | J459H | |
4-0 Vicryl | Ethicon | J426H | |
Dermabond | Ethicon | DNX12 | Sterile Dressing |
Williams’-E Powder | Gibco | ME16060P1 | |
NaHCO3 | Sigma Aldrich | S8875-1KG | |
HEPES | Fisher | BP310-1 | |
Pen/Strep | Gibco | 15140-122 | |
Fetal Bovine Serum | Corning | 35-011-CV | |
NaCl (g/L) | Sigma Aldrich | S1679-1KG | |
KCl (g/L) | Sigma Aldrich | P3911-500G | |
EGTA (g/L) | Oakwood Chemical | 45172 | |
N-acetyl-L-cysteine | Oakwood Chemical | 3631 | |
(N-A-C, g/L) | Sigma Aldrich | A9165-100G | |
CaCl2 2H2O (g/L) | Sigma Aldrich | 223506-500G | |
Collagenase D (mg/mL) | Crescent Chemical | 17456.2 | |
Dulbecco's modified eagle medium (DMEM) | Corning | 15-013-CV | |
Dexamethasone | Fresenius Kabi | NDC6337 | |
Epidermal Growth Factor | Gibco | PHG0314 |
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