このプロトコルは、インドール産生の弱毒化された ブルセラ・メリテンシス 株をNOD/ShiLtJマウスに静脈内投与し、その後、縦断的な糖尿病モニタリング、膵組織学、オプションで高プレックス空間プロテオミクスおよび単細胞RNAシーケンスを行って、膵島の免疫再プログラムを評価する方法を記述しています。
方法論記事
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このプロトコルは、インドール産生の弱毒化された ブルセラ・メリテンシス 株をNOD/ShiLtJマウスに静脈内投与し、その後、縦断的な糖尿病モニタリング、膵組織学、オプションで高プレックス空間プロテオミクスおよび単細胞RNAシーケンスを行って、膵島の免疫再プログラムを評価する方法を記述しています。
1型糖尿病(T1D)は膵臓β細胞の自己免疫破壊によって引き起こされ、現在の治療法では持続的な免疫耐性の回復に失敗しています。免疫調節代謝物を産生する代謝工学細菌は有望な単回投与治療戦略を示しています。本論文では、インドール産生の弱毒化された ブルセラ・メリテンシス 株BmΔvjbR::tnaAを単回静脈内投与し、前糖尿病の女性NOD/ShiLtJマウスにおける自己免疫性糖尿病発症への影響を評価する包括的なプロトコルを提示します。
プロトコルは、凍結グリセロールストックからBmΔvjbR::tnaAを製製し、選択的培地で中間ログ相まで培養し、光密度に基づくコロニー形成単位を計算することから始まります。生後<週齢のメスのNODマウスは麻酔なしで拘束され、外側尾静脈からリン酸塩緩衝生理食塩水に定められた細菌量を静脈注射し、温熱パッドで維持されます。血糖値は、2時間の断食後に週2回、70〜105日間の血糖値を監視し、糖尿病は2回連続した血糖値≥250 mg/dLと定義されます。実験的エンドポイントでは、採取した膵臓を中性緩衝ホルマリンに72時間固定し、パラフィン埋め込みを行い、ヘマトキシリンおよびエオシン染色、インスリン免疫組織化学、全膵島面積定量のために切片します。ホルマリン固定パラフィン埋め込み切片は、調節および効果免疫集団を可視化するために25マーカー抗体パネルを用いた空間プロテオミクスに提出されます。最後に、新鮮な膵組織は単一細胞分離、3′ライブラリーの調製、シーケンス、そしてスーラベースのバイオインフォマティクス解析を受け、免疫および間質集団における転写変化のプロファイル化を行います。
この統合プロトコルにより、単回量細菌療法の再現性の送達と膵島免疫リモデリングの多様態特性解析が可能となり、自己免疫モデルにおける代謝物工学微生物の試験や、組織特異的免疫機構を単一細胞分解で解析するための枠組みを提供します。
1型糖尿病(T1D)は、インスリン産生の膵臓β細胞が免疫媒介によって破壊されることを特徴とする慢性自己免疫疾患であり、これにより生涯にわたるインスリン依存と血管合併症のリスク増加を引き起こします。NOD/ShiLtJマウスは、ヒト自己免疫性糖尿病の主要特徴である自発性膵炎や明らかな糖尿病への進行を要約し、メカニズム的および治療的研究1,2,3の前臨床モデルとして広く用いられています。現在のT1D治療法(免疫抑制薬、モノクローナル抗体、採用型調節T細胞(Treg)療法などは、一時的に疾患の進行を遅らせることができますが、免疫耐性の持続的な回復やβ細胞質量1,2,4,5,6,7,8,9,10の持続的な保存にはしばしば失敗しています。11。
Tregやその他の調節集団の標的化は、自己多クローナルTreg輸注、遺伝子設計抗原特異的Treg、IL-2ベースのレジメン1、2、4、5、6、7、8、9、10、11を含む新興のT1D治療の主要な焦点です.しかし、膵島内の炎症促進微小環境はこれらの手法の有効性を損なう可能性があり、組織常駐免疫ネットワークを局所的に再プログラムする必要性を強調しています2,7。微生物由来のトリプトファン代謝物、特にインドールおよび関連化合物は、調節T細胞の分化を促進し、抗炎症マクロファージ分極を誘導し、Th17応答を抑制することで、自然免疫および適応免疫の両方を調節できます(12,13)。したがって、生微生物治療薬と代謝工学的細菌は、免疫調節代謝物をその場で送達し、組織免疫を再形成する有望な戦略を示しています(12,13,14,15,16,17,18)。
以前、私たちは代謝的に設計されたBrucella melittensis株BmΔvjbR::tnaAを開発しました。これは、Tregを拡大し炎症性微小環境をリモデリングすることで自己免疫性関節炎を制御するものです。BmΔvjbRのような減性ブルセラ株はワクチンプラットフォームとして広く特徴付けられており、免疫調節ペイロード14,15,16を運ぶように遺伝子改変が可能です。
ここでは、NOD/ShiLtJモデルにおけるBmΔvjbR::tnaAの単一静脈内投与を評価する詳細なプロトコルを提示します。これには、細菌調製、標準化された静脈内投与、糖尿病モニタリング、組織学、高プレックス空間プロテオミクス、単細胞RNA-seqによる膵組織の多モーダル解析が含まれます。このワークフローは、臓器特異的自己免疫における代謝物工学微生物を単一投与免疫療法として試験するための実践的な枠組みを提供します。先行の線量反応解析では、減衰株の安全性と耐容性が最大1 × 1010 CFUで示されました。
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すべての動物実験は倫理ガイドラインに厳格に従って実施され、テキサスA&M大学の動物ケア・利用委員会(IACUC)によって承認されました(プロトコル番号:2021-0123)。
1. BmΔvjbR::tnaAの調製と特性解析
2. NOD/ShiLtJマウスの調達、保管、準備
3. 外側尾静脈からの静脈投与
4. 血糖モニタリングと糖尿病の定義
5. 膵臓の収穫、固定、処理
6. 組織学的評価および島面積の定量化
7. さまざまな下流解析
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本稿で説明されたより広範なプロトコルは、現在は単回投与の予防レジメンに最適化されていますが、ここではこれらのパイロットアウトカムを、このワークフローで得られる組織学的および血糖値の表示を示すためにのみ紹介します。
全体的な疾患の背景と、健康な1型糖尿病膵臓の対比は 図1Aに示されています。この概説に示された自己免疫細胞のβ破壊とそれに伴うインスリン産生の喪失は、ヒトおよびNODマウス1BにおけるT1Dの既知の病因を反映しています。メスのNOD/ShiLtJマウスは 図2Aにまとめられた実験スキームに従って登録されました。
図3に示された代表的な概念実証データ(血糖経路および総膵島面積)は、2回投与スケジュール(0日目および21日目)を用いた初期パイロットコホートから導出されました。本...
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ここに示す代表的なアウトカムの重大な制約は、分析エンドポイントを示すために提供されたデータ(図3)が、2回投与スケジュールを用いた初期のパイロットコホートから導き出されたことです。このプロトコルは単回投与予防レジメンに洗練されているため、ここで述べた最適化された単回投与プロトコルを用いた今後の大規模研究が正式な統計的有効性を確立する必要があります。
このJoVEプロトコルは、NOD/ShiLtJマウスにおけるインドール産生減弱型ブルセラ・メリテンシス株の単回投与静脈内投与を標準化モニタリングと組織学的評価と組み合わせ、このワークフローが1型糖尿病におけるパイロット効果シグナルを捉えることを示しています。ここに提示されたパイロットコホートでは、BmΔvjbR::tnaAが糖尿病発症を遅らせ、膵島構造を車両対照群に比べて保持し、縦度血糖測定とインスリン染色維持による全膵島面積の増加(図3A
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著者同士には競合する財政的利害関係はありません。
この研究は、国立衛生研究所(NIH)からの助成金R01CA273002およびJ.S.およびP.D.F.へのR21AI167793、そしてK.D.を支援するNIH機関国立研究サービス賞(T32)によって支援されました。テキサスA&M大学健康科学センターの機関的支援に感謝いたします。盲検組織病理学評価のYava Jones-Hall博士、パイロットおよび動物技術支援のSongラボラトリー、単一細胞RNA-seqライブラリの調製とシーケンスのためのテキサスA&Mゲノム科学研究所(TIGSS)分子ゲノミクスワークスペース、データ解析と解釈のためのTIGSSバイオインフォマティクスコア、空間プロテオミクスサービスのAkoya Biosciencesに感謝します。テキサスA&Mゲノム科学・社会研究所(TIGSS)バイオインフォマティクス・コア(TBC)の支援に感謝いたします。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 10%中性緩衝ホルマリン(NBF) | VWR | 10790-714 | |
| 10倍ゲノミクスクロミウムコントローラ | TIGSS分子ゲノミクス・ワークスペース、テキサスA&M大学 | ||
| 70%エタノール | VWR | 89125-164 | |
| FFPE用の粘着顕微鏡スライド | ライカ・バイオシステムズ | 3800084E | |
| Akoya マウス FFPE抗体パネル(~25マーカー) | アコヤ・バイオサイエンス | [パネルID/カスタムパネル] | |
| バイオアナライザーまたはTapeStationとDNAHSキットを組み合わせた | TIGSS分子ゲノミクス・ワークスペース、テキサスA&M/ アジレント | ||
| BM&デルタ;vjbR::tna細菌株 | ラブラドールストック(Song/de Figueiredo labs) | ||
| セルレンジャーパイプライン | 10x ゲノミクス | v7.1 | |
| クロランフェニコール | リサーチプロダクツ・インターナショナル | 56-75-7 | |
| クロム Next GEM シングルセル3フィートキット | TIGSSコアによる10倍ゲノミクス | ||
| クロストリジウム・ヒストリチカムからのコラーゲナーゼ | ミリポール・シグマ | C7657-100MG | |
| DAPI核染色 | アコヤ・バイオサイエンス | [サービス提供] | |
| FFPE埋め込み、H&E染色、インスリンIHC、スライドスキャン | VMBS組織学研究所、テキサスA&M大学 | https://vetmed.tamu.edu/vmbs-histology-lab/ | |
| グルコーステストストリップ | EKF診断 / フィッシャー・サイエンティフィック | 22-022-649 | |
| グルコーステストストリップ(代替) | アセンシア糖尿病ケア | CONTOUR NEXTテストストリップ | |
| グリセロール(バルク、500 mL) | ミリポール・シグマ | G7893-500ML | |
| グリセロール(滅菌、100 mL) | シグマ・オルドリッチ(Gバイオサイエンス) | G5516-100ml | |
| GraphPad Prism(またはRサバイバルパッケージ) | GraphPadソフトウェア / R | v10.2 | |
| ハンドヘルド型血糖計 | アセンシア糖尿病ケア | コントゥアネクストEZ | |
| イルミナ・ネクストセク 2000 シーケンサー | TIGSS分子ゲノミクス・ワークスペース、テキサスA&M大学 | ||
| インスリン注射器、29–30 G(U-100) | VWR | 10002-702 | |
| 糖尿病検査用のランセット | ベクトン・ディキンソン・アンド・カンパニー(BD) | 366594 | |
| リベラーゼTL研究成績 | ミリポール・シグマ | 5401020001 | |
| 低温加熱パッド | 科学の実践 | RWD-69025 | |
| ミルテニ核/細胞分離キット | TIGSS分子ゲノミクス・ワークスペース、テキサスA&M/ ミルテニ・バイオテック | ||
| マウスのヒートパッド(代替) | ケント・サイエンティフィック | ライトテンプ | |
| マウス拘束装置 | ブレイントリー・サイエンティフィック | TV-RED 150-STD | |
| NOD/ShiLtJマウス(メス、5週齢) | ジャクソン研究所 | ストレイン#001976 | |
| P2 XLEAP 100サイクルフローセルキット | TIGSSコアによるイルミネーション | ||
| フェノサイクラーのデータ取得および品質管理サービス | アコヤ・バイオサイエンス | ||
| フェノサイクラー試薬とイメージングワークフロー | アコヤ・バイオサイエンス | [サービス提供] | |
| フェノサイクラー融合システム | アコヤ・バイオサイエンス | ||
| リン酸緩衝生理食塩水(PBS)、1回 | サーモ・フィッシャー | 10010023 | |
| プロテクターRNase阻害剤 | ミリポール・シグマ | 3335402001 | |
| Qubit蛍光計およびdsDNA HSアッセイキット | TIGSS分子ゲノミクス・ワークスペース、テキサスA&M/ サーモフィッシャー | ||
| クパス | オープンソース | v0.4.3 | |
| Rソフトウェア | Rプロジェクト | v4.0+ | |
| Seurat (R パッケージ) | サティハ研究所 / CRAN | v4.3 | |
| スターディスト | オープンソース | v0.8.3 | |
| トリプトン大豆寒天(TSA) | VWR | CA90002-706 |
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