Ce rapport détaille la méthode d’injection localisée des vecteurs AAV via le bassinet du rein pour un transfert de gènes efficace et sûr dans le rein de souris.
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Article de méthode
Ce rapport détaille la méthode d’injection localisée des vecteurs AAV via le bassinet du rein pour un transfert de gènes efficace et sûr dans le rein de souris.
La mise au point d’outils et de méthodes in vivo efficaces pour l’administration de gènes au rein est cruciale pour faire progresser la recherche fondamentale sur les reins et la thérapie génique pour les maladies rénales. En outre, la prise de conscience croissante des maladies rénales monogéniques, stimulée par des tests génétiques avancés, souligne le potentiel de la thérapie génique pour traiter et même guérir les maladies rénales génétiques difficiles à traiter. À cet égard, les vecteurs de virus adéno-associés (AAV) ont suscité une attention croissante en tant que plate-forme robuste pour l’administration de gènes in vivo ; cependant, la méthode la plus efficace et la plus sûre pour l’administration de gènes médiés par un vecteur AAV à chaque type de cellule thérapeutiquement pertinent dans le rein n’a pas encore été entièrement établie. Ici, la méthode d’injection rétrograde lente du bassinet du rein (RP) des vecteurs AAV est détaillée, et son fort potentiel de transduction des reins de souris est démontré lorsqu’il est utilisé avec des capsides AAV correctement sélectionnées. De plus, cette méthode s’est avérée efficace non seulement avec les vecteurs AAV purifiés par ultracentrifugation standard au chlorure de césium (CsCl AAV), mais aussi avec les mini-préparations de vecteurs AAV ultrafiltrés par centrifugation (CU AAV), qui peuvent être préparés rapidement et simplement à l’aide de techniques qui ne nécessitent pas d’expertise spécialisée en matière de vecteurs AAV. À titre d’exemple, cette étude démontre que l’injection lente de RP des vecteurs CsCl et CU AAV-KP3 entraîne une transduction robuste des tubules proximaux dans le rein de souris sans lésion tissulaire apparente, contrairement aux approches hydrodynamiques précédemment rapportées qui entraînent inévitablement des lésions tissulaires. Ainsi, cette étude souligne que l’injection lente de RP rétrograde de certains vecteurs dérivés de la capside AAV est une méthode efficace et sûre pour l’administration de gènes au rein. Cette méthode sera applicable à un large éventail de recherches sur les reins, y compris les études de thérapie génique. L’utilisation de mini-préparations vectorielles CU AAV augmentera considérablement le débit et améliorera le temps et la rentabilité nécessaires pour générer des données préliminaires et obtenir des informations cruciales.
Des méthodes efficaces et sûres d’administration de gènes dans le rein chez les petits et les grands animaux de laboratoire offrent des opportunités cruciales pour faire progresser la recherche fondamentale sur les reins et explorer des approches thérapeutiques innovantes. La mise en place de telles méthodes est particulièrement pertinente pour la thérapie génique pour diverses maladies rénales. Les progrès récents des tests génétiques cliniques ont révélé une prévalence plus élevée de troubles rénaux monogéniques que ce qui avait été estimé précédemment, affectant environ 30 % des patients atteints d’insuffisance rénale chronique (IRC)1. L’IRC se caractérise par des lésions rénales progressives, conduisant finalement à une insuffisance rénale sans traitement modificateur de la maladie vraiment efficace. L’hémodialyse et la transplantation rénale sont des traitements actuellement disponibles ; cependant, ils ont des limites qui nuisent considérablement à la qualité de vie des patients atteints d’IRC2. Ainsi, la thérapie génique, une approche puissante cliniquement prouvée pour traiter les maladies génétiques, a suscité beaucoup d’attention ces dernières années en tant que nouvelle voie pour le traitement efficace des maladies rénales génétiques conduisant à l’IRC 3,4,5,6. Cette approche peut s’attaquer directement aux causes profondes des maladies et potentiellement offrir un remède.
Malgré les progrès constants dans le domaine, l’administration de gènes au rein reste un défi important dans la recherche et les milieux thérapeutiques. Il est difficile de cibler efficacement les cellules rénales avec des gènes thérapeutiques en raison de la structure complexe de l’organe et des barrières physiologiques uniques, y compris la barrière de filtration glomérulaire, qui est composée de cellules endothéliales glomérulaires, de la membrane basale glomérulaire et des processus du pied podocytaire. Diverses stratégies ont été explorées pour l’administration de gènes ciblant les reins, notamment l’injection directe du cortex rénal (RC) 7,8, l’injection de l’artère rénale (AR) 9,10,11, l’injection de veine rénale (RV) 12,13,14, l’injection du bassinet du rein (RP) 15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25 et l’injection intraveineuse (IV) 19,26,27,28,29,30 de vecteurs d’administration de gènes viraux ou non viraux, ainsi que l’administration d’acides nucléiques par ultrasons et par microbulles 31,32. Ces approches ont démontré des efficacités de transduction variables ou des résultats fonctionnels, produisant souvent des résultats incohérents qui sont difficiles à concilier (examiné dans les références 3,33,34,35). L’administration de gènes au rein est encore sous-développée, ce qui rend difficiles les comparaisons directes entre les systèmes vectoriels et les méthodologies. Cependant, les méthodes d’administration localisées, qui facilitent l’administration d’agents hautement concentrés directement dans le rein, ont généralement donné de meilleurs résultats que l’administration IV systémique. En outre, les vecteurs de virus adéno-associés (AAV), avec leurs profils d’innocuité robustes et leurs antécédents éprouvés en matière de traduction clinique36,37, ont été les plus étudiés et sont considérés comme le premier choix pour le transfert de gènes rénaux.
Les sérotypes AAV courants et les capsides modifiées ont démontré une transduction efficace des cellules mésangiales et mésenchymateuses dans le rein après injection IV chez la souris 28,30,38. Notamment, des études récentes ont montré que l’administration IV d’AAV9 peut effectivement transduire les podocytes dans des modèles murins du syndrome néphrotique et du syndrome d’Alport, bien que cet effet ne soit pas observé dans les reins sains38,39, et que l’administration IV d’une capside AAV2 modifiée peut cibler exclusivement les cellules endothéliales glomérulaires dans les reins sains et enflammés chez la souris40. Historiquement, les tubules rénaux ont été difficiles à transduire, par voie IV. Cependant, il a récemment été découvert que l’injection RP de certaines capsides AAV, telles que AAV-KP141, peut réaliser la transduction des tubules proximaux à des niveaux plus d’un ordre de grandeur supérieurs à ceux atteints avec la capside AAV9de référence 38. Bien que d’autres améliorations soient nécessaires, ces avancées ouvrent de nouvelles voies pour la recherche fondamentale sur les reins et la thérapie génique, offrant des opportunités qui étaient auparavant inaccessibles.
Dans le présent article, l’injection lente de RP rétrograde de vecteurs AAV est décrite comme une méthode efficace et sûre pour l’administration de gènes au rein de souris38. À titre d’exemple représentatif de cette technique, AAV-KP3 a été choisi comme capside exemplaire en raison de la découverte qu’il s’agit de l’une des six capsides (c’est-à-dire AAV-KP1, AAV-KP2, AAV-KP341, AAV-DJ42, AAV2G943 et AAV2.7m844) qui ont montré une meilleure transduction rénale par rapport à AAV9 après injection de RP chez la souris38. Notamment, les tissus rénaux rétrogrades lents injectés de RP n’ont montré aucune lésion tissulaire apparente contrairement à ceux traités par des approches hydrodynamiques précédemment rapportés23,24. De plus, les vecteurs miniprepAAV 45 purifiés grossièrement par ultrafiltration centrifuge simple et rapide (c’est-à-dire les vecteurs AAV CU) ont atteint des niveaux de transduction rénale d’environ 70 % de ceux pouvant être atteints par des préparations de vecteurs AAV purifiés par l’ultracentrifugation à gradient standard de chlorure de césium (CsCl) (c’est-à-dire les vecteurs AAV CsCl) lorsqu’ils sont administrés au même titre du génome du vecteur. Ainsi, la méthode et les observations présentées ici constituent une ressource précieuse et pratique pour les chercheurs qui cherchent à améliorer l’administration de gènes au rein chez la souris et chez des animaux potentiellement plus grands.
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Toutes les expériences sur les animaux décrites ici ont été approuvées par le comité institutionnel de protection et d’utilisation des animaux de l’Oregon Health & Science University (OHSU) et ont été effectuées conformément aux directives pour les soins aux animaux de l’OHSU. Dans cette étude, des souris mâles C57BL/6J âgées de huit semaines ont été utilisées. Les réactifs et l’équipement utilisés dans cette étude sont énumérés dans la table des matériaux.
1. Production d’un vecteur AAV par transfection de plasmide sans adénovirus
2. Purification par ultrafiltration centrifuge (CU) de vecteurs AAV (AAV miniprep)
3. Purification du gradient de densité CsCl des vecteurs AAV
4. Évaluation de la qualité des préparations de vecteurs AAV par SDS-PAGE suivie d’une coloration à l’argent
5. Identification des protéines AAV VP dans les préparations de vecteurs AAV CU par western blot
6. Injection du bassinet du rein (RP)
7. Prélèvement de tissus et cryosection
8. Coloration par immunofluorescence
9. Extraction d’ADN à partir de tissus
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Une étude récente a identifié un petit sous-ensemble de capsides AAV qui présente une amélioration remarquable de la transduction rénale par rapport à l’AAV9 après l’injection de RP38. Le sous-ensemble identifié comprend AAV-KP3, une capside AAV chimérique générée par brassage d’ADN41. Par conséquent, l’AAV-KP3 a été choisi pour l’injection de RP dans cette étude, ainsi que l’AAV9 comme référence. Le vecteur AAV9-CAG-tdTomato (AAV9) et le v...
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Ce rapport a détaillé l’injection RP rétrograde lente de vecteurs AAV comme méthode d’administration locale pour l’administration de gènes dans le rein de souris. Une étape critique pour effectuer en toute sécurité l’injection de RP est l’ajustement du taux d’injection des vecteurs AAV afin d’éviter des lésions parenchymateuses aux reins injectés. Dans un rapport précédent sur l’injection hydrodynamique du bassinet du rein, 100 μL de solution d’ADN plasmidique ont été injectés dans le re...
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H.N. reçoit une redevance sur les technologies liées aux AAV sous licence de Takara Bio Inc. et de Capsigen Inc., agit à titre de consultant pour des sociétés de biotechnologie, est cofondateur de Capsigen Inc. et détient des actions de Capsigen Inc. et de Sphere Gene Therapeutics.
Nous remercions Guangping Gao et James M. Wilson de nous avoir fourni le plasmide d’assistance d’AAV9 et Katja Pekrun et Mark A. Kay pour le plasmide d’aide d’AAV-KP3.
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| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| 0.45 μm PVDF syringe filter | MilliporeSigma | SLHVR33RS | |
| 1.5 mL microcentrifuge tube | Fisher Scientific | 05-408-129 | |
| 15 mL polypropylene tube | Corning | 352097 | |
| 16% paraformaldehyde (PFA) | Electron Microscopy Sciences | 15710 | |
| 250 mL centrifuge bottle | Fisher Scientific | 055641S24 | |
| 2F Silicone tubing | Sai Infusion Technologies | SIL-2-50 | |
| 25G butterfly needle | Medex Supply | 26708 | |
| 2-methylbutane | MilliporeSigma | MX0760 | |
| 2x qPCR reaction buffer | Fisher Scientific | 43-676-59 | Power SYBR Green PCR Master Mix |
| 30G needle | Becton-Dickinson & Co | 305106 | |
| 50 mL polypropylene tube | Corning | 430291 | |
| 5-0 monofilament suture | Ethicon | Y463G | |
| 5 M NaCl | Lonza | 51202 | |
| 6-0 absorbable suture | Ethicon | J489G | |
| 7.5% Mini-PROTEAN TGX Precast Protein Gels, 10-well, 30 µL | Bio-Rad | 4561023 | |
| Amersham ImageQuant 800 Western Blot Imaging System (Cytiva) | Cytiva | 29459405 | |
| Amicon 100 kDa MWCO, 15 mL tube | Millipore Sigma | UFC910024 | |
| Anti-aquaporin 2 (AQP2) antibody | Abcam | ab199975 | A marker for collecting duct cells |
| Anti-Na-K-2Cl cotransporter 2 (NKCC2) antibody | StressMarq Biosciences | SPC-401 | A marker for thick ascending limb cells |
| Anti-rabbit IgG Alexa Fluor 647 antibody | Jackson ImmunoResearch | 111-605-144 | |
| Anti-Wilms Tumor 1 (WT1) antibody | Abcam | ab89901 | A marker for podocytes |
| Beckman Coulter OptiSeal Tube, Polypropylene, 29.9 mL | Fisher Scientific | NC9691210 | |
| Beckman Coulter OPTISEAL TUBES | Fisher Scientific | NC9611575 | |
| Benzonase | Sigma-Aldrich | 1016970001 | |
| Bovine serum albumin (BSA) | Sigma-Aldrich | 5470 | |
| Centrifugal ultrafiltration tube | MilliporeSigma | UFC9100 | Amicon 100 kDa MWCO, 15 mL |
| Ceramic bead tube | Fisher Scientific | 15-340-154 | |
| Cesium chloride | Sigma-Aldrich | C3032-1KG | |
| Clamp applying forceps | Fine Science Tools | 00071-14 | |
| Closed-loop heat pad | Stryker Medical | 8002-062-012 | |
| Cotton-tipped applicator | Puritan | 806-WC | |
| Cover glass | Fisher Scientific | 12-541B | |
| Cryostat microtome | Tanner Scientific | TN50 | |
| Curved forceps | Fine Science Tools | 11052-10 | |
| Curved-type micro vessel clip | Kleinert-Kutz | 65145 | Clamp for the renal artery and renal vein |
| Dialysis cassette | Fisher Scientific | PIA52976 | |
| DNA extraction kit | Qiagen | 57704 | QIAamp MinElute Virus Spin Kit |
| D-Sorbitol | Sigma-Aldrich | S6021-1KG | |
| Dulbecco's Modified Eagle Medium- high glucose | Corning | 15-013-CV | DMEM-high glucose (4.5 g/L) |
| EDTA | Fisher Scientific | 15-575-020 | |
| Ethanol | Decon Laboratories | 2716GEA | |
| Fetal bovine serum (FBS) | VWR | 89510-186 | |
| Gas-tight glass syringe | Hamilton | 1710 TLL | |
| Glutaraldehyde solution | Sigma-Aldrich | G6257 | |
| Heat therapy pump | Kent Scientific | HTP-1500 | |
| HEPES | Sigma Aldrich | H4034-100G | |
| Hoechst 33342 | Invitrogen | H3570 | |
| Homogenizer | Fisher Scientific | 15-340-163 | |
| Human embryonic kidney (HEK) 293 cells | Agilent | 240073 | |
| Ice bucket | Fisher Scientific | 07-210-104 | |
| Infusion syringe pump | Harvard Apparatus | 70-4507 | |
| Isoflurane | Piramal Critical Care | NDC 66794-017-10 | |
| L-glutamine | Fisher Scientific | 25030-081 | |
| Liquid blocker pen | Ted Pella | 22309 | |
| Lotus tetragonolobus lectin (LTL)- Fluorescein | Vector Laboratories | FL-1321-2 | A marker for proximal tubules |
| Magnesium chloride (MgCl2) | MilliporeSigma | M1028 | |
| Meloxicam | VetOne | NDC 86136-012-10 | Analgesic |
| Microscope glass slide | Fisher Scientific | 12-550-15 | |
| Mounting medium | SouthernBiotech | 0100-01 | |
| Needle holder | Fine Science Tools | 12501-13 | |
| OCT compound | Sakura Finetek | 4583 | |
| Ophthalmic ointment | Bausch & Lomb | NDC 24208-313-34 | |
| PE-10 polyethylene tube | BD | 427401 | Inner diameter: 0.28 mm |
| Penicillin & Streptomycin Mix | Fisher Scientific | 15140-122 | |
| Phosphate-buffered saline (PBS) | Fisher Scientific | 10010-049 | |
| Plastic cryomold | Sakura Finetek | 4566 | |
| Poloxamer 188 Non-ionic Surfactant (10%) | Fisher Scientific | 24-040-032 | |
| Polyethylene Glycol 800 |
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