1. Производство, сбор и заморозка лентивируса
- Перед началом данного протокола проконсультируйтесь со специалистом по технике безопасности вашего учреждения и следуйте его рекомендациям.
- День 1. Для производства вируса используйте здоровые, быстрорастущие клетки 293T. Рассейте клетки из расчета 5 x 106
клеток на чашку 10 см. Для производства вируса используйте среду для 293T без антибиотиков (DMEM с высоким содержанием глюкозы с 10% FBS и 4 mM L-глутамином).
- День 2. В конце рабочего дня проведите трансфекцию клеток 293T следующим образом (указанные количества приведены для одной чашки 10 см).
Доведите все реагенты до комнатной температуры. Перенесите пипеткой 375 μl OptiMEM в микроцентрифужную пробирку, затем добавьте 25 μl
Fugene HD. Не допускайте контакта неразведенного Fugene с поверхностью пробирки.
- В микроцентрифужной пробирке смешайте:
- 5 μg трансферной плазмиды (Slc7a1, целевой вектор или флуоресцентный контрольный вектор)
- 3,75 μg упаковочной плазмиды (pCMV-dR8.91 или psPax2)
- 1,25 μg плазмиды оболочки (pMD2.G для пантропного, pHCMV-EcoEnv для экотропного вируса)
- бессывороточный OptiMEM до объема 100 μl
- Объедините содержимое двух пробирок и инкубируйте смесь 20-30 минут при комнатной температуре.
- Замените среду в культуре клеток 293T на 10 ml свежей среды для 293T без антибиотиков. Добавьте смесь Fugene/плазмиды
покапельно в чашку и инкубируйте в течение ночи при 37°C и 5% CO2.
- День 3. Замените среду в культуре клеток 293T на 10 ml свежей среды для 293T без антибиотиков. Действуйте осторожно,
так как клетки 293T прикрепляются слабо и могут отслоиться при слишком интенсивном внесении среды пипеткой на
монослой. Инкубируйте в течение двух дней в увлажненном инкубаторе для производства вируса.
- День 5. Соберите вирус и профильтруйте через фильтр с низким связыванием белков с размером пор 0,45 mm. Используйте немедленно или разлейте
по одноразовым аликвотам и заморозьте при -80°C. Замороженный пантропный и экотропный вирусы следует заново титровать после
хранения в течение шести месяцев и одного месяца соответственно.
- Проведите титрование вируса следующим образом, используя клетки, относительно восприимчивые к трансдукции. Трансдуцируйте клетки флуоресцентным контрольным вирусом в течение ночи, используя серийные разведения (например, 1:10, 1:100, 1:1000) в свежей среде с 6 μg/ml PB. На следующий день замените среду на свежую. Через два дня после трансдукции, когда клетки начнут экспрессировать флуоресцентный белок, определите долю трансдуцированных клеток методом FACS. Рассчитайте титр в трансформирующих единицах (TU) на мл, основываясь на разведениях, дающих < 15% трансдукции, чтобы минимизировать случаи многократной трансдукции.
2. Трансдукция целевых клеток человека рецептором мышиного ретровируса Slc7a1
- Выберите множественность заражения (MOI) = 2, чтобы обеспечить трансдукцию большинства клеток. Для клеток-мишеней, устойчивых к трансдукции, таких как HDF, потребуется более высокий MOI; в таких случаях мы разводим вирусный супернатант всего 1:2 для достижения трансдукции большинства клеток.
- Проведите трансдукцию клеток-мишеней в течение ночи с использованием вирусного супернатанта, разведенного в свежей культуральной среде с добавлением 6 μg/ml PB, что повышает эффективность трансдукции за счет усиления электростатического взаимодействия между вирусом и клеткой-мишенью.1 В идеале следует использовать минимальный объем вируса (например, 1 ml для чашки 35 mm), так как диффузия является лимитирующим фактором эффективности трансдукции.
- После удаления вируса культивируйте клетки не менее 48 часов перед их трансдукцией экотропным вирусом, чтобы обеспечить достаточную экспрессию рецептора Slc7a1.
- (Опционально) При необходимости можно использовать бластицидин для селекции стабильно трансдуцированных клеток, экспрессирующих Slc7a1. Заранее следует построить кривую гибели при воздействии бластицидина, чтобы определить минимальную эффективную концентрацию (обычно от 2 до 10 μg/ml), которая уничтожает все нетрансдуцированные клетки-мишени в течение 7 дней. Примерно через 2 дня после удаления вируса Slc7a1 перенесите трансдуцированные клетки в среду, содержащую бластицидин. Культивируйте клетки в среде с бластицидином в течение 7 дней; к этому моменту все оставшиеся клетки будут стабильно экспрессировать рецептор ретровируса, после чего их можно будет трансдуцировать экотропным вирусом, а также заморозить в качестве стабильной линии, экспрессирующей Slc7a1, для дальнейшего использования.
3. Титрование полимерного комплекса для определения токсичности
- День 1. Высейте клетки в 96-луночный планшет из расчета 5000 клеток/лунку, обеспечив как минимум три повторности для каждой экспериментальной группы. Включите нетрансдуцированные клетки в полной среде для определения базового значения для здоровых клеток, а также образцы клеток в бессывороточной среде для индукции остановки роста в качестве контроля. Параллельно высейте клетки в подходящий формат (например, 24-луночный планшет) для микроскопического анализа или анализа эффективности трансдукции методом FACS для каждого экспериментального условия.
- День 2. Проведите трансдукцию клеток в планшетах, предназначенных как для MTT-анализа, так и для FACS-анализа, вирусом, кодирующим GFP, при MOI 0,5 для трансдукции ~40% целевых клеток. Протестируйте различные концентрации CS/PB (например, 50, 100, 200, 400, 600 и 800 mg/ml каждого компонента), а также 6 μg/ml PB для определения оптимального количества. Получите полимерные комплексы, как описано в Части 4 ниже.
- День 3. Удалите среду, содержащую вирус, и замените ее свежей средой. Верните планшеты в увлажненный инкубатор.
- День 5. Проанализируйте планшет FACS, чтобы определить эффективность трансдукции при каждой концентрации полимера.
- День 6. Удалите среду из всех лунок планшета для MTT и замените ее 100 μl раствора MTT (1 mg/ml MTT в полной среде). Культивируйте в течение трех часов в увлажненном инкубаторе, чтобы MTT восстановился в митохондриях метаболически активных клеток.
- Удалите раствор MTT и замените его 200 ml растворителя MTT (0,1 N HCl, 0,1% Igepal CA-630 в изопропаноле).
- Инкубируйте в течение двух часов при комнатной температуре или до полного растворения фиолетового осадка формазана MTT. Измерьте абсорбцию на микропланшетном ридере при 570 nm, вычитая фоновое значение при 690 nm.
- Выберите оптимальную концентрацию полимера, которая обеспечивает максимальное усиление трансдукции (по данным FACS) при минимальном влиянии на метаболическую активность (по данным MTT). Для HDF мы выбрали 100 μg/ml CS/PB на основании данных, представленных в разделе «Репрезентативные результаты» ниже.
4. Экотропная трансдукция с полимерной комплексообразованием
- Приготовьте стерильно отфильтрованные стоковые растворы PB и хондроитинсульфата в концентрации 20 mg/ml в воде. Разлейте по аликвотам и храните при -20°C.
- Перенесите вирусный супернатант в микроцентрифужную пробирку и разбавьте до желаемой конечной концентрации (например, MOI равной 2) свежей культуральной средой. Последовательно добавьте равные объемы PB и хондроитинсульфата (концентрации которых определены в шаге 3 выше), слегка встряхивая пробирку после каждого добавления для перемешивания. Вирусная смесь мгновенно станет мутной из-за образования преципитатов. Инкубируйте вирусную смесь при комнатной температуре в течение 5 минут для формирования комплексов.
- Удалите среду из целевых клеток, экспрессирующих рецептор, замените её вирусной смесью и инкубируйте в течение ночи при 37°C и 5% CO2. После удаления вирусной смеси дважды промойте поверхность клеток раствором PBS, чтобы способствовать удалению вирусных комплексов. Полное удаление не обязательно; нами не было замечено негативного влияния остаточных полимерных комплексов на жизнеспособность клеток.
5. Проверка специфичности экотропной трансдукции
- При первом производстве экотропного вируса с точки зрения безопасности целесообразно убедиться, что вирус не способен трансдуцировать немодифицированные клетки человека. Трансдуцируйте клетки человека экотропным лентивирусом в относительно высокой концентрации (разведение вирусного супернатанта в свежей среде всего в 1–2 раза) в течение ночи с использованием PB в концентрации 6 μg/ml или оптимизированной концентрации CS/PB.
- Удалите среду, содержащую вирус, и замените ее свежей средой. После инкубации клеток в течение 2 дней подтвердите экспрессию трансгена с помощью FACS с использованием флуоресцентных векторов и/или с помощью RT-PCR со специфичными для трансгена праймерами.
6. Репрезентативные результаты:
На рис. 1A показан процесс получения лентивируса, а на рис. 1B — трансдукция человеческих клеток экотропным лентивирусом, включая предварительную трансдукцию рецептором мышиного ретровируса Slc7a1. Для определения титра вируса мы используем линию клеток рабдомиосаркомы человека, стабильно трансдуцированную Slc7a1 (Slc-hRMS). При использовании флуоресцентных контрольных векторов для мониторинга эффективности трансдукции мы регулярно достигаем эффективности трансдукции Slc-hRMS экотропным вирусом > 90%, как показано на рис. 2A и 2B. Скорость трансдукции HDF обычно ниже, поскольку эти клетки не проходили селекцию бластицидином на экспрессию рецептора (рис. 2C). Титры экотропного лентивируса, измеренные на Slc-hRMS, обычно составляют 10-20% от титров вируса, псевдотипированного VSV (рис. 2D).
Один цикл замораживания-оттаивания снижает титр экотропного вируса на 3–16%, что эквивалентно потере титра за один цикл замораживания-оттаивания VSV-псевдотипированного вируса (p > 0,05). В отличие от данных предыдущих отчетов,2 мы не наблюдаем положительного влияния мгновенного замораживания в сухом льду на титр вируса. Напротив, более высокие титры обоих псевдотипов после размораживания достигаются путем простого размещения пробирок с вирусом в -80°C морозильник (данные не представлены).
Анализ жизнеспособности с помощью МТТ-теста позволяет чувствительно обнаруживать остановку роста в целевых клетках. Трансдукция вирусом в сочетании с концентрациями CS/PB до 800 μg/ml не оказывает влияния на метаболизм HDF (Рис. 3A). Воздействие CS/PB без вируса также не вызывает токсического эффекта в клетках (данные не представлены). FACS-анализ HDF, трансдуцированных вирусом с различными концентрациями CS/PB, демонстрирует усиление трансдукции по сравнению с использованием только PB (Рис. 3B). Максимальное усиление наблюдается при концентрации CS/PB 100 μg/ml (Рис. 3C), что в несколько раз ниже значений, опубликованных ранее.3 Таким образом, важно оптимизировать условия для каждого конкретного типа целевых клеток.
Комплексообразование с CS/PB примерно в 3 раза увеличивает наблюдаемый титр в Slc-hRMS (рис. 4A, p < 0.01). На практике это приводит к более выраженному влиянию на эффективность трансдукции при низких концентрациях вируса, чем при более высоких (рис. 4B), что, скорее всего, обусловлено множественной трансдукцией клеток и насыщением рецепторов при более высоких концентрациях вируса.
Трансдукция экотропным вирусом специфична для клеток, экспрессирующих рецептор мышиного ретровируса. При трансдукции немодифицированных клеток человека экотропным вирусом мы не наблюдали флуоресценции выше уровня фона нетрансдуцированных клеток, независимо от использования PB или CS/PB, как показано на рис. 5A. При микроскопическом исследовании HDF не проявляют признаков трансдукции в отсутствие рецептора (рис. 5B), тогда как предварительная трансдукция рецептором приводит к появлению флуоресцентных клеток (рис. 5C).

Рисунок 1. Схематическое изображение (A) процесса производства вируса и (B) трансдукции клеток человека рецептором мышиного ретровируса с последующим введением экотропного лентивируса.

Рисунок 2. Высокоэффективная трансдукция клеток человека экотропным лентивирусом, кодирующим GFP. Клетки были предварительно трансдуцированы рецептором мышиного ретровируса Slc7a1. (A) Линия клеток рабдомиосаркомы человека, прошедшая селекцию бластицидином на Slc7a1 (Slc-hRMS), трансдуцированная (синий) или нетрансдуцированная (розовый) GFP. (B) Флуоресцентная микрофотография экотропно-трансдуцированных Slc-hRMS (4X). (C) HDF, трансдуцированные (синий) и нетрансдуцированные (розовый) экотропным лентивирусом GFP; трансдукция Slc7a1 была проведена за два дня до экотропной трансдукции. (D) Титр VSV-G-псевдотипированного и экотропного лентивирусов, измеренный на Slc-hRMS.

Рисунок 3. Оптимизация концентраций хондроитинсульфата/полибрена (CS/PB) в дермальных фибробластах человека. (A) Жизнеспособность HDF, измеренная с помощью MTT-теста после трансдукции только в присутствии PB или с различными концентрациями CS/PB. (B) Повышение эффективности трансдукции в HDF при различных концентрациях CS/PB, измеренное методом FACS. (C) Количественная оценка повышения эффективности трансдукции, показывающая, что максимальная трансдукция наблюдается при 100 μg/ml CS/PB.

Рисунок 4. Влияние 400 μg/ml CS/PB на трансдукцию Slc-hRMS экотропным лентивирусом. (A) Повышение титра и (B) кратность изменения скорости трансдукции по сравнению с использованием только 6 μg/ml полибрена.

Рисунок 5. Отсутствие экотропной трансдукции HDF при отсутствии рецептора мышиного ретровируса Slc7a1. (A) Диаграмма FACS человеческих фибробластов BJ, не трансдуцированных (розовый) или трансдуцированных (синий) экотропным лентивирусом GFP; в обоих случаях рецептор Slc7a1 отсутствует. Человеческие фибробласты BJ, трансдуцированные экотропным лентивирусом GFP, без (B) и с (C) предварительной трансдукцией рецептором Slc7a1 (4X).