方法論記事

NODマウスにおけるインドール産生減衰ブル セラ の単回静脈内投与:1型糖尿病発症および膵島免疫再編成の評価

124 閲覧数

DOI:

10.3791/71193

2026年5月26日

* These authors contributed equally

この記事について

サマリー

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。

要約

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。

概要

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124567891011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。

アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。

プロトコル

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

  1. 細菌株の背景と貯蔵
    注:BmΔvjbR::tnaAは、Brucella melittensis 16Mから由来し、vjbR病原性調節因子の欠失と、前述の14,15,16と同様に、構成的なインドール産生のための大腸菌tnaA遺伝子の挿入を用いています。
    1. グリセロールのストックは−80°Cの20%グリセロールで維持してください。
  2. 選択的寒天上の細菌培養
    1. −80°Cの貯蔵から凍結グリセロールストックを回収します。クロランプフェニコール(25–30 μg/mL)を補足したトリプティック大豆寒天(TSA)プレートに10–20 μLのストリークを送ります。
    2. 37°Cの環境下でCO₂環境下で48〜72時間培養し、直径2〜3mmの個々の群落が見えるまで培養します。
      注意: ブルセラ 株の扱いには適切なバイオセーフティレベルの施設(最低限BSL2)が必要です。機関のバイオセーフティプロトコルと必要な承認を遵守してください。
  3. 液体培養調製
    1. 新しいTSAプレート(≤1週間前)を選びましょう。無菌ループで2〜3個の孤立したコロニーを選びます。
    2. 無菌15 mLチューブ内にクロランフェニコール(25–30 μg/mL)を補足したトリプティック大豆ブロス(TSB)10 mLに接種します。37°Cで培養し、250rpmで振動させ、CO₂環境下で行います。
      注意:スケールアップには250mLのバッフル付きErlenmeyerフラスコを使用してください。
  4. 成長モニタリングと収穫
    1. クロランフェニコールを補いた滅菌TSBで分光光度計を空白にします。
    2. OD₆₀₀を2〜3時間ごとに測定します。
    3. OD₆₀₀₀が2.0 ± 0.2(約18〜24時間)に達するまで潜伏を続けます。
      重要なステップ:細菌濃度と生存率を安定させるために、OD₆₀₀₀ = 2.0 ± 0.2で収穫すること。
      : これらの条件下では、OD₆₀₀ ≈ 2.0は対数の中期から後期の位相に対応します。
  5. CFU推定
    1. 次の関係式を用いて細菌濃度を推定します:
      OD₆₀₀ = 1は5 ×10 9 CFU/mLに相当します。
      注:OD₆₀₀₀=2.0の10 mL培養には、約1 ×10 11 CFUが含まれています。
    2. 任意: 滅菌PBSで10倍の連続希釈(10⁻6 から10⁻9)を準備します。クロランフェニコールを補足した100μLをTSAにプレートします。37°Cで48〜72時間培養します。CFUを確認するためにコロニー数を数えましょう。
  6. 細菌の収穫と濃度
    1. 10mLの培養液を無菌の15mL円錐形チューブに移管します。
    2. 室温で3,000〜4,000 g ×遠心分離機で10分間加熱します。
    3. ペレットを乱さずに慎重に吸引し、上澄液を捨てます。
  7. 噴射のためのリサスペンション
    1. 細菌ペレットに1mLの無菌で内毒素フリーのリン酸塩緩衝生食塩水1× mLを加えます。ピペッティングで10〜15度の静絶をやさしく再懸浮させ、均一な懸浮液が得られ、塊が目立たない状態になります。
      注:最終濃度は約1 ×10 11 CFU/mLです。
  8. 保管と使用
    1. 細菌の懸濁液は密閉チューブの中に氷で保管してください。サスペンションは準備から4時間以内に静脈注射に使用してください。
      注意:細菌の生存率が低下するため、冷凍や一晩の保存は避けてください。
      一時停止:細菌は最大4時間氷で保管されることがあります。同日使用が推奨されます。

2. NOD/ShiLtJマウスの調達、保管、準備

  1. メスのNOD/ShiLtJマウスを入手してください。実験の少なくとも7日前はマウスを慣れさせてください。
    注意:糖尿病の発生率が高く、より一貫しているため、メスのマウスを使用してください。
  2. 個別換気付きのケージで、特定の病原体のない環境下で飼育するハウスマウス。ケージごとに最大5匹のネズミを飼いましょう。
  3. 寝具、環境の充実、食料、水は 自由に提供してください。温度は20〜24°C、湿度は40〜60%、12時間の明暗サイクルを保ちます。
  4. 生後5週間未満のマウスを使いましょう。基準体重の記録をつけろ。
  5. ケージレベルでマウスを治療群と対照群にランダムに分けます。各マウスにユニークな識別子(耳のタグや尻尾のタトゥー)を割り当てます。
    注意:すべてのマウスとグループ割り当てのマスター記録を保持してください。
  6. 注射の少なくとも30分前にケージを処置室に移してください。尾の静脈拡張を促進するために、ケージを37〜40°Cに設定した温熱パッドの上に置いてください。

3. 外側尾静脈からの静脈投与

  1. 滅菌技術を用いて、細菌懸浮液100μLを無菌インスリン注射器(29G–30G)に抽出します。各注射器に対応するマウスIDをラベル付けしてください。
  2. 滅菌PBS100μLを含む対照注射器を準備します。
    注意: 注射直前に注射器を準備してください。
  3. 尾に触れられるように拘束具に入れてください。
    注意:尾静脈注射には麻酔は使用しないでください。
  4. 尾を70%エタノールで拭き、自然乾燥させます。
  5. 十分な照明の下で側尾の脈を視覚化してください。
    ヒント:静脈が見えない場合は尾を温めましょう。
  6. 尾の遠位3分の1を優しく張って持ってください。針のベベルアップを浅い角度(10〜15°)で側静脈に挿入します。
  7. 100μLを5〜10秒かけてゆっくり注射します。針を抜き、滅菌ガーゼで優しく圧迫します。
    重要なステップ:抵抗、腫れ、青白みがないことで静脈注射が成功したことを確認します。
  8. マウスを温めパッドのケージに戻します。苦痛の兆候がないか5〜10分間観察してください。副作用があれば記録してください。
  9. 2時間以内に全マウスにランダムな順序で注射を行います。

4. 血糖モニタリングと糖尿病の定義

  1. 注射から7日後に血糖モニタリングを開始してください。研究終了点まで週2回血糖値を測定します。
  2. 測定の2時間前には水分を確保したまま食事を取り除きましょう。
  3. ネズミを拘束しろ。尾の先端を70%エタノールで洗いましょう。
  4. 尾を無菌ランセットや針で切ります。最初の一滴の血を捨てろ。グルコメーターテストストリップで2滴目を採取してください。血糖値とマウスの識別番号、日付を記録してください。
    注意:尾の先端に傷跡ができたら新しいサイトを使いましょう。
  5. 糖尿病を、少なくとも24時間間隔≥2回連続した測定で血糖値が250 mg/dLに達したと定義します。
  6. 重篤な病気の兆候を示すマウスは、機関のガイドラインに従って安楽死させてください。

5. 膵臓の収穫、固定、処理

  1. 承認されたプロトコルに従ってマウスを安楽死させてください。膵臓を丁寧に解剖し、すべての葉も含めて採取してください。
  2. 膵臓を10%中性緩衝ホルマリンに、固定液と組織体積の比率を最低10:1で浸します。室温で72時間固定します。
    注意:適切なPPEを着用して化学換気フードでホルマリンを扱う。
  3. 固定後に組織を70%エタノールに移します。
  4. 固定組織を組織学コア施設に提出し、パラフィン埋め込み、正に帯電したスライドで5μm厚の切片、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を行います。
    注意:追加の下流解析を計画する場合は、染色されていない区画をリクエストしてください。

6. 組織学的評価および島面積の定量化

  1. スライドスキャナーや顕微鏡を使ってスライド全体の画像を取得します。
  2. 参照されたソフトウェアで画像を開きます。適切なツールを使って手動でアイレットに注釈を付けてください。
  3. 注釈ツールを使ってアイレット面積を測定します。
  4. 測定値をエクスポートして分析します。
    注:膵島の総面積には内分泌細胞および浸潤細胞が含まれます。

7. さまざまな下流解析

  1. 1匹あたりの平均島面積を計算してください。適切な統計検定を用いてグループを比較してください。
  2. 任意:空間的プロテオミクス解析( 補足表S1参照)
    1. 正に帯電したスライドにFFPEセクションを用意してください。空間プロテオミクスサービス提供者にサンプルを提出してください。抗体パネルの仕様を提供してください。
  3. オプション:単細胞RNAシーケンス( 補足表S2参照)
    1. 膵臓を採取し、冷たい中に入れます。
    2. サンプルをゲノミクスコア施設に提出し、単一細胞の分離およびライブラリーの準備を行います。
    3. 適切なパイプライン(例:Cell Ranger、Seurat)を使ってデータをシーケンス処理します。
    4. 公開前にシーケンスデータを公開リポジトリに預けてください。

アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。

結果

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...

アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。

ディスカッション

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

アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。

開示事項

著者同士には競合する財政的利害関係はありません。

謝辞

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。

アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。

材料

この記事で使用された材料の一覧
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)VWR10790-714
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VWR89125-164
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 / Rv10.2
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)VWR10002-702
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 / CRANv4.3
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)VWRCA90002-706

参考文献

  1. Bender, C., et al. A phase 2 randomized trial with autologous polyclonal expanded regulatory T cells in children with new-onset type 1 diabetes. Sci Transl Med. 16, eadn2404 (2024).
  2. Yang, S. J., et al. Pancreatic islet-specific engineered Tregs exhibit robust antigen-specific and bystander immune suppression in type 1 diabetes models. Sci Transl Med. 14, eabn1716 (2022).
  3. . NOD/ShiLtJ (001976) datasheet Available from: https://www.jax.org/strain/001976 (2026)
  4. Raeber, M. E., et al. Interleukin-2 immunotherapy reveals human regulatory T cell subsets with distinct functional and tissue-homing characteristics. Immunity. 57 (9), 2232-2250.e10 (2024).
  5. Efe, O., et al. A humanized IL-2 mutein expands Tregs and prolongs transplant survival in preclinical models. J Clin Invest. 134 (5), e173107 (2024).
  6. Haque, M., et al. Stem cell-derived tissue-associated regulatory T cells suppress the activity of pathogenic cells in autoimmune diabetes. JCI Insight. 4 (7), e126471 (2019).
  7. Su, W., et al. Protein prenylation drives discrete signaling programs for the differentiation and maintenance of effector Treg cells. Cell Metab. 32 (6), 996-1011.e17 (2020).
  8. Hassan, M., Elzallat, M., Mohammed, D. M., Balata, M., El-Maadawy, W. H. Exploiting regulatory T cells (Tregs): cutting-edge therapy for autoimmune diseases. Int Immunopharmacol. 155, 114624 (2025).
  9. Chen, X., et al. Differential roles of human CD4+ and CD8+ regulatory T cells in controlling self-reactive immune responses. Nat Immunol. 26 (2), 230-239 (2025).
  10. Huang, Q., Zhu, J. Regulatory T cell-based therapy in type 1 diabetes: latest breakthroughs and evidence. Int Immunopharmacol. 140, 112724 (2024).
  11. Passerini, L., Forlani, A., Gregori, S. Advances in regulatory cell therapy for type 1 diabetes: emerging strategies and future directions. Eur J Immunol. 55 (5), e202451722 (2025).
  12. Singh, N. P., et al. Dietary indoles suppress delayed-type hypersensitivity by inducing a switch from proinflammatory Th17 cells to anti-inflammatory regulatory T cells through regulation of microRNA. J Immunol. 196 (3), 1108-1122 (2016).
  13. Krishnan, S., et al. Gut microbiota-derived tryptophan metabolites modulate inflammatory response in hepatocytes and macrophages. Cell Rep. 23 (4), 1099-1111 (2018).
  14. Das, J. K., et al. A metabolically engineered bacterium controls autoimmunity and inflammation by remodeling the pro-inflammatory microenvironment. Gut Microbes. 14 (1), 2143222 (2022).
  15. Plocica, J., et al. Engineering live attenuated vaccines: old dogs learning new tricks. J Transl Autoimmun. 6, 100198 (2023).
  16. Bender, E. Could a bacteria-stuffed pill cure autoimmune diseases?. Nature. 577, S12-S13 (2020).
  17. Chen, G., Wang, C., Wan, Q., Dong, F., Radstake, T. Editorial: next generation therapeutic modality to cure autoimmune diseases. Front Immunol. 16, 1631995 (2025).
  18. Adedokun, A. I., et al. Exploring immunotherapeutic strategies for bacterial and viral diseases. Explor Immunol. 5, 100320 (2025).
  19. Bankhead, P., et al. QuPath: open source software for digital pathology image analysis. Sci Rep. 7 (1), 16878 (2017).
  20. Satija, R., Farrell, J. A., Gennert, D., Schier, A. F., Regev, A. Spatial reconstruction of single-cell gene expression data. Nat Biotechnol. 33 (5), 495-502 (2015).

アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。

再版と許可

このJoVE記事のテキストまたは図の再利用許可をリクエスト

許可をリクエスト

タグ

動画は近日公開

関連記事