המטרה של פרוטוקול זה היא כדי לבודד במוסר הפרימטים CD34+ תאים ממח העצם כאשר הבחינה, ג’ין-לשנות את התאים האלה עם וקטורים lentiviral, וכדי להתכונן מוצר אינפוזיה לתוך המארח עצמיים. האורך פרוטוקול הכולל הוא כ- 48 שעות.
השתלת תא (HSPC) hematopoietic של גזע, קדמון היה טיפול אבן הפינה של לוקמיה, סרטן אחרים במשך כמעט חצי מאה, ביסוד התרופה היחידה הידועה של זיהום וירוס הכשל החיסוני האנושי (HIV-1), ואני מראה הבטחה עצומה הטיפול במחלות גנטיות כגון בטא תלסמיה. הקבוצה שלנו פיתחה פרוטוקול טיפול גנטי HSPC דגם במוסר פרימטים (NHPs), מאפשרת למדענים למטב את רבים של ריאגנטים אותו טכניקות מוחלים במרפאה. כאן, אנו מתארים שיטות לטיהור CD34+ HSPCs, לטווח ארוך שמירת תאי גזע hematopoietic (HSC) קבוצות משנה של מח העצם כאשר הבחינה (מוניטור). טכניקות זהה יכול להיות מועסק ולטיהור מקורות HSPC אחרים (למשל, גויסו דם היקפיים בתאי גזע [PBSCs]). בקווים כלליים הוא פרוטוקול 2 יום שבו תאים מטוהרים, תרבותי, שונה עם lentivirus (LV), הכין אינפוזיה בחזרה לתוך המארח עצמיים. המפרט מפתח להצלחה כוללים את טוהר CD34+ HSPC האוכלוסייה, היכולת של HSPCs מטוהרים להקים מושבות נפרדות מורפולוגית מדיה חצי קשות, ויעילות, והכי חשוב, ג’ין השינוי. היתרון המפתח כדי ריפוי גנטי HSPC היא היכולת לספק מקור של תאים חיים ארוכים להצמיח כל סוגי תאים hematopoietic. ככזה, שיטות אלה שימשו מודל טיפולים עבור סרטן, מחלות גנטיות מחלות זיהומיות. בכל מקרה, היעילות הטיפולית היא הוקמה על ידי שיפור הפונקציה צאצאי HSPC ברורים, לרבות תאי דם אדומים, תאי T, תאים B, ו/או מיאלואידית קבוצות משנה. השיטות לבודד אותו, לשנות, להכין HSPC המוצרים הם ישירות הרלוונטיים לתרגום מרובים למחלות בחולים אנושיים.
ריפוי גנטי בתאי גזע הוא אמצעי רב עוצמה כדי לטפל מגוון רחב של פתולוגיות אנושי. ריפוי גנטי HSPC היא גישה אטרקטיביים במיוחד, בשל i) בקלות יחסית של איסוף תאים אלה מחולים, ii) שפע של ידע זה אינו זמין לגבי פנוטיפים פני שטח התא, ex-vivo תרבות פרמטרים,, כשדה מתרחב, כי השלישי) הוא מציג מדענים עם ארגז הכלים ההולכת וגדלה של אסטרטגיות שינוי גנטי המותאמים במחלות שונות של עניין. אנו לחקור באופן פעיל HSPC ג’ין גישות טיפול מזוויות מרובות, כולל המדע הבסיסיים של ביולוגיה HSPC, את engraftment של ג’ין-השתנה HSPCs במודלים פרה ויוו, היישום לאוכלוסיות החולה הרלוונטיים. אנחנו ואחרים שאפיינו את תא השטח גן # מושגים בסיסיים של נפרדים פונקציונלית HSPC קבוצות משנה1,2,3, גיוס משטרי מיזוג למקסם את התשואה HSPC engraftment תוך מזעור רעילות4,5והגן השינוי ואסטרטגיות לעריכת ג’ין יש כבר למידותיו של מגוון רחב של ממאירות, גנטית, מחלות זיהומיות6,7,8, 9,10. ניתן להעריך את תפקוד ואת engraftment של HSPCs ג’ין-לאחרונה במספר דגמים קטנים, גדולים-מוצרים מהחי, כולל עכברים, כלבים ו NHPs. בפרט, מודלים NHP הם יתרון כי נוגדנים רבים, למשל, נוגדנים ספציפיים עבור חלבונים פני שטח התא HSPC כמו CD34 ו- CD90, ניתן להשתמש בקבצים של האדם ותאים NHP. יתר על כן, בניגוד עכברים, חיים גדולים, כגון NHPs מאפשרים הערכה קרובה יותר של הסקאלה של התאמת גנים הדרושים עבור יעילות קלינית. לבסוף, NHPs תקן זהב עבור עיצוב אנושי פתולוגיות כגון זיהום ב- HIV-111 והם מערכת מודל המתעוררים המועמד נגד סרטן, אנטי-איידס immunotherapies12,13.
המטרה של פרוטוקול זה הוא מתאר שיטות טיהור, גנטית שינוי והכנת המוצרים אינפוזיה NHP HSPC. למרות שמחוץ להיקף של פרוטוקול זה, אנחנו בעבר הראו כי מוצרים אלה engraft ב hosts NHP עצמיים, להצמיח כל שושלות hematopoietic, מספקים יעילות טיפולית במגוון רחב של דגמים המחלה1. יש גם שאפיינה את clonality של engrafting HSPCs ואנו נבנה פלטפורמה כדי לעקוב אחר קינטיקה, סחר, של פנוטיפ של HSPCs בודדים, הצאצאים שלהם, עצמיים השתלת הבאות1,14. השיטות המובאות כאן פותחו עם היעדים הבאים: i) כדי לבודד HSPCs מאוד טהור ו לטווח ארוך engrafting HSC קבוצות משנה, ii) כדי לשמור על HSCs פרימיטיביים במהלך ex-vivo תרבות, ו- iii) לשינוי ביעילות ג’ין-גם בתפזורת HSPCs או לטווח ארוך קבוצות משנה של מועדון הכדורגל מונפלייה engrafting. אנו מעסיקים מגנטי בסיוע-מיון תא (מקינטוש), וכן תא לפעיל על-ידי קרינה פלואורסצנטית מיון (FACS), לבודד phenotypically/פונקציונלית ברורים HSPC אוכלוסיות, בקנה אחד עם שיטות רבות קבוצות2,15, 16. קיום פרימיטיבי HSCs בתרבות (קרי, למזער את הבידול של תאים אלה לתוך אבות מחויבת לתת עלייה במלואה הבדיל קבוצות משנה הלימפה ואת מיאלואידית) היא היבט חיוני של הפרוטוקול המתואר כאן. למרות שאנחנו בעבר אפיינו גישות כדי להרחיב את HSPCs תוך שמירה על פנוטיפ פרימיטיביים17,18, כאן, אנו מתארים פרוטוקול זה מתמקד שמירה על HSCs ויה מינימלי (h 48) ומוגדר ex-vivo תרבות.
השינוי יעיל של HSPCs ומועדון הכדורגל מונפלייה קבוצות משנה היא המטרה המרכזית של פרוטוקול זה. בין מספר גישות דיווחנו, שניכם עד כה הניסויים הקליניים ובדוקים ביותר ב: שינוי ג’ין בתיווך LV, בתיווך נוקלאז גן לעריכת6,1,19. אסטרטגיות לעריכת גן אחד של מספר פלטפורמות נוקלאז לשינוי במיוחד גן יישוב עניין, לדוגמה, C-C כימוקין קולטן הקלד 5 (CCR5) לטיפול ב- HIV זיהום7,19 או Bcl11A לטיפול פתולוגיות של המוגלובין6. כאן, אנו מתמקדים שינוי ג’ין בתיווך LV, שבו מטענים הטרנסגניים להשתלב semirandomly8,1,20הגנום. יתרון מפתח של LV גישות היא היכולת לספק כמויות גדולות של חומר גנטי (עד 8 או 9 kilobases). למרות אסטרטגיות לעריכת ג’ין מפותחים למטרה transgene עניין לשלב רק בשעה לוקוס שצוין על-ידי רקומבינציה הומולוגית התורם (HDR), שיטות אלה דורשים יותר לפיתוח במבחנה, במודלים של בעלי חיים קטנים. לעומת זאת, LV וקטורים נעשה שימוש נרחב ב- NHPs וב -חולים21,22. חשוב, הפרוטוקול המתואר כאן, שמשתמשת בשלה מוניטור כמקור HSPC ההתחלתי, ניתן בקלות, בהרחבה להתאים, למשל, לבודד PBSCs. כמתואר לעיל, עלינו לנצל של רמה גבוהה של דמיון גנטי בין NHPs לבין בני האדם להשתמש ריאגנטים הרלוונטיים בשני המינים. לבסוף, הותאם בגישה זו כדי לשנות קבוצות משנה hematopoietic אחרים, כלומר T תאים12,23,24; כניסתו של גישות חיסוני יעיל של T-cell הסתמכה בכבדות על פלטפורמה זהה LV מנוצל פרוטוקול זה. שיטות אלה מתאימים עבור כל חוקר מעוניין HSPC ביולוגיה או שינוי בתיווך LV ג’ין. לדוגמה, פרוטוקול טיהור HSPC המובאת כאן יכול לשמש כדי לאפיין את הרומן מועשר-מועדון הכדורגל מונפלייה קבוצות משנה, כפי שתואר לעיל15,1,25. באופן דומה, התמרה חושית LV השיטות המובאות כאן יכול באופן דומה להיות מיושם, פיתוח נוסף עבור רבים סוגי תאים אחרים, שאלות ניסיוני, שניהם במודלים במבחנה ו ויוו.
לסיכום, אנו מציגים שיטות כדי לבודד ולשנות גנטית NHP HSPCs. שיטות אלה ניתן להתאים בקלות עבור מינים אחרים ומקורות אחרים של HSPCs. פרוטוקול זה ביסודיות vetted מציגה הבטחה גדולה הדגמים של טיפולים אפקטיבי עבור מחלות אנושיות רבות.
LV וקטור הנדסה היא השיטה הכי מאופיין ג’ין-לשנות סוגי תאים כגון CD34+ HSPCs, כבר אין ויוו עוקבות. הפרוטוקול המתואר כאן מיועד על מנת למקסם את מספר גנים-לאחרונה HSPCs זה נמשכות לטווח ארוך ויוו, לספק יתרונות קליניים בחולים עם מחלות ממאירות, זיהומיות, גנטי שונות. למרות אסטרטגיות לעריכת ג’ין הופיעו ב…
The authors have nothing to disclose.
המחברים מודים הלן קרופורד על הכנת את כתב היד, ג’ים Woolace לעיצוב גרפי, ואת ורוניקה נלסון Devikha Chandrasekaran עבור השתתפות בפיתוח של הפרוטוקול. הפיתוח של פרוטוקול זה נתמך על ידי מענקים של NIH המכון הלאומי לאלרגיה, מחלות זיהומיות (R01 AI135953 ו- AI138329 כדי H.P.K.) הלאומי ללב, ריאות, ואת מכון דם (R01 HL136135, HL116217, P01 HL122173 ו U19 HL129902 אל H.P.K.), כמו גם NIH P51 OD010425, בחלקו דרך מרכז הסרטן NIH/NCI, תמיכה גרנט P30 CA015704. H.P.K. הוא חוקר רפואה מולקולרית מרקי קיבל תמיכה כנמען ההשבעה של חוסה קאררס/דגלס Donnall תומאס ניחן הכיסא לחקר הסרטן, הכיסא ניחן פרד. האץ ‘ תא, ריפוי גנטי.
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). |