Method Article
Этот протокол предназначен для описания свиных гепатоцитов изоляции и ex vivo гена доставки вылечить модели метаболических заболеваний через трансплантация аутологичных клеток. Хотя эта конкретная модель имеет уникальные преимущества, которые способствуют успешной терапии, является применение соответствующей основой для решения дополнительных заболеваний и указаний.
Генная терапия является идеальным выбором для лечения многие врожденные дефекты метаболизма печени. Экс vivo, лентивирусные векторы успешно используются в лечении многих кроветворных заболеваний в организме человека, как их использование обеспечивает стабильное трансген выражение благодаря вектор способность интегрироваться в хост геномов. Этот метод демонстрируется применение ex vivo генной терапии гепатоцитов к большой животной модели наследственных Тирозинемия типа I. Этот процесс состоит из 1) изоляции первичных гепатоцитов из аутологичной доноров/получателей помощи животным, 2) ex vivo гена доставки через гепатоцитов трансдукция с лентивирусные вектор и 3) аутологичной трансплантации исправленные гепатоцитов через портал вен инъекций. Успех метода обычно опирается на эффективный и стерильные удаления резекции печени, тщательной обработке подакцизным образца для изоляции жизнеспособных гепатоцитов достаточно для повторного голокоренные, высокий процент трансдукции изолированных клеток, и Асептические хирургические процедуры по всему для предотвращения инфекции. Технический сбой в любой из этих шагов приведет к низкой урожайностью жизнеспособных transduced гепатоцитов аутологичной трансплантации или заражения животного доноров/получателей помощи. Свинья модель наследственной Тирозинемия человека типа 1 (HT-1) выбрали для этого подхода является однозначно поддаются такой метод, как даже небольшой процент приживления исправленные клеток приведет к заселения печени с здоровые клетки, основанный на мощный Селективное преимущество над родной больной гепатоцитов. Хотя этот рост выбор не будет справедливо для всех указаний, этот подход является основой для расширения в другие показания и позволяет для манипулирования этой среды для решения дополнительных заболеваний, как в печени и за ее пределами, в то время как контроль за воздействием вирусный вектор и возможность пробить токсичности и tumorigenicity.
Врожденные дефекты метаболизма печени — семейство генетических заболеваний, которые коллективно затрагивают как многие, как 1 в 800 живорожденных1. Многие из этих заболеваний одного гена дефекты2 и функционально могут быть вылечены путем введения одной исправленные копии гена пострадавших в достаточное количество гепатоцитов3. Фактический процент гепатоцитов, которые необходимо исправить варьируется в зависимости от заболевания4 и в значительной степени зависит от характера белка, который кодирует, например, экскретируется белки против цитоплазмы. В большинстве случаев эффективность любого лечения для метаболических заболеваний легко assayed через присутствие биомаркеров часто доступны в циркуляции.
HT-1 является врожденным ошибка метаболизма в печени, что приводит к от дефекта в fumarylacetoacetate гидролазы (ФА)5, последний шаг ферментативные тирозин метаболизм6. FAH дефицит приводит к построению токсичных метаболитов в печени, что может привести к острой печеночной недостаточности и смерти или в хронической формы болезни могут вызвать цирроз и гепатоцеллюлярной карциномы. Заболевание клинически управляется администрацией 2-(2-nitro-4-trifluoromethylbenzoyl)-1,3-cyclohexanedione (NTBC), малые молекулы ингибитора фермента вверх по течению от ФА в метаболизме тирозина. Заболевание представляет собой идеальную среду для проверки методов генной терапии, как успешной коррекции даже небольшое количество гепатоцитов в конечном итоге приведет к заселения всей печени с исправленной ячейки в больших и малых животных моделях 7 , 8. это происходит потому, что исправить клетки имеют глубокие выживания преимущество над нескорректированной клетки за счет накопления токсичных метаболитов в последнем. Потеря нескорректированной гепатоцитов позволяет для выборочного расширения исправленные гепатоцитов в соответствии с регенеративной способностью печени. Лечение может легко следовать измерения сокращение циркулирующих тирозин и succinylacetone уровнях, после трансплантации.
Для того, чтобы оправдать захватнический характер процедуры, которая включает в себя частичной гепатектомии, Цель этого подхода должен быть прочный лечения. Таким образом некомпетентных лентивирусные векторы репликации используются потому, что они будут стабильно интегрироваться в геном гепатоцитов9. обеспечение доставки исправленные гена для всех дочерних клеток в печени растет и расширяется заменить быстрой потери нескорректированной клеток. Это выгодно над адено связанных вирусных векторов (AAV), которые существуют главным образом как episomes, которые могут передаваться только на одну ячейку дочь во время митоза10 тем самым потерять любой эффект терапии в течение нескольких недель.
Несмотря на растущий объем литературы поддерживает безопасность человека11, опасения за генотоксичных события смягчаются путем ограничения трансдукции клеток хозяина в среде с контролируемой в пробирке . Бесплатные Векторные вводится никогда не системно принимающей страны при выполнении этого метода, ограничивая воздействие гепатоцитов, которые будет вновь внесен с аутологичной трансплантацией через воротной вены.
Этот доклад описывает метод хирургического и ex vivo процедуры, используемые для изоляции гепатоцитов для генной терапии ex vivo и12 последующих аутологичной трансплантации для лечения свинья HT-18. Весь процесс включает в себя 1) частичной гепатектомии, который служит источником гепатоцитов и стимулом роста для печени хоста, 2) изоляции гепатоцитов из подакцизным печени, следуют ex vivo гена коррекции и, наконец, 3) реинтродукция исправленные гепатоцитов обратно в узле. Метод, описанный для всех крупных животных моделей с некоторыми изменениями, но только свинья фа недостаточным13 будет иметь преимущество выборочного среды для исправленной гепатоцитов.
Все животные процедуры были проведены в соответствии с институциональных руководящих принципов и были рассматриваются и утверждаются институциональный уход животных и использование Комитет (IACUC) до проведения исследования. Описанные здесь процедуры выполнялись на мужские и женские большие белые ферме свиней (50% Landrace/50% большой белый генетический фон) до 3 месяцев возраста, которые считаются здоровыми и подходит для хирургии. Животные размещены социально если считают несовместимой сотрудниками ветеринарных учреждениях. Животные питаются соответствующие уровни Чоу дважды ежедневных и наблюдаемые клинические признаки ухода сотрудников по крайней мере один раз в день.
1. Подготовка к операции
2. лапароскопическая частичной гепатектомии
3. гепатоцит изоляции
4. гепатоцит трансдукция
5. гепатоцит трансплантации
6. послеоперационное восстановление и техническое обслуживание
7. рецепты
Реагент | HWM | Реагент | За я (10 x) | За II (10 x) |
Уильямс-E порошок (г/Л) | 10.8 | NaCl (г/Л) | 83 | 39 |
NaHCO3 (г/Л) | 2.2 | KCl (г/Л) | 5 | 5 |
HEPES (г/Л) | 2.6 | HEPES (г/Л) | 24 | 240 |
Ручка/стрептококк (100 x, мл/Л) | 10 | EGTA (г/Л) | 9.5 | - |
Плода бычьим сывороточным (мл/Л) | 100 | N-ацетил L-цистеин | 8 | 8 |
pH | 7.3 | (N-A-C, г/Л) | ||
Нитроглицерина (мл/Л) | 5 | 5 | ||
CaCl2 2 H2O (г/Л) | - | 7 | ||
Коллагеназы D (мг/мл) | - | 0.2 | ||
pH | 7.4 | 7.6 |
Таблица 1: Рецепты для решения, используемые в изоляции гепатоцитов из печени секций.
Резекция печени и аутологичной трансплантации схематически представлены на рисунке 1. Представитель когорты 5 свиней, которые подверглись резекции печени, большинство было урожайности > 1 х 109 гепатоцитов с приблизительно 80% жизнеспособность (Таблица 2), обеспечивая большое количество клеток для любого типа желаемого манипуляции, в том числе ген терапии. Последующие культуры-пересаженные часть подготовленных гепатоцитов из каждого из этих 5 свиней показал хорошие жизнеспособность и адгезии, с типичной гепатоцитов морфология 46 часов после трансдукция и первоначального покрытия (рис. 2). Эти результаты являются представитель по успешной подготовки, в то время как плохие результаты будут указываться с низким количеством клеток, жизнеспособность или минимальное соблюдение в монослое клеток.
Биопсия печени до лечения фа- / - свиньи показывает выражение не FAH через иммуногистохимия (рис. 3). Первоначальный приживления будет зависеть от количества клеток, вновь во время пересадки. Трансдукция частоты свинину гепатоцитов в пробирке с помощью человека в MOI 10 ту/гепатоцитов — обычно 70-100%. Прижившимися клетки клонально будет расширяться в фа- / - печени, до тех пор, пока весь печени заполнен исправленные клетками. Представитель биопсий на 2, 6 и 12 месяцев демонстрируют Хронология фа положительных клеток расширения, который обычно завершается через 12 месяцев после трансплантации (рис. 3). Даже низкий процент приживления ожидается в конечном итоге населить печени, хотя фактический первоначальный приживления ставки не были оценены в этом эксперименте.
Свиньи являются тщательно контролируемых после трансплантации для увеличения веса, как отказ процветать является признаком, что не достаточно исправить гепатоцитов присутствуют. В этом случае животные являются циклически обратно на NTBC при необходимости до исправлениями гепатоцитов населения является достаточным для полного отлучения от наркотиков. Оценки распространения биомаркеров обеспечивает легкий доступ к следовать терапии. Как только животное достигла около 20% заселение исправленные гепатоцитов в печени, тирозин и succinylacetone уровнях нормализуется по сравнению с одичал тип животных (рис. 4A). Кроме того под очищенных или неочищенных фа- / - свинья демонстрирует аналогичные фиброзных изменений печени, видели в пострадавших людей, которые могут сопровождаться Masson trichrome окрашивание серийный биопсий8. Суррогатных маркеров текущей травмы печени могут быть оценены опробование циркулирующих печеночных ферментов, таких как аспартатаминотрансфераза и щелочной фосфатазы. В то время как неисправленный животных показывают значительное повышение в обоих параметров, по сравнению с дикого типа животных, ex vivo генной терапии возвращает эти ценности сыворотке нормальный (рис. 4B и 4 C). Наконец общего здоровья печени метаболизм нарушается в необработанной фа- / - свиньи, как указано на фасады в циркулирующих аммиака. Заселения печени с исправленные клетками восстанавливает одичал тип уровней аммиака (рис. 4 d).
Рисунок 1: гепатектомии и аутологичной трансплантации. (По часовой стрелке сверху) Частичную резекцию печени проводится по этому вопросу представляют собой источник гепатоцитов и стимулирования регенерации печени. Гепатоциты изолированы от резекции печени (синие клетки), transduced ex vivo с лентивирусные вектор, содержащий трансген интерес (коричневые клетки), а затем transduced клетки autologously пересаженные обратно в источник животных через инъекции воротной вены. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 2: первичный свинья гепатоцитов из печени секций. Гепатоцитов были культивированный от резекции печени из 5 разных свиней, преобразованы с лентивирусные вектор и позволено расти в течение 48 часов для демонстрации морфологии, жизнеспособность, чистоты и адгезии к культуре блюда. Эти в vitro качественные оценки служат индикаторами суррогата для вероятность успешного приживления в естественных условиях для каждого приготовления. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 3: Исправлена гепатоцитов населить фа- / - свинья печени. Фа иммуногистохимия из биопсии печени, 0, 2, 6 и 12 месяцев после ex vivo генной терапии аутологичной гепатоцитов. Лечить фа- / - шоу свиней не фа положительных клеток в печени (A). Через два месяца после пересадки (B), отдельных очагов FAH позитивные гепатоцитов видны, которые затем проходят расширения для замены 50 – 60% печени на 6 месяцев (C), после чего полная замена, видели на 12 месяцев (D). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 4: Биохимия сыворотки на 10 месяцев пост ex vivo генной терапии в фа - / - свиней. 10 месяцев после терапии, тирозин, аспартат (АЛТ)14, щелочной фосфатазы (ALP) и уровней аммиака значительно ниже, чем необработанных FAH несовершенным животных и неотличимы от дикого типа уровней. Данные были проанализированы на значение с помощью теста Mann-Whitney U (значения, представленныеp ). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Свинья | Всего клеток (x 106) | Живой клетки (x 106) | Жизнеспособность (%) |
1 | 1381 | 1160 | 84 |
2 | 1,000 | 770 | 77 |
3 | 1 213 | 995 | 82 |
4 | 789 | 671 | 85 |
5 | 1318 | 975 | 74 |
Среднее | 1140 | 914 | 80 |
ST-Dev | 244 | 194 | 5 |
Таблица 2: Представитель гепатоцитов результаты от основной изоляции от 5 свиней.
В настоящем докладе описываются ex vivo аутологичной генной терапии подход к вылечить свинину модель HT-1. Она включает в себя частичной гепатектомии, следуют ex vivo изоляции гепатоцитов и трансдукция изолированных гепатоцитов с вирусом lenti, проведение корректирующих трансген. Исправленные аутологичной гепатоцитов затем пересаживают обратно к FAH несовершенным животных через воротной вены8. Хотя метод, описанный для всех крупных животных моделей с некоторыми изменениями, фа недостаточным свиньи имеет уникальное преимущество высокоселективных среды для исправленной ячейки13,15. Этот метод является эффективным средством для HT-1, как дозированная животных показывают NTBC независимого роста с нормализацией биохимически измеренных метаболитов и воспалительных печени биомаркеров, предотвращения цирроза и КЦУК и полный разворот раннего фиброз видел с NTBC Велоспорт. Кроме того более недавнего исследования с участием обширные гистологический анализ продемонстрировал не обнаружено нескорректированной клетки, фиброз, цирроз или tumorigenicity 3 лет пост терапии (рукопись в обзоре). Однако утилита фа null фона может служить инструментом для оценки широкого круга ведения допросов гепатоцитов указания физиологии и болезни за пределами HT-1.
Относительный успех процедуры можно оценить количество циклов NTBC перед предметом может быть полностью отлучить от этого защитного препарата. В многочисленных итераций с этой моделью и других мелких животных моделях HT-1 около 20% коррекции не требуется, прежде чем NTBC независимых рост достигается. Более Велоспорт с NTBC свидетельствует о плохой первоначальный приживления/жизнеспособности, Расширенный заболеваний печени в момент первоначального приживления или выражение бедных трансген, хотя другие факторы могут также играть определенную роль. Биохимических маркеров здоровья печени (АСТ, ALT и аммиака) легко доступны и предложить понимание степени расширения исправленные гепатоцитов, но конечной проверки фенотипические лечения лучше всего подтверждается нормализации сыворотки тирозин и succinylacetone и гистологическое подтверждение фа выражая гепатоцитов в отсутствие фиброза. Это достигается, когда печень была заселена с исправлениями гепатоцитов.
Эффективность процедуры наиболее сильно зависит от целостности гепатоцитов, которые должны поддерживаться стерильные и жизнеспособной на протяжении всего процесса изоляции, трансдукция и трансплантации. Реинтродукции нежизнеспособных или нескорректированной гепатоцитов не спасет фенотипа, и неудачных процедура может занять месяцы предметом наблюдения для проверки.
В этой модели хорошее трансген выражение функционального энзима фа является минимальным требованием для заселения печени. Человека является лишь одним из способов доставить эффективного копию трансген. Этот метод позволит возможность использования других систем доставки, включая-вирусных систем и те, которые направлены на редактирование конкретных геномной дефекта. В конечном счете эта модель позволит обеспечить широкий спектр возможностей, включая исправление других дефектов в биореакторе FAH несовершенным. До тех пор, пока пересаженные клетки выражает функционального энзима Фах, любые другие изменения клетки ex vivo будет также распространяться. Это позволило бы любой из врожденные дефекты метаболизма печени следует исправить на заднем плане- / - фа. Как расширение исправленные гепатоцитов в конечном итоге повторно заполняет печени, соответствующие цифры гепатоцитов для признаков заболевания может быть достигнуто, который подчеркивает значение этой модели и процедуры как фундаментальной науки и доклинические терапии модель.
Авторы не имеют ничего сообщать.
Авторы благодарят Дуэйн Meixner за профессионализм в выполнении инъекций воротной вены, Стив Краке, Джоан Педерсон и Лори Hillin для поддержки во время хирургических процедур. Эта работа была поддержана Детская больница Миннесота фонда и регенеративной медицины Миннесота. R.D.H. финансировалась через центр клиники Майо и NIH K01 DK106056 награду для регенеративной медицины премии развития карьеры.
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 |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены