本方案描述了一种优化的造血干细胞和祖细胞(HSPC)培养程序,用于高效移植基因编辑细胞 体内.
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本方案描述了一种优化的造血干细胞和祖细胞(HSPC)培养程序,用于高效移植基因编辑细胞 体内.
CRISPR/Cas9 是一种高度通用且高效的基因编辑工具,已被广泛用于纠正多种遗传突变。体外对造血干细胞和祖细胞(HSPCs)进行基因操作的可行性,使其成为基因治疗的理想靶细胞。然而,HSPCs 在体外培养过程中会适度丧失其植入能力及多谱系重constitution潜能。本研究描述了理想的培养条件,可改善 HSPC 的植入效果,并在体内产生更多基因修饰细胞。本报告展示了优化的体外培养条件,包括培养基类型、独特的小分子混合物添加、细胞因子浓度、细胞培养板类型以及培养密度。此外,还提供了一套优化的 HSPC 基因编辑流程以及基因编辑事件的验证方法。为进行体内验证,展示了将基因编辑后的 HSPCs 输注至小鼠受体及其植入后的分析过程。结果表明,该培养体系在体外提高了功能性造血干细胞的频率,从而实现了基因编辑细胞在体内的高效植入。
在异基因移植环境中,人类白细胞抗原(HLA)匹配的供体难以获得,同时高效、多功能且安全的基因工程技术迅速发展,使得自体造血干细胞移植(HSCT)成为治疗遗传性血液疾病的一种根治性治疗策略1,2。自体造血干细胞和祖细胞(HSPC)基因治疗包括采集患者的HSPC,进行遗传学操作,纠正致病突变,并将基因修复后的HSPC回输至患者体内3,4。然而,基因治疗的成功依赖于可移植的基因修饰移植物的质量。基因操作步骤以及HSPC的体外培养会降低长期造血干细胞(LT-HSCs)的比例,从而影响移植物质量,因此需要回输大剂量的基因修饰HSPC2,5,6。
目前,多种小分子(包括 SR1 和 UM171)正被用于有效扩增脐带血造血干细胞和祖细胞(HSPCs)7,8对于成体HSPCs,由于动员后获得的细胞产量较高,因此不需要进行大规模扩增。然而,在分离的HSPCs中维持其干性仍至关重要。 离体 培养对于其基因治疗应用至关重要。因此,开发了一种利用小分子组合——白藜芦醇、UM729 和 SR1(RUS)——富集造血干细胞(HSCs)的培养方法。7优化的HSPC培养条件可促进HSC的富集,从而提高基因修饰HSC的频率 体内,并减少对大量HSPC进行基因操作的需求,从而促进具有成本效益的基因治疗策略的实现8.
本文详细描述了一种造血干细胞和祖细胞(HSPCs)培养的综合方案,以及基因编辑细胞的输注与分析方法 体内.
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在印度韦洛尔基督教医学院机构动物伦理委员会(IAEC)的批准并遵循其指南的情况下,开展了针对免疫缺陷小鼠的体内实验。在获得机构审查委员会(IRB)批准后,通过知情同意从健康人类供体采集粒细胞集落刺激因子(G-CSF)动员的外周血样本。
1. 外周血单个核细胞(PBMNCs)的分离与CD34+细胞的纯化
2. 体外 纯化HSPC的培养
3. HSPC 的基因编辑
4. 在造血干细胞和祖细胞中验证基因编辑事件
5. 基因编辑造血干细胞的移植
6. 短期植入潜能的评估
7. 长期植入潜能的评估
8. 免疫表型分析
9. 植入骨髓单个核细胞中基因编辑频率的评估
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本研究确定了有利于维持CD34表达的理想HSPC培养条件+CD133+CD90+ 造血干细胞在 离体 培养。为了展示造血干细胞(HSCs)在培养过程中的富集效果以及基因修饰HSCs的高效生成,本文优化了外周血单个核细胞(PBMNC)分离、CD34+ 细胞纯化、培养、基因编辑、移植、植入特性鉴定及基因修饰细胞 体内 提供的(图1)。纯化后,通过流式细胞术检测HSPC标志物,并将HSPCs培养72小时。培养72小时后,使用Cas9核糖核蛋白(RNP)对HSPCs进行核转染,并继续培养额外2天。含有RUS cocktail的优化培养条件显示出更高的细胞活力和更高比例的CD34+CD133+CD90+ 造血干细胞和提高的基因编辑频率(图2)以进一步证明优化后的培养条件可提高基因修饰细胞的频率 体内 第3天靶向HSPCs的 ...
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HSPC基因治疗的成功结果主要依赖于移植物中可植入HSC的质量和数量。然而,HSC的功能特性在基因治疗产品的制备阶段会受到显著影响,包括 体外 与基因操作过程相关的培养和毒性问题。为了克服这些限制,我们已确定了理想的HSPC培养条件,能够维持CD34+CD133+CD90+ 造血干细胞在 ex 体内 培养。许多研究团队已使用 SR1 或 UM171 或其他分子作为单一分子来扩增脐带血(UCB)造血干细胞和祖细胞(HSPCs) 体外23,24之前的一项研究联合使用了SR1和UM17125培养基中的小分子和细胞因子经过专门优化,适用于动员后的成人造血干细胞和祖细胞(HSPCs)及其在自体基因治疗中的应用。筛选实验表明,联合使用三种小分子——白藜芦醇(Resveratrol)、UM729 和 SR1,对于获得高数量的 CD34⁺ 细胞至关重要。
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作者声明不存在任何竞争性财务利益。
作者希望感谢CSCR流式细胞术平台和动物实验平台工作人员的支持。A. C. 获得了印度医学研究理事会(ICMR)高级研究员奖学金的资助,K. V. K. 获得了印度科学技术部(DST)-INSPIRE奖学金的资助,P. B. 获得了印度科学与工业研究理事会(CSIR)-JRF奖学金的资助。本研究工作由印度政府生物技术部资助(项目编号:BT/PR26901/MED/31/377/2017 和 BT/PR31616/MED/31/408/2019)
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| 抗人 CD13 PE | BD 生物科学 | 555394 | |
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| 抗人 CD3 PE-Cy7 | BD BIOSCIENCE | 557749 | |
| 抗人CD90 APC | BD BIOSCIENCE | 561971 | |
| 抗人CD133/1 | Miltenyi Biotec | 130-113-673 | |
| 抗人 CD34 PE | BD BIOSCIENCE | 348057 | |
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