Ten protokół przedstawia prosty i spójny sposób na przejściowe zwiększenie wartości interesującego genu za pomocą modRNA po zawale mięśnia sercowego u myszy.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Ten protokół przedstawia prosty i spójny sposób na przejściowe zwiększenie wartości interesującego genu za pomocą modRNA po zawale mięśnia sercowego u myszy.
Zawał mięśnia sercowego (MI) jest główną przyczyną zachorowalności i śmiertelności w świecie zachodnim. W ciągu ostatniej dekady terapia genowa stała się obiecującą opcją leczenia chorób serca ze względu na swoją skuteczność i wyjątkowe efekty terapeutyczne. W celu naprawy uszkodzonej tkanki po zawale mięśnia sercowego, w różnych badaniach stosowano terapię genową opartą na DNA lub wirusową, ale napotkano znaczne przeszkody ze względu na słabą i niekontrolowaną ekspresję dostarczonych genów, obrzęk, arytmię i przerost serca. Syntetyczne zmodyfikowane mRNA (modRNA) przedstawia nowatorskie podejście do terapii genowej, które oferuje wysokie, przejściowe, bezpieczne, nieimmunogenne i kontrolowane dostarczanie mRNA do tkanki serca bez ryzyka integracji genomowej. Ze względu na te niezwykłe cechy w połączeniu z farmakokinetyką w kształcie dzwonu w sercu, modRNA stało się atrakcyjnym podejściem do leczenia chorób serca. Jednak, aby zwiększyć jego skuteczność in vivo, należy przestrzegać spójnej i niezawodnej metody dostarczania. W związku z tym, aby zmaksymalizować wydajność dostarczania modRNA i zapewnić spójność w wykorzystaniu modRNA do zastosowań in vivo, przedstawiono zoptymalizowaną metodę przygotowania i dostarczania modRNA do iniekcji dosercowej w mysim modelu MI. Protokół ten sprawi, że dostarczanie modRNA będzie bardziej dostępne dla badań podstawowych i translacyjnych.
Terapia genowa to potężne narzędzie polegające na dostarczaniu kwasów nukleinowych do leczenia, leczenia lub zapobiegania chorobom ludzkim. Pomimo postępu w podejściach diagnostycznych i terapeutycznych w chorobach serca, sukces w dostarczaniu genów w zawale mięśnia sercowego (MI) i niewydolności serca (HF) jest ograniczony. Choć proces terapii genowej wydaje się prosty, jest to niezwykle złożone podejście, biorąc pod uwagę wiele czynników, które należy zoptymalizować przed zastosowaniem konkretnego pojazdu dostawczego. Prawidłowy wektor dostarczania powinien być nieimmunogenny, wydajny i stabilny w organizmie człowieka. Wysiłki w tej dziedzinie doprowadziły do powstania dwóch rodzajów systemów dostarczania: wirusowych lub niewirusowych. Szeroko stosowane systemy wirusowe, w tym transfer genów przez adenowirusa, retrowirusa, lentiwirusa lub wirusa związanego z adenowirusem, wykazały wyjątkową zdolność transdukcji. Jednak ich zastosowanie w klinikach jest ograniczone ze względu na silną odpowiedź immunologiczną indukowaną 1, ryzyko nowotworzenia2, lub obecność przeciwciał neutralizujących3, z których wszystkie pozostają główną przeszkodą w szerokim i skutecznym zastosowaniu wektorów wirusowych w terapii genowej człowieka. Z drugiej strony, pomimo imponującego wzorca ekspresji, dostarczenie nagiego plazmidowego DNA wykazuje niską skuteczność transfekcji, podczas gdy transfer mRNA wykazuje wysoką immunogenność i podatność na degradację przez RNase4.
Dzięki szeroko zakrojonym badaniom w dziedzinie mRNA, modRNA stało się atrakcyjnym narzędziem do dostarczania genów do serca i różnych innych narządów ze względu na swoje liczne zalety w porównaniu z tradycyjnymi wektorami5. Całkowite zastąpienie urydyny naturalnie występującą pseudourydyną skutkuje bardziej silną i przejściową ekspresją białka, przy minimalnej indukcji wrodzonej odpowiedzi immunologicznej i ryzyku integracji genomowej6. Niedawno opracowane protokoły wykorzystują zoptymalizowaną ilość analogu anty-reverse cap (ARCA), który dodatkowo zwiększa translację białek poprzez zwiększenie stabilności i transability syntetycznego mRNA7.
Poprzednie raporty wykazały ekspresję różnych genów reporterowych lub funkcjonalnych dostarczanych przez modRNA w mięśniu sercowym gryzoni po MI. Dzięki zastosowaniu modRNA, znaczne obszary mięśnia sercowego, w tym zarówno kardiomiocyty, jak i niekardiomiocyty, zostały pomyślnie transfekowane po uszkodzeniu serca8 w celu wywołania angiogenezy9,10, przeżycie komórek sercowych11, oraz proliferacja kardiomiocytów12. Pojedyncze podanie modRNA kodowanego dla zmutowanego ludzkiego folistatyny podobnego do 1 indukuje proliferację dorosłych CM myszy i znacznie zwiększa czynność serca, zmniejsza rozmiar blizny i zwiększa gęstość naczyń włosowatych 4 tygodnie po mi-MI12. Nowsze badanie wykazało poprawę funkcji serca po zawale mięśnia sercowego po zastosowaniu modRNA VEGFA w modelu trzody chlewnej10.
Tak więc, wraz ze wzrostem popularności modRNA w dziedzinie serca, konieczne jest opracowanie i optymalizacja protokołu dostarczania modRNA do serca po zawale mięśnia sercowego. Niniejszy protokół opisuje przygotowanie i dostarczanie oczyszczonego i zoptymalizowanego modRNA w biokompatybilnym preparacie cytrynianowo-solowym, który zapewnia solidną, stabilną ekspresję białka bez stymulowania odpowiedzi immunologicznej. Metoda pokazana w tym protokole i filmie demonstruje standardową procedurę chirurgiczną myszy MI polegającą na trwałym podwiązaniu lewej przedniej tętnicy zstępującej (LAD), a następnie trzech miejscowych wstrzyknięć dosercowych modRNA. Celem tego artykułu jest jasne zdefiniowanie wysoce dokładnej i powtarzalnej metody dostarczania modRNA do mięśnia sercowego myszy, aby zastosowanie modRNA było szeroko dostępne w terapii genowej serca.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie opisane tutaj procedury dla zwierząt zostały zatwierdzone przez Icahn School of Medicine w Mount Sinai Institutional Care and Use Committee.
1. Synteza modRNA
UWAGA: Szczegóły syntezy modRNA można znaleźć w Kondrat et al.13.
2. Przygotowanie iniekcji modRNA do dostarczenia in vivo
3. Operacja zawału mięśnia sercowego
4. Sercowe dostarczanie modRNA
5. Walidacja ekspresji białka w sercu po zawale mięśnia sercowego
6. Analiza statystyczna
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Myszy w wieku od ośmiu do dziesięciu tygodni zanieczulono izofluranem i zaintubowano. Po wprowadzeniu zwierzęcia w stan znieczulenia, lewy obszar klatki piersiowej ogolono i wysterylizowano etanolem, a następnie odsłonięto serce w celu ligacji LAD. Lewą tętnicę wieńcową zamknięto, mocno zawiązując szew pod tętnicą (schemat przedstawiony na Rysunku 1A). Po uzyskaniu skutecznego zawału (wskaźnikiem była bladość wolnej ściany lewej komory), bezpośrednio do mięśnia sercowego, w trzech różnych mi...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Terapia genowa wykazała ogromny potencjał, aby znacznie przyspieszyć leczenie chorób serca. Jednak tradycyjne narzędzia stosowane we wstępnych badaniach klinicznych w leczeniu niewydolności serca wykazały ograniczoną skuteczność i wiążą się z poważnymi skutkami ubocznymi. Zmodyfikowane RNA przedstawia niewirusowe dostarczanie genów, które stale zyskuje na popularności jako narzędzie transferu genów w sercu. ModRNA nie wymaga lokalizacji jądrowej genów do translacji, a tym samym zapewnia wydajną i szybką ekspresję białka....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Autorzy dziękują Ann Anu Kurian za pomoc przy tym manuskrypcie. Praca ta została sfinansowana z grantu na rozpoczęcie działalności kardiologicznej przyznanego laboratorium Zangi, a także z grantu NIH R01 HL142768-01
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Adenozynotrifosforan | Invitrogen | AMB13345 | Zawarte w zestawie Megascript |
| Fosfataza antarktyczna | New England Biolabs | M0289L | |
| Analog anty-odwrotnej nasadki, 30-O-Mem7G(50) ppp(50)G | TriLink Biotechnologies | N-7003 | |
| System obrazowania bioluminescencji | Perkin Elmer | 124262 | IVIS100 system obrazowania urządzenia ze sprzężeniem ładunkowym |
| zwijacze | FST | 18200-09 | |
| Tropnina sercowa I | Abcam | 47003 | |
| Trifosforan cytydyny | Invitrogen | AMB13345 | Zawarte w zestawie Megascript |
| Podwójny system anestezjologiczny | Aparat Harvard | 75-2001 | |
| Kleszcze - Adson | FST | 91106-12 | |
| Kleszcze - Dumont #7 | FST | 91197-00 | |
| Trifosforan guanozyny | Invitrogen | AMB13345 | Zawarte w zestawie Megascript |
| Zestaw do transkrypcji in vitro | Zestaw Invitrogen | AMB13345 | 5X MEGAscript T7 |
| Kaniula do intubacji | Aparat Harvard Zestaw | ||
| Megaclear | Life Technologies | ||
| Wentylator dla myszy | Aparat Harvard | 73-4279 | |
| N1-metylo pseudourydyno-5-trifosforan | TriLink Biotechnologies | N-1081 | |
| Spektrometr NanoDrop | Thermo Scientific | ||
| Uchwyt igły Olsen hegar z nożyczkami do szwów | FST | 12002-12 | |
| Szablony plazmidowe | GeneArt, Thermo Fisher Scientific | ||
| Nożyczki preparacyjne z ostrym zakończeniem | FST | 14200-12 | |
| Stereoskop | Zeiss | ||
| Szwy | Ethicon | Y433H | 5.00 |
| Nici | Ethicon | Y432H | 6.00 |
| Nici | Ethicon | 7733G | 7.00 |
| T7 Enzym DNazy | Invitrogen | AMB13345 | Zawarte w zestawie Megascript |
| Stacja | taśmowaAligent | 4200 | |
| Zestaw do czyszczenia transkrypcji | Invitrogen | AM1908 | Megaclear |
| Ultra-4 filtry odśrodkowe 10k | Amicon | UFC801096 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.