Lentiviral vermittelte Gen-Silencing in humanem Pseudoislet in niedrigen Befestigungsplatten zubereitet

Der Verlust der funktionellen Beta-Zellmasse ist die zentrale Pathologie für Typ-1- und Typ-2-Diabetes¹. Während Betazellen die Produzenten von Insulin in Pankreasinseln sind, spielt die Kommunikation zwischen Betazellen und Nicht-Beta-Zellen eine entscheidende Rolle bei der Regulierung der Insulinsekretion². Darüber hinaus trägt die Dysregulation der Glucagon-Sekretion zu Hyperglykämie bei Diabetes³bei. Daher besteht ein starkes Interesse daran, die Genexpression von Zellen innerhalb der Pankreasinseln zu modulieren, um den Mechanismus hinter der Entwicklung von Inselfunktionsstörungen bei Diabetes anzugehen. Es gibt eine Vielzahl von Ansätzen, einschließlich transgener Mäuse, um die Genexpression von Mausinseln zu modulieren. Jedoch, menschliche und Maus-Inseln zeigen deutliche Innervation, Zellverteilung, Verhältnis von Beta-Alpha-Zellen, und Reaktion auf Sekretagogen⁴. Daher ist die direkte Beurteilung der Genfunktion bei menschlichen Inseln äußerst wichtig für das Verständnis der Pathophysiologie menschlicher Pankreasinseln.

Adenoviraler Vektor ist der am weitesten verbreitete virale Vektor, um Pankreasinseln in vitro zu transducen, da die Transduktion in nicht teilenden Zellen hoch ist. Jedoch, Adenovirus dringt nicht in den Kern der Inselchen effizient, vor allem bei menschlichen Inseln⁵, und ist zytotoxisch bei hohen Dosen⁶. Im Vergleich dazu ist der lentivirale Vektor weniger zytotoxisch und liefert exogene Gene dauerhaft in das Chromosom postmitotischer Zellen, was ihn zu einem weithin getesteten Vehikel für die Gentherapie^{macht 7}. Allerdings ist auch die Fähigkeit des Lentivirus, in den Kern intakter menschlicher Inseln einzudringen, begrenzt, so dass eine partielle Dispersion durch enzymatische Verdauung erforderlich ist, um die Transduktionseffizienz zu erhöhen⁸. Der Vorbehalt mit der Dispersion intakter menschlicher Inseln ist die Unterbrechung der Zellzell- und Zellmatrixkommunikation, die die dynamische Regulierung der Insulinsekretion beeinträchtigt, die für die Aufrechterhaltung der Glukosehomöostase beim Menschen entscheidend ist⁹. Daher war es schwierig, die Auswirkungen der Genmodulation auf die dynamische Regulierung der Inselfunktion in einem Modell menschlicher Inselchen zu bewerten.

Es ist bekannt, dass sich zerstreute Inselzellen von menschlichen und Nagetierinseln autonom zu inselähnlichen Strukturen, sogenannten “Pseudoislets”, zusammenschließen. Pseudoislets zeigen Beta- und Nicht-Beta-Zellverteilung ähnlich wie native Inselchen^10,11. Zusätzlich verlieren einheimische Inselchen nach langfristiger Kultur nach und nach robuste Sendephase Insulinsekretion^5,10,11,12. Dennoch zeigten Pseudoislets eine bessere Konservierung der Insulinsekretion der ersten Phase als Reaktion auf Glukose im Vergleich zu einheimischen Inselchen nach der gleichen Kulturperiode⁵. Neben einer besseren Konservierung der Insulinsekretion bietet die größengesteuerte Reaggregation menschlicher Isletzellen in niedrigen Anbauplatten¹¹ eine Möglichkeit, Lentivirus-Vektoren vor ihrer Reaggregation in Pseudoislets. Mehrere Studien haben den Nutzen von Pseudoislets in Kombination mit lentiviral vermittelter Transduktion nachgewiesen. Caton et al.¹³ berichteten, dass die Einführung des grünen fluoreszierenden Proteins (GFP), das Lentivirus ausdrückt, wenig Einfluss auf die Insulinsekretion hatte, während eine homogene Expression von GFP in Rattenpseudoislets im Vergleich zur nicht infizierten Kontrolle erreicht wurde. Sie zeigten auch die spezifische Wirkung verschiedener Connexine auf die Insulinsekretion, indem sie die Connexine 32, 36 und 43 über das Lentivirus¹³überexzieren. Menschliche Pseudoislets, die mit einer handelsüblichen 96-Well-Ultra-Low-Attachment-Platte hergestellt wurden, zeigten, dass die lentiviral-vermittelte Überexpression des Transkriptionsfaktors SIX3 die Insulinsekretion verbessert, die durch statische Inkubation bewertet wird¹⁴. Kürzlich wurden menschliche Pseudoislets, die mit einer 96-well ultra-niedrigen Anbauplatte hergestellt wurden, verwendet, um Glukokkinase über lentivirale Kurzhaarnadel-RNA (shRNA) als Beweis für den Nachweis zu regulieren, dass die glukosestimulierte Insulinsekretion reduziert wird, während KCl-stimulierte Insulinsekretion wurde⁵erhalten. Die Studie zeigte auch, dass menschliche Pseudoislets nativen Inselchen in Genexpression und sekretoreichen Profilen ähneln, was den Nutzen menschlicher Pseudoislets zur Sezieren der Regulation der Inselfunktion⁵weiter unterstützt. Obwohl die Perifusion nicht durchgeführt wurde, wurde eine biotechnologische Mikrobrunnen-Kulturplatte, die vor kurzem kommerziell erhältlich war, auch als kompatibel für lentivirale Transduktion und produzierte menschliche Pseudoislets, die ausgezeichnete Insuline Sekretion in vitro und in vivo nach Transplantation¹¹. Zusammen genommen ist die Bildung menschlicher Pseudoislet in Kombination mit der lentiviralen Transduktion ein einfacher und effizienter Ansatz zur Untersuchung der Pathophysiologie der menschlichen Insel und stellt ein wertvolles Werkzeug zur Durchführung mechanistischer Studien an menschlichen Inseln bereit.

Im aktuellen Bericht wird ein Protokoll zur Bildung menschlicher Pseudoislets, die mit Lentivirus über zwei kommerziell erhältliche Plattformen, eine 96-Well ultra-low Attachment Platte und eine Microwell-Kulturplatte transduziert wurden, vorgestellt. Beide erreichen eine effiziente Modulation der Genexpression und schaffen menschliche Pseudoislets, die für nachgelagerte Bewertungen, einschließlich statischer Inkubation und Perifusion, kompatibel sind.