1. Productie, oogst en invriezen van lentivirus
- Raadpleeg de veiligheidsfunctionaris van uw instelling voordat u met dit protocol begint en volg de door hen aanbevolen veiligheidsrichtlijnen.
- Dag 1. Begin met gezonde, snel groeiende 293T-cellen voor de productie van het virus. Zaai de cellen uit met 5 x 106
cellen per 10 cm plaat. Gebruik antibioticumvrij 293T-medium (high-glucose DMEM met 10% FBS en 4 mM L-glutamine) voor de virusproductie.
- Dag 2. Transfect in de late namiddag de 293T-cellen als volgt (de opgegeven hoeveelheden zijn voor één 10 cm plaat).
Laat alle reagentia opwarmen tot kamertemperatuur. Pipetteer 375 μl OptiMEM in een microcentrifugebuis en voeg vervolgens 25 μl
Fugene HD toe. Zorg dat onverdunde Fugene de wand van de buis niet raakt.
- Meng in een microcentrifugebuis het volgende:
- 5 μg transferplasmid (Slc7a1, targetvector of fluorescentiecontrolevector)
- 3,75 μg packagingplasmid (pCMV-dR8.91 of psPax2)
- 1,25 μg envelopplasmid (pMD2.G voor pantroop, pHCMV-EcoEnv voor ecotroop)
- serumvrij OptiMEM tot 100 μl
- Voeg de twee buisjes samen en incubeer het mengsel 20-30 minuten bij kamertemperatuur.
- Vervang het medium van de 293T-cellen door 10 ml vers antibioticumvrij 293T-medium. Voeg het Fugene/plasmid-mengsel
druppelsgewijs toe aan de plaat en incubeer dit gedurende de nacht bij 37°C, 5% CO2.
- Dag 3. Vervang het medium van de 293T-cellen door 10 ml vers antibioticumvrij 293T-medium. Ga voorzichtig te werk,
omdat 293T-cellen slechts zwak hechten en kunnen loslaten wanneer medium te krachtig op de
monolaag wordt gepipetteerd. Incubeer gedurende twee dagen in een bevochtigde incubator voor de virusproductie.
- Dag 5. Oogst het virus en filter dit met een 0,45 mm filter met lage eiwitbinding. Gebruik het direct of verdeel het
in eenmalige aliquots en vries deze in bij -80°C. Bevroren pantrope en ecotrope virussen moeten respectievelijk na zes maanden
en één maand bewaring opnieuw worden getitreerd.
- Titreer het virus als volgt, met gebruik van cellen die relatief vatbaar zijn voor transductie. Transduceer de cellen gedurende de nacht met het fluorescentiecontrolevirus met behulp van seriële verdunningen (bijv. 1:10, 1:100, 1:1000) in vers medium met 6 μg/ml PB. Vervang dit de volgende dag door vers medium. Geef de cellen na transductie twee dagen de tijd om het fluorescenteiwit tot expressie te brengen en bepaal vervolgens de fractie getransduceerde cellen via FACS. Bereken de titer in transforming units (TU) per ml, op basis van verdunningen die < 15% transductie opleveren om meervoudige transductie-events te minimaliseren.
2. Transductie van menselijke doelcellen met de murine retrovirusreceptor Slc7a1
- Selecteer een multiplicity of infection (MOI) = 2 om te waarborgen dat de meeste cellen worden getransduceerd. Voor doelcellen die resistent zijn tegen transductie, zoals HDF's, is een hogere MOI vereist; wij verdunnen het virale supernatant slechts 1:2 om transductie van de meerderheid van de cellen te bereiken.
- Transduceer de doelcellen overnacht met viraal supernatant verdund in vers kweekmedium met 6 μg/ml PB, wat de transductie verhoogt door de elektrostatische interactie tussen het virus en de doelcel te verbeteren.1 Idealiter dient men een minimaal volume virus te gebruiken, zoals 1 ml voor een 35 mm plaat, omdat diffusie een beperkende factor is voor de transductie-efficiëntie.
- Kweek de cellen gedurende ten minste 48 uur na het verwijderen van het virus voordat ze worden getransduceerd met ecotroop virus, om voldoende expressie van de Slc7a1-receptor te waarborgen.
- (Optioneel) Indien gewenst is het mogelijk om blasticidine te gebruiken om te selecteren op stabiel getransduceerde cellen die Slc7a1 tot expressie brengen. Er moet vooraf een blasticidine-killcurve worden opgesteld om de laagste effectieve concentratie te bepalen, over het algemeen tussen 2 – 10 μg/ml, die alle niet-getransduceerde doelcellen binnen 7 dagen doodt. Schakel de getransduceerde cellen ongeveer 2 dagen na het verwijderen van het Slc7a1-virus over naar medium dat blasticidine bevat. Kweek de cellen gedurende 7 dagen in medium met blasticidine; op dat moment zullen alle resterende cellen de retrovirusreceptor stabiel tot expressie brengen, waarna ze kunnen worden getransduceerd met ecotroop virus en kunnen worden opgeslagen voor toekomstig gebruik als een stabiele Slc7a1-expressielijn.
3. Titratie van polymeercomplexen om toxiciteit te bepalen
- Dag 1. Zaai cellen uit met 5000 cellen/well in een 96-wellplaat, waarbij ten minste triplikaat wells per experimentele groep worden gebruikt. Neem niet-getransduceerde cellen in compleet medium op om een basiswaarde voor gezonde cellen te verkrijgen, evenals monsters bestaande uit cellen in serumvrij medium om groeistop te induceren als controle. Zaai parallel cellen uit in een geschikt formaat (zoals een 24-wellplaat) voor microscopische of FACS-gebaseerde analyse van de transductie-efficiëntie in elke experimentele conditie.
- Dag 2. Transduceer cellen in platen die zijn klaargezet voor zowel de MTT- als FACS-analyses met virus dat GFP codeert, bij een MOI van 0,5 om ~40% van de doelcellen te transduceren. Test variërende concentraties van CS/PB (bijv. 50, 100, 200, 400, 600 en 800 mg/ml van elke component), evenals 6 μg/ml PB, om de optimale hoeveelheden te bepalen. Genereer polymeercomplexen zoals beschreven in Deel 4, hieronder.
- Dag 3. Verwijder het virusbevattende medium en vervang dit door vers medium. Plaats de platen terug in een bevochtigde incubator.
- Dag 5. Analyseer de FACS-plaat om de transductie-efficiëntie bij elke polymeerconcentratie te bepalen.
- Dag 6. Verwijder het medium uit alle wells van de MTT-plaat en vervang dit door 100 μl MTT-oplossing (1 mg/ml MTT in compleet medium). Cultiveer gedurende drie uur in een bevochtigde incubator om de MTT te laten reduceren in de mitochondriën van metabool actieve cellen.
- Verwijder de MTT-oplossing en vervang deze door 200 ml MTT-oplosmiddel (0,1 N HCl, 0,1% Igepal CA-630 in isopropanol).
- Incubeer gedurende twee uur bij kamertemperatuur of totdat al het paarse MTT-formazan-precipitaat is opgelost. Lees de absorbentie af op een microplate-reader bij 570 nm, waarbij de achtergrondmeting bij 690 nm wordt afgetrokken.
- Selecteer de optimale polymeerconcentratie die een maximale toename van de transductie oplevert, bepaald via FACS, met een minimaal effect op de metabole activiteit, bepaald via MTT. Voor HDFs hebben we 100 μg/ml CS/PB geselecteerd op basis van de gegevens getoond in de Representatieve Resultaten, hieronder.
4. Ecotrope transductie met polymeercomplexatie
- Bereid steriel gefilterde voorraadoplossingen van PB en chondroïtinesulfaat voor in water bij een concentratie van 20 mg/ml. Verdeel deze in aliquoten en bewaar ze bij -20°C.
- Pipetteer viraal supernatant in een microcentrifugebuisje en verdun dit met vers kweekmedium tot de gewenste eindconcentratie (bijv. een MOI van 2). Voeg opeenvolgend gelijke volumes PB en chondroïtinesulfaat toe (concentraties bepaald in stap 3 hierboven), waarbij het buisje na elke toevoeging wordt geschud om te mengen. Het virale mengsel wordt onmiddellijk troebel door de vorming van neerslag. Incubeer het virale mengsel 5 minuten bij kamertemperatuur om de vorming van complexen mogelijk te maken.
- Verwijder het medium van de receptor-expresserende doelcellen, vervang dit door het virale mengsel en incubeer dit gedurende de nacht bij 37°C, 5% CO2. Was na het verwijderen van het virale mengsel het celloppervlak twee keer met PBS om te helpen bij het verwijderen van virale complexen. Volledige verwijdering is niet noodzakelijk; we hebben geen nadelige effecten op de gezondheid van de cellen waargenomen door residuele polymeercomplexen.
5. Verificatie van de specificiteit van ecotrope transductie
- Bij de eerste productie van ecotroop virus is het vanuit veiligheidsoogpunt raadzaam om te verifiëren dat het virus niet in staat is om ongemodificeerde menselijke cellen te transduceren. Transduceer menselijke cellen gedurende de nacht met ecotroop lentivirus in een relatief hoge concentratie (slechts een 1 tot 2-voudige verdunning van het viraal supernatant in vers medium) met 6 μg/ml PB of een geoptimaliseerde CS/PB-concentratie.
- Verwijder het virushoudende medium en vervang dit door vers medium. Valideer na 2 dagen incubatie van de cellen de expressie van het transgen via FACS met behulp van fluorescente vectoren en/of via RT-PCR met transgeen-specifieke primers.
6. Representatieve resultaten:
Fig. 1A toont het proces voor de productie van lentivirus, en Fig. 1B toont de transductie van menselijke cellen met ecotroop lentivirus, inclusief pre-transductie met de murine retrovirusreceptor Slc7a1. Voor het bepalen van de virustiter gebruiken we een menselijke rhabdomyosarcoom-cellijn die stabiel is getransduceerd met Slc7a1 (Slc-hRMS). Bij het gebruik van fluorescente controlevectoren om de transductie-efficiëntie te monitoren, bereiken we routinematig een transductie-efficiëntie van > 90% van Slc-hRMS met ecotroop virus, zoals weergegeven in Fig. 2A en 2B. Transductiesnelheden van HDFs zijn over het algemeen lager omdat de cellen niet met blasticidine zijn geselecteerd op receptor-expressie (Fig. 2C). Titers van ecotroop lentivirus zijn over het algemeen 10-20% van VSV-pseudotype virus wanneer gemeten op Slc-hRMS (Fig. 2D).
Eén vries-dooi-cyclus vermindert de titer van het ecotrope virus met 16 - 3%, wat gelijk is aan het titerverlies tijdens een enkele vries-dooi-cyclus van VSV-pseudotype virus (p > 0,05). In tegenstelling tot eerdere rapporten,2 observeren wij geen positief effect op de virustiter door flash-freezing in droogijs. In plaats daarvan bereiken we hogere titers na het ontdooien van beide pseudotypes door de buisjes met virus simpelweg in een -80°C vriezer te plaatsen (gegevens niet getoond).
De MTT-viabiliteitsassay maakt een gevoelige detectie van groeistop in doelcellen mogelijk. Transductie met virus plus concentraties CS/PB tot 800 μg/ml heeft geen effect op het metabolisme van HDF (Fig. 3A). Blootstelling aan CS/PB zonder virus heeft eveneens geen toxisch effect op de cellen (gegevens niet getoond). FACS-analyse van HDF's getransduceerd met virus plus verschillende concentraties CS/PB laat een verbetering van de transductie zien in vergelijking met PB alleen (Fig. 3B). De maximale verbetering treedt op bij 100 μg/ml CS/PB (Fig. 3C), wat enkele malen lager is dan eerder gerapporteerde waarden.3 Daarom is het belangrijk om de omstandigheden te optimaliseren voor elk specifiek type doelcel.
Complexatie met CS/PB verhoogt de waargenomen titer ongeveer 3-voudig in Slc-hRMS (Fig. 4A, p < 0,01). In de praktijk levert dit een groter effect op de transductie-efficiëntie op bij lage virusconcentraties dan bij hogere concentraties (Fig. 4B), wat zeer waarschijnlijk te wijten is aan meervoudig getransduceerde cellen en receptorverzadiging bij hogere virusconcentraties.
Transductie met ecotroop virus is specifiek voor cellen die de muis-retrovirusreceptor tot expressie brengen. Bij transductie van ongewijzigde menselijke cellen met ecotroop virus hebben we geen fluorescentie waargenomen die hoger was dan de niet-getransduceerde achtergrond, ongeacht of PB of CS/PB werd gebruikt, zoals weergegeven in Fig. 5A. Microscopisch gezien vertonen HDF's geen transductie in afwezigheid van de receptor (Fig. 5B), terwijl pre-transductie met de receptor resulteert in fluorescente cellen (Fig. 5C).

Figuur 1. Schematisch overzicht van (A) het virusproductieproces en (B) transductie van menselijke cellen met een muis retrovirusreceptor, gevolgd door ecotroop lentivirus.

Figuur 2. Hoogefficiënte transductie van menselijke cellen met ecotroop lentivirus dat GFP codeert. Cellen waren vooraf getransduceerd met de murine retrovirusreceptor Slc7a1. (A) Menselijke rhabdomyosarcoma-cellijn blasticidine-geselecteerd voor Slc7a1 (Slc-hRMS), getransduceerd (blauw) of niet-getransduceerd (roze) met GFP. (B) Fluorescente micrografie van ecotroop-getransduceerde Slc-hRMS (4X). (C) HDF's getransduceerd (blauw) en niet-getransduceerd (roze) met ecotroop GFP-lentivirus; cellen waren twee dagen vóór de ecotroope transductie getransduceerd met Slc7a1. (D) Iter van VSV-G pseudotypeerd en ecotroop lentivirus, gemeten op Slc-hRMS.

Figuur 3. Optimalisatie van chondroïtinesulfaat/polybrene (CS/PB) concentraties in humane dermale fibroblasten. (A) Viabiliteit van HDFs gemeten met een MTT-assay na transductie in de aanwezigheid van alleen PB of met variërende concentraties CS/PB. (B) Verbetering van de transductie-efficiëntie in HDFs door verschillende concentraties CS/PB, gemeten via FACS. (C) Kwantificering van de verbetering van de transductie, waaruit blijkt dat maximale transductie optreedt bij 100 μg/ml CS/PB.

Figuur 4. Effect van 400 μg/ml CS/PB op de transductie van Slc-hRMS met ectotroop lentivirus. (A) Titerverbetering, en (B) factor van verandering in transductiesnelheid vergeleken met 6 μg/ml polybrene alleen.

Figuur 5. Gebrek aan ecotrope transductie van HDF's bij afwezigheid van de murine retrovirusreceptor Slc7a1. (A) FACS-plot van menselijke BJ-fibroblasten, niet-getransduceerd (roze) of getransduceerd (blauw) met ecotroop GFP-lentivirus, in beide gevallen in afwezigheid van receptor Slc7a1. Menselijke BJ-fibroblasten getransduceerd met ecotroop GFP-lentivirus, zonder (B) en met (C) pre-transductie met receptor Slc7a1 (4X).