CD133+ SCs reprezentują heterogeniczną populację komórek macierzystych i progenitorowych z obiecującym potencjałem dla medycyny regeneracyjnej. Ich hematopoetyczny, śródbłonkowy i miogenny potencjał różnicowania1,2,3 umożliwia komórkom CD133+, np. przyczynianie się do procesów neowaskularyzacji poprzez różnicowanie się w nowo tworzące się naczynia krwionośne i aktywację sygnalizacji proangiogennej przez mechanizmy parakrynne4,5,6,7.
Pomimo ich wysokiego potencjału wykazanego w ponad 30 zatwierdzonych badaniach klinicznych (ClinicalTrails.gov), ich wynik terapeutyczny jest nadal przedmiotem kontrowersyjnych dyskusji4. Rzeczywiście, kliniczne zastosowanie SC jest utrudnione przez niską retencję w narządzie będącym przedmiotem zainteresowania i masywną początkową śmierć komórki5,8,9. Dodatkowa inżynieria CD133+ SC przed przeszczepem może pomóc w przezwyciężeniu tych wyzwań.
Jednym z warunków wstępnych skutecznej terapii komórkowej byłoby zmniejszenie masowej początkowej śmierci komórki, aby zwiększyć wszczepianie komórek istotnych terapeutycznie10. Obecne badania wykazały ogromną utratę komórek wynoszącą 90–99% w wysoce ukrwionych narządach, takich jak mózg i serce, w ciągu pierwszych 1–2 godzin, niezależnie od typu przeszczepionej komórki lub drogi aplikacji11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21. Znakowanie SC za pomocą nanocząstek magnetycznych (MNP) umożliwia innowacyjną, nieinwazyjną strategię kierowania komórek w miejsce zainteresowania22,23,24,25,26 i jednocześnie umożliwia monitorowanie komórek za pomocą MRI27 i obrazowania cząstek magnetycznych (MPI). Najbardziej efektywne badania in vivo z zastosowaniem ukierunkowania na namagnesowane komórki wykorzystywały retencję komórek po miejscowym podaniu zamiast kierowania komórkami po wstrzyknięciu dożylnym23,24,28. Dlatego nasza grupa zaprojektowała system dostarczania składający się z superparamagnetycznych nanocząstek tlenku żelaza29. Dzięki tej technice, CD133+ SC i ludzkie komórki śródbłonka żyły pępowinowej (HUVEC) mogą być skutecznie celowane, jak wykazano w próbach in vitro30,31.
Kolejną przeszkodą w terapiach SC jest wrogie środowisko zapalne dotkniętej tkanki po przeszczepie, które przyczynia się do początkowej śmierci komórki32. Oprócz kilku badań kondycjonowania wstępnego, przetestowano zastosowanie terapeutycznych miR 33; Udało się wykazać, że antyapoptotyczne miR hamują apoptozę in vitro i zwiększają wszczepianie komórek in vivo33. Te małe cząsteczki, złożone z 20–25 nukleotydów, odgrywają kluczową rolę jako posttranskrypcyjne modulatory informacyjnego RNA (mRNA), a tym samym wpływają na los i zachowanie komórek macierzystych34. Co więcej, egzogenne wprowadzenie miR pozwala uniknąć niepożądanej stabilnej integracji z genomem gospodarza34.
Obecne próby skutecznego wprowadzenia kwasów nukleinowych (NA) do pierwotnych SC opierają się głównie na rekombinowanych wirusach8,35. Pomimo wysokiej skuteczności transfekcji, manipulacja rekombinowanym wirusem stanowi główną przeszkodę dla translacji z laboratorium na łóżko, np. niekontrolowana ekspresja genów, patogenność, immunogenność i mutageneza insercji35,36. Dlatego opracowanie niewirusowych systemów dostarczania, takich jak konstrukty na bazie polimerów, ma kluczowe znaczenie. Wśród nich polietylenenina (PEI) stanowi ważny nośnik oferujący korzyści dla miR, takie jak kondensacja NA w celu ochrony przed degradacją, wychwytem komórkowym i uwalnianiem wewnątrzkomórkowym poprzez ucieczkę endosomalną37,38. Ponadto kompleksy miR-PEI wykazały wysoką biokompatybilność w badaniach klinicznych39. Dlatego nasz system dostarczania składa się z biotynylowanego, rozgałęzionego PEI o masie 25 kDa związanego z pokrytym streptawidyną rdzeniem MNP30,31,40.
W tym manuskrypcie prezentujemy obszerny protokół opisujący (i) ręczną izolację CD133+ SC od dawcy ludzkiego szpiku kostnego (BM) ze szczegółową charakterystyką produktu SC oraz (ii) efektywną i delikatną strategię transfekcji magnetycznie niewirusowego systemu dostarczania opartego na polimerach do inżynierii genetycznej SC CD133+ przy użyciu miRs. CD133+ SC są izolowane i magnetycznie wzbogacane z ludzkich aspiracji BM mostka przy użyciu systemu sortowania komórek aktywowanych magnetycznie (MACS) opartego na przeciwciałach powierzchniowych. Następnie żywotność i czystość komórek są analizowane za pomocą cytometrii przepływowej. Następnie przygotowuje się kompleksy miR/PEI/MNP i transfekuje CD133+ SC. 18 godzin po transfekcji analizowana jest skuteczność wychwytu i wpływ transfekcji na ekspresję markera SC i żywotność komórek. Ponadto ocena wewnątrzkomórkowego rozmieszczenia związków kompleksu transfekcji odbywa się za pomocą znakowania czterokolorowego i mikroskopii oświetlenia strukturalnego (SIM).