誘導多能性幹細胞(iPSC)由来の筋原性前駆細胞は、筋ジストロフィーを治療するための細胞治療戦略の有望な候補である。このプロトコルは、急性および慢性筋肉再生のマウスモデルにおけるiPSC由来メソアンジオ芽細胞(筋前駆体の一種)の生着および分化を評価するために必要な移植および機能的測定について記述する。
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方法論記事
* These authors contributed equally
誘導多能性幹細胞(iPSC)由来の筋原性前駆細胞は、筋ジストロフィーを治療するための細胞治療戦略の有望な候補である。このプロトコルは、急性および慢性筋肉再生のマウスモデルにおけるiPSC由来メソアンジオ芽細胞(筋前駆体の一種)の生着および分化を評価するために必要な移植および機能的測定について記述する。
患者由来のiPSCは、将来の自家細胞療法プロトコルにとって非常に貴重な細胞源となる可能性があります。iPSC由来の筋芽幹細胞/前駆細胞は、ペリサイト由来のメソアンジオ芽細胞(iPSC由来のメソアンジオ芽細胞様幹細胞/前駆細胞:IDEMs)と同様に、異なる形態の筋ジストロフィーの影響を受ける患者から生成されたiPSCから確立することができる。患者固有のIDEMは、異なる戦略(レン チウイルスベクター、ヒト人工染色体など)で遺伝的に補正され、筋形成調節因子MyoDの過剰発現時に筋形成分化の可能性を高めることができる。この筋形成電位は、特異的分化アッセイを用いて インビトロで 評価され、免疫蛍光によって分析される。IDEMの再生電位は、急性および慢性の筋肉再生を示す2つの代表的なマウスモデルにおける筋肉内および動脈内移植時に 、生体内でさらに評価される。宿主骨格筋へのIDEMの寄与は、移植されたマウスにおける異なる機能検査によって確認される。特に、動物の運動能力の改善はトレッドミル試験で研究される。細胞の生着と分化は、移植された筋肉に関する多くの組織学的および免疫蛍光アッセイによって評価される。全体として、この論文では、細胞移植の有効性を分析するための移植方法とその後の結果尺度に焦点を当てて、IDEMの分化能力を評価するために現在利用されているアッセイとツールについて説明する。
メソアンジオ芽細胞(MAB)は、血管関連筋前駆腫が1〜3の球のサブセットに由来する。衛星細胞4 のような正規筋前駆体に対するMABsの主な利点は、動脈内に送達されたときに血管壁を横切る能力に存在し、したがって細胞療法プロトコルにおける骨格筋再生に寄与する。この特徴は、筋ジストロフィー1,5,6のマウスとイヌの両方のモデルで評価され、確認されている。これらの前臨床試験は、デュシェンヌ型筋ジストロフィー(EudraCT no.2011-000176-33;現在イタリアのミラノのサンラファエレ病院に行っている)のドナーHLA同一のMABの動脈移植に基づく第一次相I/II臨床試験の基礎を構築しました。体全体の筋肉を治療するために何十億もの細胞が必要な細胞療法アプローチの主なハードルの1つは、「薬効製品」(細胞)の限られた増殖性です。さらに、それは四肢ガードル型筋ジストロフィー2D(LGMD2D;で発生するので、筋ジストロフィーのいくつかの形態の影響を受ける患者からMABを得ることは不可能であることを最近実証されています;OMIM #608099)7.
これらの制限を克服するために、MAB様の幹細胞をヒトおよびマウスiPSCから導出するためのプロトコルが最近確立されている。この手順は、成人の筋肉由来のMABsに非常に類似した血管遺伝子シグネチャおよび免疫フェノタイプを有する容易に拡張可能な細胞集団を生成する。筋原性調節因子MyoDの発現に際して、マウスとヒトのIM(それぞれMidEMおよびHIDEM)の両方が末期骨格筋分化を受ける。この目的を達成するために、IDEMは、構成的にまたは誘導可能な方法で、MyoD発現を駆動することができるベクトルを用いてトランスミズムすることができる8-10。エストロゲン受容体と融合したMyoD cDNA(MyoD-ER)を含むレンチウイルスベクターが使用され、タモキシフェン(エストロゲン類似体)投与11で核転位が可能となる。この戦略は、高効率7で肥厚多核筋管の形成をもたらす。特に、IDEMは非腫瘍性であり、移植時に宿主筋肉の中で生着および分化することができ、異なるベクター(レンチウイルスまたはヒト人工染色体) を使用して遺伝的に矯正することができ、将来の自己治療戦略への道を開く。上記の出版物7に、IDEMの導出、特性評価および移植について説明した。本プロトコル論文では、筋肉再生のマウスモデルにおける移植の有効性をテストするために、IDEMの インビトロ 筋原性分化とそれに続く結果測定を評価するために実施されたアッセイについて詳述する。
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1. 筋原性及び生着ポテンシャルの評価
分化の効率は、MyHC陽性細胞内の核の割合として評価される:効率が>50%であれば次のステップに進む。
2. 筋ジストロフィーのマウスモデルにおける移植
この移植アッセイは、筋ジストロフィーのマウスモデルにおけるIDEMの生着の程度を評価することを可能にする。動物は、以下のように扱い、この疾患表現型の機能的改善について評価することもできる。機能検査は移植後2週間から行うことができる。生着を強化するために、3x(すなわち合計3回の注射/筋肉)のために3週間ごとに移植前トレッドミル運動(プロトコル3に記載されている)および/または連続細胞注射を行うことを検討してください。
3. 移植性ジストローフ動物の結果対策:トレッドミル試験
細胞移植後2週間から、トレッドミル試験で処置されたマウスの運動能力の機能的改善を評価することが可能である。このテストは処置されたマウスの運動の許容度/持久力の評価を可能にする。マウスは、一連の連続した機械的刺激(5秒に1回)の後にトレッドミルを再び係合しようとすることなく、5秒以上休憩領域に横たわると疲労していると考えられる。ベースライン測定は、治療の約1ヶ月前に開始し、各単一の試験動物の改善を評価するために使用されます。この検査の後に、繊維の脆弱性、力の改善、生着、移植された細胞の分化、および移植された筋肉の形態学的改善を監視するための追加のアッセイが続く(議論参照)。
トラブルシューティング:最低5歳、遺伝子型、および性に一致する動物/群を使用し、移植後に少なくとも3倍の測定を繰り返します。
4. 移植筋肉における細胞の生着と分化の評価
移植および制御筋肉は適切な時点で収穫される(短期生着分析には<2日、中期では2~3週間、長期分析では>1ヶ月)。移植した細胞がGFPで標識されている場合、新たに単離された筋肉の生着は、UV装備の実体顕微鏡下で直接蛍光によって評価することができる。
5. 筋組織病理学
組織病理学的解析は、移植された筋肉の形態構造の評価を可能にする。組織構造のアーキテクチャの改善は、細胞治療アプローチの結果として期待される。
ヘマトキシリンとエオシン染色は、次のような再生筋肉の特徴を計算することを可能にする: a) ミオファイバーの数;b) 断面積;c)中心核を含む筋繊維の数。マッソンのトリクロームは、画像の全面積から骨格筋線維によって占める総面積を差し引くことによって行われる繊維指数を計算するために使用される:結果として得られた領域は、主に筋肉の結合および脂肪浸潤を反映する。画像上のすべての分析は、測定ツールとセルカウンタープラグインとのImageJソフトウェア(NIH)を使用して行うことができる。
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報告された代表的な結果は、図1のワークフローに示されている主なin vitro/in vivoアッセイに従います。48時間4OHタモキシフェン投与後のMyoD陽性核は、培養中のMyoD-ER導入IDEM内で識別可能である(図2A)。その後、細胞は融合し、多核化されたミオチューブに分化する(図2B)。急性筋肉損傷のマウスモデルに筋肉内移植を行うと、IDEMが組織再生に寄与する(図3)。筋ジストロフィーのマウスモデルに対する遺伝子および細胞治療設定におけるIDEMの有効性は、トレッドミル運動耐性試験によって評価された:図4は、野生型MIDPMをSgca-null/scid/ベージュマウスに移植した後に得られた結果を示し、治療されたマウスにおける運動能力の改善を示す7。移植された筋肉のエクスビボ分析は、宿主組織へのIDEMのコロニー形成の程度を表すGFP陽性領域を示し(図5A-C)、し...
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iPSCは自己再生の可能性を保ちながら無期限に拡張できるため、広範囲の細胞系統12に分化するよう指示される。このため、iPSC由来のステム/前駆細胞は、自家遺伝子および細胞治療の有望な源と考えられる13.著者らからの以前に発表された研究は、iPSCからのマウスおよびヒト筋原性前駆体の生成を、近球由来のMAB(IDEM)と同様の表現型を有し、筋ジストロフィー7のマウスモデルにおける筋肉再生に対するその効率的な寄与を報告した。
IDEM筋原性ポテンシャルを最大にするための前提条件は、細胞内の筋形成因子MyoDの発現である。タモキシフェン誘導性MyoD-ERカセットを用いたトランスダクションは、その発現を正確に一時的に制御し、その活性化を全培養中およびその後 インビボで同期させる利点を有する。筋肉あたりの細胞の単一投与に基づく移植戦略(または大腿動脈あたり)は、この記事で説明されています。しかしながら、反復細胞注射は、異なる細胞療法プロトコル8におけるMABの生着を増加させるに効果的...
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F.S.T.は国際特許出願(いいえ。PCT/GB2013/050112) この記事で説明されている戦略の一部を含む。彼は彼の研究のためにプロミメティックとDWC Ltd.によって資金を受け取りました。
著者らは、ジュリオ・コス、マルティナ・ラガッツィ、そして研究室全体に有益な議論と支援をしてくれたことに感謝し、ジェフ・チェンバレンがMyoD-ERベクターを親切に提供してくれたことに感謝している。生きた動物を含むすべての実験は、関連するすべての規制機関および機関機関、規制およびガイドラインに従って完了しました。著者の研究室での研究は、英国医学研究評議会、欧州共同体第7フレームワークプロジェクトオプティステムとバイオデザイン、イタリアのデュシェンヌ親プロジェクトによってサポートされています。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 試薬 | |||
| MegaCell DMEM | Σ | M3942 | |
| DMEM | シグマ | D5671 | |
| IMDM | シグマ | I3390 | |
| 馬の血清 | ユーロクロン | ECS0090L | |
| 胎児ウシ血清 | ロンザ | DE14801F | |
| PBSカルシウム/マグネシウムフリー | ロンザ | BE17-516F | |
| L-グルタミン | Σ | G7513 | |
| ペニシリン/ストレプトマイシン | Σ | P0781 | |
| 2-メルカプトエタノール | Gibco | 31350-010 | |
| ITS(インスリン-トランスフェリン-セレン) | Gibco | 51500-056 | |
| 非必須アミノ酸溶液 | Sigma | M7145 | |
| ファー・イン・ソル | ・ミード・ジョンソン | ||
| Ferlixit | Aventis | ||
| オレイン酸 | シグマ | 01257-10 mg | |
| リノール酸 | シグマ | L5900-10mg | |
| ヒトbFGF | Gibco | AA 10-155 | |
| 成長係数を減らしたマトリゲル | ベクトンディキンソン | 356230 | |
| トリプシン | シグマ | T3924 | |
| ナトリウムヘパリン | メインファーマ | ||
| トリパンブルー溶液 | シグマ | T8154 | 有害 |
| パテントブルー染料 | シグマ | 19、821-8 | |
| EDTA | シグマ | E-4884 | |
| パラホルムアルデヒド | TAABP001 | 有害 | |
| タモキシフェン | シグマ | T5648 | |
| 4-OHタモキシフェン | シグマ | H7904 | |
| pLv-CMV-MyoD-ER(T) | Addgene | 26809 | |
| Cardiotoxin | Sigma | C9759 | 有害 |
| ポビドンヨウ素 | |||
| トラガチャントガム | MPバイオメディカル | 104792 | |
| イソペンタン | VWR | 24,872,323 | |
| ティッシュテックOCT | サクラ | 4583 | |
| スクロース | VWR | 27,480,294 | |
| 偏光ガラススライド | サーモ | J1800AMNZ | |
| エオシン Y | シグマ | E4382 | |
| ヘマトキシリン | シグマ | HHS32 | |
| マッソンのトリクローム | バイオオプティカ | 04-010802 | |
| マウス抗ミオシン重鎖抗体 | DSHB | MF20 | |
| マウス抗ラミンA/C抗体 | ノボカストラ | NLC-LAM-A/C | |
| ヘキスト33342 | シグマフルーカ | B2261 | |
| ウサギ抗ラミニン抗体 | Sigma | L9393 | |
| MATERIALS AND EQUIPMENT | |||
| 吸着性抗菌縫合糸 4-0 | Ethicon | vcp310h | |
| 30 G ニードルシリンジ | BD | 324826 | |
| トレッドミル | コロンバスインストゥルメント | ||
| 胸像顕微鏡 | Nikon | SMZ800 | |
| 倒立顕微鏡 | ライカ | DMIL LED | |
| イソフルランユニット | Harvad Apparatus | ||
| 光ファイバーEuromecs(オランダ) | EK1 | ||
| 温熱パッド | Vet Tech | C17A1 | |
| メス | Swann-Morton | 11REF050 | |
| 外科用鉗子 | Fine Scientific Tools | 5/45 | |
| 高温焼灼器 | Bovie Medical | AA01 | |
| MEDIA COMPOSITION | |||
| 培地組成は以下に詳述されています。 HIDEMs growth medium:
| |||
表1.試薬、材料、装置、培地のリスト. |
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