Qui, presentiamo un approccio di terapia genica che somministra chitosano rivestito di ABE direttamente al midollo osseo mediante iniezione intraossea.
Articolo metodologico
* These authors contributed equally
Qui, presentiamo un approccio di terapia genica che somministra chitosano rivestito di ABE direttamente al midollo osseo mediante iniezione intraossea.
La somministrazione di plasmidi esogeni negli animali da esperimento è fondamentale nella ricerca biomedica, compresa lo studio delle funzioni geniche, il chiarimento dei meccanismi della malattia e la valutazione dell'efficacia dei farmaci. Tuttavia, l'efficienza di trasfezione del metodo attuale è relativamente bassa e l'introduzione di plasmidi per l'espressione genica a lungo termine può essere influenzata dal sistema immunitario. Per affrontare queste limitazioni, abbiamo sviluppato e studiato un nuovo metodo che utilizza il chitosano per incapsulare i plasmidi dell'editor di basi adenine (ABE) e quindi somministrare direttamente il complesso al midollo osseo dei topi mediante iniezione intraossea. In questo studio, per colpire il gene CaMK II δ , che è strettamente correlato alla differenziazione degli osteoclasti, abbiamo utilizzato il chitosano per incapsulare i plasmidi ABE CaMK II δ . Abbiamo iniettato direttamente il carico plasmidico nella cavità del midollo osseo mediante iniezione intraossea. I risultati hanno mostrato un'elevata efficienza di editing in vivo del 14,27% al locus A1 e del 10,69% al locus A2 nei topi riceventi. Questa nuova strategia non solo è particolarmente adatta per le malattie causate da una funzione anomala degli osteoclasti, ma ha anche un potenziale significativo per far progredire il campo della terapia genica.
La terapia genica è emersa come un approccio promettente nel campo della ricerca biomedica 1,2. Offre il potenziale per trattare una varietà di disturbi introducendo plasmidi estranei in animali da esperimento per modulare l'espressione di geni specifici e studiarne gli effetti terapeutici. Tuttavia, i metodi di somministrazione convenzionali hanno riscontrato alcuni problemi che ne limitano l'efficacia e la sicurezza3. Le preoccupazioni includono la bassa efficienza di trasfezione, l'elevato danno biologico e la bassa efficienza dell'espressione genica. Pertanto, è necessario stabilire un nuovo metodo di somministrazione per la terapia genica in grado di superare queste limitazioni.
Il chitosano è un polisaccaride naturale con una buona biodegradabilità e biocompatibilità 4,5,6, che lo rende facile da degradare nei corpi animali senza causare grave tossicità biologica. È stato ampiamente utilizzato nella somministrazione di farmaci grazie al suo alto tasso di inclusione del farmaco 7,8, alla maggiore efficienza di somministrazione e alla riduzione dei danni agli animali.
La tecnologia di editing genetico ABE, che consente la conversione diretta di coppie di basi da A-T a G-C, è promettente nella ricerca genetica e medica. Rispetto all'attuale tecnologia di editing genetico tradizionale, la tecnologia ABE può ottenere un'accurata mutazione di base singola, riducendo così l'editing di sequenze di DNA non bersaglio, riducendo gli effetti off-target 9,10 e portando a zero rotture del doppio filamento del DNA11, il che riduce notevolmente il rischio di editing genetico12. La tecnologia ABE è anche altamente biocompatibile ed è più adatta per la ricerca sul trattamento delle malattie.
L'iniezione della vena caudale è un metodo comune utilizzato per la somministrazione in vivo di plasmidi, soprattutto nella terapia genica. Il gene bersaglio di questo studio è CaMK II δ, che è strettamente correlato al differenziamento degli osteoclasti13,14. L'uso dell'iniezione intraossea al posto della vena caudale consente al plasmide modificato di entrare negli osteoclasti direttamente nel midollo osseo. Questa trasmissione diretta al midollo osseo aumenta l'efficienza e la stabilità dell'espressione genica, il che è vantaggioso per il trattamento delle malattie legate alla disfunzione degli osteoclasti.
Qui, presentiamo un nuovo metodo che prevede l'incapsulamento del plasmide ABE con il chitosano e quindi l'introduzione diretta del complesso nei topi mediante iniezione intraossea. Attraverso questo metodo, speriamo di aprire la strada a trattamenti di terapia genica più efficaci per i plasmidi estranei che entrano negli organismi, in particolare le malattie legate alla disfunzione degli osteoclasti.
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Tutti gli esperimenti sugli animali descritti sono stati approvati dal Comitato per la salute animale dell'Università di Anhui sull'uso e la cura degli animali. In questo studio, ABE è stato generosamente donato dal professor Tian Chi (Università di Scienza e Tecnologia di Shanghai, Shanghai, Cina; Figura 1D).
1. Costruzione del plasmide ABE
2. Estrazione di cellule midollari
3. Trasfezione del chitosano
4. Citometria a flusso
5. Iniezione nella cavità del midollo osseo
6. Sequenziamento con metodo Sanger
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I plasmidi in vitro sono stati iniettati nei topi mediante iniezione intraossea (Figura 1A). La dimensione media delle particelle delle nanoparticelle era di circa 202,9 nm, il potenziale era di 2,77 mV e il PDI era di 0,22 (Figura 1B). La Figura 1C mostra la forma superficiale delle nanoparticelle osservate come sferiche al microscopio elettronico. La Figura 1D
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Per la ricerca biomedica, la sfida nel fornire plasmidi esogeni agli animali consiste nel migliorare l'efficienza della somministrazione e dell'espressione genica, riducendo contemporaneamente al minimo i danni agli animali per ottenere l'effetto terapeutico desiderato15,16. Presentiamo un nuovo metodo di iniezione intraossea di rilascio di plasmidi ABE mediato da chitosano nelle cellule del midollo osseo di topi riceventi. Quest...
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Gli autori dichiarano di non avere interessi concorrenti.
Questo lavoro è stato finanziato dalla Fondazione per le Scienze Naturali della Provincia di Anhui (2208085MC74, 2208085MC51) e dalla Fondazione per la Ricerca Scientifica del Dipartimento dell'Istruzione della Provincia di Anhui, Cina (KJ2021A0055).
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| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Provette PCR da 0,2 ml, tappo piatto | LABSELECT | PT-02-C | |
| Siringa da 1 ml | Anhui Jiangnan attrezzature mediche Co., LTD | / | |
| 1% Pentobarbital sodico | / | / | |
| Provette per microcentrifuga da 1,5 ml | LABSELECT | MCT-001-150 | |
| 10 & volte; Tampone di caricamento del DNA | Vazyme | P022-01 | |
| 10X T4 DNA Ligasi Tampone 1 ml | TaKaRa Biotechnology (Dalian) Co., LTD | 2011A | |
| 1250 μ l Puntale per pipetta da 102,1 mm | LABSELECT | T-001-1250 | |
| 200 μ l Puntali per pipette da 50,55 mm | LABSELECT | T-001-200 | |
| 2x Phanta Max Buffera | Vazyme | P505-d1 | |
| 4 ? centrifuga | Thermo Fisher | 75002425 | |
| Provetta da centrifuga da 50 ml | LABSELECT | T-012-50 | |
| Piastre per colture cellulari a 6 pozzetti | LABSELECT | 11110 | |
| Agar | Sangon Biotech | A505255-0250 | |
| Amp | Abiowell | / | |
| Chitosano | Sangon Biotech | A600614-0500 | |
| Agitatore per colture a temperatura costante | Shanghai Zhicheng Analytical Instrument Manufacturing Co., LTD | ZWY-200D | |
| Contacellule automatizzato Countess | Thermo Fisher Scientifico | Contessa II/II FL | |
| Countess Cell Counting Camera Vetrini e supporto, monouso | Thermo Fisher Scientifico | Codice: C10228 | |
| CutSmart Buffer | Biolaboratori del New England | B7204SVIAL | |
| DH5&alfa; | Biosistemi generali | CS01010 | |
| DMEM | Gibco | C11995500BT | |
| Miscela dNTP | Vazyme | P505-d1 | |
| Enzima Esp3I | NEBiolabs | R0734S | |
| Acido etilendiamminatetraacetico | VETEC (sigma-aldrich) | V900106 | |
| Siero fetale bovino | OriCell | FBSAD-01011-500 | |
| Citometro a flusso | BD FACSCalibur | 342975 | |
| Tubo di flusso | Beyotime Biotecnologie | FFC005-1borsa | |
| Microscopio a fluorescenza | Leica | 427019 | |
| Kit di purificazione gel maxi | TIANGEN | DP210 | |
| Kit per estrazione di DNA genomico | TIANGEN | DP304 | |
| Acido acetico glaciale | Società del gruppo farmaceutico nazionale cinese | 10000218 | |
| Marcatore DNA GoldBand DL2.000 | YESEN | Codice 10501ES60 | |
| Macchina per il ghiaccio | Shanghaizhengqiao | BNS-30 | laboratorio riservato |
| ImunoSep Buffer | Precisione Biomedicals Co., LTD | 604050 | |
| Megafuge 8 Centrifughe da banco piccole serie | Thermo Fisher Scientifico | 75004250 | |
| MEM | Tecnologia di vita | 11140050 | |
| NanoDrop 2000 | Thermo Fisher Scientific, Stati Uniti | ||
| NaOH | SIGAM | S5881-500G | |
| PBS | XiGene | XG3650 | |
| Vettore PCMV-SPRY-ABE8E | / | / | |
| Apparecchio di amplificazione PCR | Thermo Fisher | AKC96300441 | |
| Penicillina/Streptomicina | Distretto di Solarbio | P1400 | |
| peptone | Sangon Biotech | A505247-0500 | |
| Phanta Max DNA polimerasi super-fedeltà | Vazyme | P505-d1 | |
| Lisato di globuli rossi | Beyotime | Visualizzazione del materiale C3702 | |
| Cloruro di sodio | Società del gruppo farmaceutico nazionale cinese | 10019318 | |
| Solfato di sodio | Aladdin | S433911 | |
| T-001-10 10μ l Puntali per pipette da 31,65 mm | LABSELECT | T-001-10 | |
| T4 DNA ligasi | TaKaRa Biotechnology (Dalian) Co., LTD | 2011A | |
| Tris | BioFroxx | 1115KG001 | |
| triptone | Sangon Biotech | A505250-0500 | |
| miscelatore a vortice | sigma | Z258423 | |
| Bagnomaria | shanghaiyiheng | DK-80 | |
| YeaRed Colorazione in gel per acido nucleico | YESEN | Codice 10203ES76 | |
| Estratto di lievito | BBI | A610961-0500 | |
| Zetasizer Nano | Malvern Panalytical | Zetasizer Nano ZS | |
| β-mercaptoetanolo | Sigma | 444203 |
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