والهدف من هذا البروتوكول عزل الرئيسيات نونومان CD34+ الخلايا من نخاع العظم معبي، للجينات-تعديل هذه الخلايا مع ناقلات لينتيفيرال، وإعداد منتج لضخ في المضيف ذاتي. طول إجمالي البروتوكول ما يقرب من 48 ساعة.
زرع الخلايا (هسبك) الجذعية والسلف المكونة للدم كان حجر زاوية في علاج لسرطان الدم وغيرها من أنواع السرطان لما يقرب من نصف قرن، يكمن وراء العلاج الوحيد المعروف للإصابة بفيروس نقص المناعة البشرية (فيروس نقص المناعة البشرية-1)، وتبشر بخير هائلة في علاج الأمراض الوراثية مثل الثلاسيميا بيتا. مجموعتنا قد وضعت بروتوكولا للعلاج الجيني هسبك النموذجي في المقدمات نونومان (NHPs)، يسمح للعلماء لتحسين العديد من نفس الكواشف والتقنيات التي تطبق في العيادة. هنا، يمكننا وصف طرق لتنقية CD34+ هسبكس وطويلة الأجل استمرار الخلايا الجذعية المكونة للدم (HSC) مجموعات فرعية من معبي نخاع العظم (بي أم). يمكن أن تستخدم تقنيات مماثلة لتنقية مصادر هسبك أخرى (مثلاً، الدم المحيطي تعبئة الخلايا الجذعية [ببسكس]). المبين هو بروتوكول يوم 2 التي الخلايا هي تنقية ومثقف وتعديل مع لينتيفيروس (LV) وعلى استعداد لضخ العودة إلى المضيف ذاتي. قراءات أساسية للنجاح تشمل نقاء CD34+ هسبك السكان، وقدرة هسبكس المنقي تشكل مستعمرات شكلياً متميزة في وسائل الإعلام سيميسوليد، والأهم من ذلك، كفاءة التعديل الجيني. أن الميزة الأساسية للعلاج الجيني هسبك هو القدرة على توفير مصدر للخلايا المعمرة التي تؤدي إلى جميع أنواع الخلايا المكونة للدم. على هذا النحو، استخدمت هذه الأساليب للعلاج النموذجي للسرطان والأمراض الوراثية والأمراض المعدية. في كل حالة، أنشأتها الفعالية العلاجية هو تعزيز وظيفة ذرية هسبك متميزة، بما في ذلك خلايا الدم الحمراء وخلايا T وخلايا ب، مجموعات فرعية النقوي. الأساليب لعزل، تعديل، وإعداد هسبك المنتجات مباشرة المنطبقة وقابل للنقل لأمراض متعددة في المرضى البشرية.
العلاج الجيني في الخلايا الجذعية وسيلة قوية للتصدي لمجموعة واسعة من الأمراض البشرية. العلاج الجيني هسبك هو نهج جاذبية خاصة، بسبب ط) السهولة النسبية لجمع هذه الخلايا من المرضى، والثاني) ثروة المعارف التي تتوفر بخصوص تعمل الخلية السطحية والسابقين فيفو ثقافة المعلمات، كالمجال يتسع، لأن الثالث) ويقدم العلماء مربع أدوات استراتيجيات تعديل الجينات لتلائم مختلف الأمراض ذات الأهمية المتزايدة. أننا نحقق بنشاط هسبك نهج العلاج الجيني من زوايا متعددة، بما في ذلك العلوم الأساسية هسبك علم الأحياء وانجرافتمينت من هسبكس المعدلة وراثيا الإكلينيكية في النماذج الحية، وتطبيق للسكان المريض ذات الصلة. نحن وآخرون اتسمت خلية النمط الظاهري السطحي متميزة وظيفيا هسبك مجموعات فرعية،1،2،3، وتعبئة وتكييف الأنظمة العلاجية التي تعظم العائد هسبك وانجرافتمينت مع التقليل سمية4،5، والجينات استراتيجيات تحرير الجينات التي تلائم مجموعة واسعة الخبيثة، والوراثية، والأمراض المعدية6،،من78، وتعديل 9،10. يمكن تقييم وظيفة وانجرافتمينت من هسبكس المعدلة وراثيا في عدد من نماذج الحيوانات الصغيرة والكبيرة، بما في ذلك الفئران والكلاب ونهبس. على وجه الخصوص، نماذج الخطتين مفيداً نظراً لأن العديد من الكواشف، على سبيل المثال، الأجسام المضادة المحددة هسبك الخلية البروتينات السطحية مثل CD34 و CD90، يمكن استخدامها بشكل تبادلي في الإنسان وخلايا الخطتين. وعلاوة على ذلك، خلافا للفئران، الحيوانات الكبيرة مثل نهبس السماح لتقريب أكثر قربا من نطاق تعديل الجينات اللازمة للفعالية السريرية. وأخيراً، نهبس هي المعيار الذهبي لنماذج الأمراض البشرية مثل الإصابة بفيروس نقص المناعة البشرية-111 ونظام نموذج الناشئ للمرشح السرطان، ومكافحة فيروس نقص المناعة البشرية إيمونوثيرابيس12،13.
والغرض من هذا البروتوكول تحديد أساليب لتنقية وتعديل وراثيا، وإعداد منتجات ضخ هسبك الخطتين. على الرغم من خارج نطاق هذا البروتوكول، وقد أظهرنا سابقا أن هذه المنتجات انجرافت في ذاتي الخطتين المضيفين، تؤدي إلى جميع الأنساب المكونة للدم، وتوفير الفعالية العلاجية في طائفة واسعة من النماذج المرض1. كما تتميز كلوناليتي هسبكس انجرافتينج وبناء منصة لتتبع حركية والاتجار بالأشخاص، والنمط الظاهري هسبكس الفردية وذرياتهم، الزرع الذاتي التالية1،14. الأساليب المقدمة هنا قد وضعت مع الأهداف التالية: ط) لعزل هسبكس نقية جداً وطويلة الأجل انجرافتينج HSC مجموعات فرعية، الثاني) للحفاظ على هسكس البدائية خلال السابقين فيفو ثقافة، والثالث) لكفاءة الجينات تعديل الجملة أما هسبكس أو طويلة الأجل انجرافتينج HSC مجموعات فرعية. نحن نوظف المغناطيسي ساعد الخلية فرز (ماك)، فضلا عن تنشيط fluorescence الخلية الفرز (الأصول)، لعزل phenotypically/وظيفيا متميزة هسبك السكان، تمشيا مع أساليب العديد من المجموعات2،15، 16. صيانة هسكس البدائية في الثقافة (التقليل من التفريق بين هذه الخلايا إلى فروعه ملتزمة التي تؤدي بالكامل متمايزة أي مجموعات فرعية اللمفاوية والنقوي) جانبا أساسيا من جوانب البروتوكول هو موضح هنا. على الرغم من أننا تميزت سابقا النهج بتوسيع هسبكس مع الاحتفاظ النمط الظاهري بدائية17،18، هنا، نحن تصف بروتوكول الذي يركز على الحفاظ على هسكس عبر الحد أدنى (ح 48) وتعريف السابقين فيفو ثقافة.
تعديل كفاءة هسبكس و HSC مجموعات فرعية هدف الرئيسي لهذا البروتوكول. بين عدة نهج أبلغنا، هما حتى الآن أكثر من التحقيق في التجارب السريرية: التعديل الجيني بوساطة LV والجينات بوساطة nuclease التحرير1،،من619. استخدام استراتيجيات تحرير الجينات واحدة من عدد من منصات نوكلاس لتعديل جينات مستهدفة للفائدة على وجه التحديد، على سبيل المثال، اكتب مستقبلات تشيموكيني ج ج 5 (CCR5) لعلاج الإصابة بفيروس نقص المناعة البشرية7،19 أو Bcl11A لعلاج من هيموجلوبينوباثيس6. هنا، علينا أن نركز على التعديل الجيني بوساطة LV، الذي دمج الشحنات المعدلة وراثيا سيميراندوملي في الجينوم1،،من820. مزايا رئيسية للنهج LV هو القدرة على توفير كميات كبيرة من المواد الوراثية (ما يصل إلى 8 أو 9 كيلوبس). على الرغم من أن يجري وضع استراتيجيات تحرير الجينات لاستهداف التحوير فائدة لدمج فقط في مكان محدد حسب الجهات المانحة مثلى جزئ (HDR)، هذه الأساليب يتطلب مزيدا من التطوير في المختبر وفي نماذج حيوانية صغيرة. وفي المقابل، ناقلات LV قد استخدمت على نطاق واسع في نهبس والمرضى21،22. الأهم من ذلك، البروتوكول هو موضح هنا، الذي يستخدم أعدادا BM كمصدر هسبك بداية، يمكن بسهولة وعلى نطاق واسع تكييفها، على سبيل المثال، لعزل ببسكس. كما هو موضح أعلاه، يمكننا الاستفادة من درجة عالية من التشابه الوراثي بين نهبس والبشر لاستخدام الكواشف التي تنطبق على كلا من الأنواع. وأخيراً، تم تكييف هذا النهج تعديل المجموعات الفرعية الأخرى المكونة للدم، أي تي الخلايا12،،من2324؛ ظهور نهج العلاج المناعي خلايا تي ناجع وقد تعتمد اعتماداً كبيرا على منصة LV نفسها المستخدمة في هذا البروتوكول. هذه الأساليب مناسبة لأي باحث المهتمة في البيولوجيا هسبك أو التعديل الجيني بوساطة LV. على سبيل المثال، يمكن استخدام البروتوكول تنقية هسبك المعروضة هنا لتميز رواية HSC إثراء مجموعات فرعية، كما هو موضح سابقا1،،من1525. وبالمثل، توصيل LV الأساليب المعروضة هنا يمكن كذلك تطبيقها وتطويرها للعديد من أنواع الخلايا الأخرى والأسئلة التجريبية، سواء في نماذج في المختبر والمجراه.
وباختصار، نقدم طرق لعزل وتعديلها وراثيا “هسبكس الخطتين”. هذه الطرق يمكن تكييفها بسهولة للأنواع الأخرى ومصادر أخرى من هسبكس. ويبين هذا البروتوكول فحص دقة وعدا كبيرا في نماذج العلاجات الناجعة للعديد من الأمراض البشرية.
ناقل LV الهندسة هو الأسلوب الأفضل تتسم للجينات-تعديل أنواع الخلايا مثل CD34+ هسبكس، لزرع اللاحقة المجراة في. تم تصميم البروتوكول هو موضح هنا لزيادة عدد هسبكس المعدلة وراثيا التي ما زالت قائمة طويلة الأجل في فيفو، وتوفير الفوائد السريرية للمرضى بمختلف الأمراض الخبيثة والمعدية والوراثي…
The authors have nothing to disclose.
يشكر المؤلفون كراوفورد هيلين لإعداد هذه المخطوطة وجيم وولسي لتصميم الرسوم البيانية، ونيلسون فيرونيكا وكريموو ديفيكا للمشاركة في تطوير البروتوكول. تم دعم هذا البروتوكول من المنح المقدمة من المعهد الوطني للحساسية في المعاهد الوطنية للصحة والأمراض المعدية (R01 AI135953 و AI138329 إلى H.P.K.) والوطني للقلب والرئة والدم معهد (R01 HL136135، HL116217، P01 HL122173، وآسيا تحت 19 عاماً HL129902 إلى H.P.K.)، فضلا عن OD010425 P51 المعاهد الوطنية للصحة، وفي جزء آخر من خلال “مركز السرطان” المعاهد الوطنية للصحة/NCI، CA015704 P30 منحة الدعم. H.P.K. هو “محقق الطب الجزيئي ماركي” وتلقى الدعم كمستلم خوسيه كاريراس/هاء “دونال توماس هبت الرئيس” الافتتاحية لأبحاث السرطان ورئيسة وهبت القفص فريد للخلية والعلاج الجيني.
Stemspam SFEM II ("HSPC") Media | StemCell | 09655 | |
Hank's Balanced Salt Solution | Gibco | 14175095 | |
Phosphate-Buffered Saline | Gibco | 14190-144 | |
Penicillin/Streptomycin | Gibco | 15140-122 | |
Dimethyl Sulfoxide | Sigma Aldrich | D2650-100 | |
100% Ethanol | Decon labs | M18027161M | |
Cyclosporine | Sigma | 30024-25MG | |
500 mM EDTA | Invitrogen | 15575-038 | |
Heat-Inactivated Fetal Bovine Serum | Sigma Aldrich | PS-0500-A | |
CH-296/ RetroNectin (2.5 mL, 1 µg/µL) | TaKaRA | T100B | |
Bovine Serum Albumin | Sigma | A7906-100g | |
HEPES | Sigma | H9897 | |
Rat anti-mouse IgM magnetic beads | Miltenyi Biotec | 130-047-301 | |
Recombinant HumanStem Cell Factor (SCF) | Peprotech | 300-07 | |
Recombinant Human Thrombopoietin (TPO) | Peprotech | 300-18 | |
Recombinant Human FMS-like tyrosine kinase 3 (FLT-3) | Peprotech | 300-19 | |
Protamine sulfate | Sigma | P-4505 | |
14 mL Polypropylene Round-Bottom Tube | Corning | 352059 | |
Colony Gel 1402 | ReachBio | 1402 | |
QuadroMACS Separators | Miltenyi Biotec | 130-090-976 | |
MACS L25 Columns | Miltenyi biotec | 130-042-401 | |
10 mM PGE2 | Cayman Chemical | 14753-5mg | |
TC-treated T-75 flasks | Bioexpress | T-3001-2 | |
Non-TC-treated T-75 flasks | Thermo-Fisher | 13680-57 | |
20 ml syringes | BD Biosciences | 302830 | |
16.5 G needles | BD Precision | 305198 | |
Syringe Tip Cap | BD Biosciences | 305819 | |
QuickExtract DNA Solution | Epicentre | QE09050 | |
8-tube strip cap PCR Tubes | USA scientific | 1402-2708 | |
96-well Thermocycler | Thermo-Fisher | 4375786 | |
Pre-Separation filters | Miltenyi Biotec | 130-041-407 | |
Strainer, Cell; BD Falcon; Sterile; Nylon mesh; Mesh size: 70um; Color: white; 50/CS | fisher scientific | 352350 | |
Ultracomp ebeads | eBioscience | 01-2222-42 | |
MACSmix Tube Rotator | Miltenyi | 130-090-753 | |
3 mL Luer-Lock Syringes | Thermo-Fisher | 14823435 | |
35 mm x 10 mm cell culture dish | Corning | 430165 | |
60 mm x 15 mm cell culture dish | Corning | 430196 | |
150 mm x 25 mm cell culture dish | Corning | 430599 | |
Non TC treated flasks | Falcon | 353133 | |
Qiagen DNA extraction | Qiagen | 51104 | |
PE Anti-Human CD90 (Thy1) Clone:5E10 | Biolegend | 328110 | |
PE-CF594 Mouse Anti-Human CD34 Clone:563 | BD horizon | 562449 | |
APC-H7 Mouse Anti-Human CD45RA Clone: 5H9 | BD Pharmingen | 561212 | |
V450 Mouse Anti-NHP CD45 Clone:d058-1283 | BD Biosciences | 561291 | |
Autologous Serum | Collected from autologous host and cryopreserved prior to mobilization and collection of CD34+ HSPCs | N/A | Beard, B. C. et al. Efficient and stable MGMT-mediated selection of long-term repopulating stem cells in nonhuman primates. Journal of Clinical Investigation. 120 (7), 2345-2354, (2010). |
Virus-Conditioned Media (VCM) | Kiem Lab, FHCRC Co-operative Center for Excellence in Hematology (CCEH) | N/A | Beard, B. C. et al. Efficient and stable MGMT-mediated selection of long-term repopulating stem cells in nonhuman primates. Journal of Clinical Investigation. 120 (7), 2345-2354, (2010). |
Anti-CD34 antibody, Clone 12.8 | Kiem Lab | N/A | Beard, B. C. et al. Efficient and stable MGMT-mediated selection of long-term repopulating stem cells in nonhuman primates. Journal of Clinical Investigation. 120 (7), 2345-2354, (2010). |
Lenti F primer: AGAGATGGGTGCGAGAGCGTCA | Integrated DNA Technologies | N/A | Peterson, C. W. et al. Multilineage polyclonal engraftment of Cal-1 gene-modified cells and in vivo selection after SHIV infection in a nonhuman primate model of AIDS. Mol Ther Methods Clin Dev. 3 16007, (2016). |
Lenti R primer: TGCCTTGGTGGGTGCTACTCCTAA | Integrated DNA Technologies | N/A | Peterson, C. W. et al. Multilineage polyclonal engraftment of Cal-1 gene-modified cells and in vivo selection after SHIV infection in a nonhuman primate model of AIDS. Mol Ther Methods Clin Dev. 3 16007, (2016). |
Actin F primer: TCCTGTGGCACTCACGAAACT | Integrated DNA Technologies | N/A | Peterson, C. W. et al. Multilineage polyclonal engraftment of Cal-1 gene-modified cells and in vivo selection after SHIV infection in a nonhuman primate model of AIDS. Mol Ther Methods Clin Dev. 3 16007, (2016). |
Actin R primer: GAAGCATTTGCGGTGGACGAT | Integrated DNA Technologies | N/A | Peterson, C. W. et al. Multilineage polyclonal engraftment of Cal-1 gene-modified cells and in vivo selection after SHIV infection in a nonhuman primate model of AIDS. Mol Ther Methods Clin Dev. 3 16007, (2016). |