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Genetics

Lieferung von Modified mRNA in einem Myokardinfarkt-Mausmodell

doi: 10.3791/60832 Published: June 11, 2020

Summary

Dieses Protokoll stellt eine einfache und kohärente Möglichkeit dar, ein Gen von Interesse mit modRNA nach Myokardinfarkt bei Mäusen vorübergehend zu regulieren.

Abstract

Myokardinfarkt (MI) ist eine der Hauptursachen für Morbidität und Sterblichkeit in der westlichen Welt. In den letzten zehn Jahren hat sich die Gentherapie aufgrund ihrer Effizienz und außergewöhnlichen therapeutischen Wirkung zu einer vielversprechenden Behandlungsoption für Herzerkrankungen entwickelt. Um das beschädigte Gewebe nach dem MI zu reparieren, haben verschiedene Studien DNA-basierte oder virale Gentherapie eingesetzt, standen aber aufgrund der schlechten und unkontrollierten Expression der gelieferten Gene, Ödeme, Arrhythmie und Herzhypertrophie vor erheblichen Hürden. Synthetische modifizierte mRNA (modRNA) stellt einen neuartigen Gentherapieansatz dar, der eine hohe, vorübergehende, sichere, nichtimmunogene und kontrollierte mRNA-Bereitstellung in das Herzgewebe ohne Risiko einer genomischen Integration bietet. Aufgrund dieser bemerkenswerten Eigenschaften in Kombination mit seiner glockenförmigen Pharmakokinetik im Herzen ist modRNA zu einem attraktiven Ansatz für die Behandlung von Herzerkrankungen geworden. Um jedoch die Wirksamkeit in vivo zu erhöhen, muss eine konsistente und zuverlässige Bereitstellungsmethode befolgt werden. Um die Effizienz der modRNA-Bereitstellung und die Konsistenz der modRNA-Nutzung für In-vivo-Anwendungen zu maximieren, wird daher eine optimierte Methode zur Vorbereitung und Bereitstellung der intrakardialen ModRNA-Injektion in einem Maus-MI-Modell vorgestellt. Dieses Protokoll wird die modRNA-Bereitstellung für die Grundlagen- und Translationsforschung zugänglicher machen.

Introduction

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Gentherapie ist ein leistungsfähiges Werkzeug mit Lieferung von Nukleinsäuren für die Behandlung, Heilung oder Prävention von menschlichen Krankheiten. Trotz der Fortschritte bei den diagnostischen und therapeutischen Ansätzen für Herzerkrankungen, gab es begrenzte Erfolge bei der Lieferung von Genen in Myokardinfarkt (MI) und Herzinsuffizienz (HF). So einfach der Prozess der Gentherapie auch scheint, es ist ein ausgesprochen komplexer Ansatz, wenn man die vielen Faktoren berücksichtigt, die optimiert werden müssen, bevor ein bestimmtes Lieferfahrzeug eingesetzt wird. Der richtige Liefervektor sollte nicht immunogen, effizient und stabil im menschlichen Körper sein. Die Bemühungen in diesem Bereich haben zwei Arten von Zustellungssystemen hervorgebracht: virale oder nicht-virale. Die weit verbreiteten Virussysteme, einschließlich Gentransfer durch Adenovirus, Retrovirus, Lentivirus oder Adeno-assoziiertes Virus, haben eine außergewöhnliche Transduktionskapazität gezeigt. Jedoch, ihre Verwendung in Kliniken ist begrenzt aufgrund der starken Immunantwort induziert1, Risiko der Tumorgenese2, oder das Vorhandensein von neutralisierendenAntikörpern 3, die alle ein großes Hindernis für eine breite und effektive Anwendung von viralen Vektoren in der menschlichen Gentherapie bleiben. Auf der anderen Seite zeigt die Lieferung von nackter Plasmid-DNA trotz ihres beeindruckenden Expressionsmusters eine geringe Transfektionseffizienz, während der mRNA-Transfer eine hohe Immunogenität und Erniedrigungsanfälligkeit durch RNase4aufweist.

Mit der umfangreichen Forschung auf dem Gebiet der mRNA hat sich modRNA aufgrund seiner zahlreichen Vorteile gegenüber traditionellen Vektoren zu einem attraktiven Werkzeug für die Lieferung von Genen an das Herz und verschiedene andere Organe entwickelt5. Der vollständige Ersatz von Uridin durch natürlich vorkommendes Pseudouridin führt zu einer robusteren und vorübergehenderen Proteinexpression, mit minimaler Induktion der angeborenen Immunantwort und dem Risiko einer genomischen Integration6. Kürzlich etablierte Protokolle verwenden eine optimierte Menge an Anti-Reverse Cap Analog (ARCA), die die Proteintranslation weiter verbessert, indem die Stabilität und Transaktivität der synthetischen mRNA7erhöht wird.

Frühere Berichte haben die Expression verschiedener Reporter- oder Funktionsgene gezeigt, die von modRNA im Nagetier Myokard nach MI geliefert werden. Mit modRNA-Anwendungen wurden signifikante Bereiche des Myokards, einschließlich Kardiomyozyten und Nicht-Kardiomyozyten, erfolgreich nach kardialen Verletzungen transfiziert8, um Angiogenese9,10, Herzzellüberleben11und Kardiomyozytenproliferation12zu induzieren. Eine einzige Verabreichung von modRNA kodiert für mutierte menschliche Follistatin-ähnliche 1 induziert die Proliferation von Maus erwachsenen CMs und erhöht signifikant die Herzfunktion, verringert die Narbengröße, und erhöht die Kapillardichte 4 Wochen nach MI12. Eine neuere Studie berichtete verbesserte Herzfunktion nach MI mit Anwendung von VEGFA modRNA in einem Schweinemodell10.

Daher ist es angesichts der zunehmenden Popularität von modRNA im Herzbereich wichtig, ein Protokoll für die Lieferung von modRNA an das Herz post-MI zu entwickeln und zu optimieren. Hierin ist ein Protokoll, das die Vorbereitung und Abgabe von gereinigter und optimierter modRNA in einer biokompatiblen Citrat-Saline-Formulierung beschreibt, die eine robuste, stabile Proteinexpression ohne Stimulierung einer Immunantwort bietet. Die in diesem Protokoll und Video gezeigte Methode zeigt den Standard-Chirurgischen Eingriff einer Maus MI durch permanente Ligation der linken vorderen absteigenden Arterie (LAD), gefolgt von drei intrakardialen Injektionen von modRNA. Das Ziel dieses Papiers ist es, eine hochgenaue und reproduzierbare Methode der ModRNA-Bereitstellung an das murine Myokard klar zu definieren, um die modRNA-Anwendung für die Herzgentherapie allgemein zugänglich zu machen.

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Protocol

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Alle hier beschriebenen Tierprozeduren wurden von der Icahn School of Medicine am Mount Sinai Institutional Care and Use Committee genehmigt.

1. Synthese von modRNA

HINWEIS: Die Details der modRNA-Synthese finden Sie in Kondrat et al.13.

  1. Bestellen Sie die Plasmidvorlagen (Materialtabelle) und generieren Sie ein sauberes PCR-Produkt, das als mRNA-Vorlage verwendet werden soll.
  2. Bereiten Sie die modRNAs durch Transkription in vitro mit einer maßgeschneiderten Ribonukleosid-Mischung der folgenden (Materialtabelle): T7 Transkriptionskit, 6 mM Anti-Reverse Cap analog (ARCA) 30-O-Me-m7G(50) ppp(50)G, 75 mM Guanosintriphosphat, 75 mM Adenosintriphosphat, 75 mM Cytidintriphosphat, 100 mM Pseudouridin-5-Triphosphat und T7 DNase Enzym.
  3. Reinigen Sie die modRNA in Schritt 1.2 mit einem Transkriptionsbereinigungsset (Tabelle der Materialien) und behandeln Sie sie mit antarktischer Phosphatase. Als nächstes repurifizieren Sie die modRNA mit dem Transkriptionsbereinigungskit und quantifizieren Sie sie mit einem Spektralphotometer.
  4. Die modRNA mit Ethanol und Ammoniumacetat ausfälten und in 10 mM Tris-HCl und 1 mM EDTA resuspendieren.
  5. Konzentrieren Sie die modRNA für die In-vivo-Lieferung durch Zentrifugalfilter und messen Sie die Qualität mit einer automatisierten Elektrophorese-Plattform (Materialtabelle).

2. Vorbereitung der modRNA-Injektion zur In-vivo-Lieferung

  1. Berechnen Sie das Volumen, das für 100 g Luziferase (Luc)/Cre modRNA-Injektion benötigt wird, basierend auf der modRNA-Konzentration.
  2. Mischen Sie das berechnete Volumen von modRNA mit gleichen Teilen der Saccharoselösung, die in nukleasefreiem Wasser (0,3 g/ml) und 0,1 M Citratlösung (pH = 7) (jeweils 20 l empfohlen) hergestellt werden.
  3. Bringen Sie das Endvolumen der Injektion auf 60 l, indem Sie eine Salinelösung hinzufügen.

3. Myokardinfarktchirurgie

  1. Anästhesie und Zubereitung des Tieres
    HINWEIS: Diese Studie verwendet männliche und weibliche CFW-Mäuse, die 8 bis 12 Wochen alt sind.
    1. Anästhesisieren Sie die Maus mit 2% Isoflurane mit einer Induktionskammer und legen Sie das Tier auf dem Rücken in eine rückende Position mit einer Gesichtsmaske über Nase und Mund, um die Anästhesie aufrecht zu erhalten. Bewahren Sie die Anästhesie durch mechanische Belüftung mit einem Atemschutzgerät, das mit einem 7-8 mm Atemwegsrohr und einem Filter ausgestattet ist.
    2. Um die Maus auf der Operationsplattform zu immobilisieren, sichern Sie ihre Gliedmaßen mit chirurgischem Klebeband. den Nackenbereich und die linke Seite des Brustkorbs rasieren und mit 70% Ethanol und Povidonjod desinfizieren. Wiederholen Sie den Desinfektionsschritt zweimal. Überprüfen Sie seine Reflexe, kneifen Sie den Schwanz und die Hinterfüße, um die Tiefe der Anästhesie zu beurteilen.
    3. Kontinuierliche Überwachung und Aufrechterhaltung der Körperkerntemperatur bei Normothermie (37,5 bis 38 °C).
    4. Erhalten Sie eine offene Luft, indem Sie intratrachealen Intubationen durchführen. Um dies zu tun, legen Sie die Maus in eine ventrale Position mit dem Mund in Richtung des Experimentators und ziehen Sie sanft die Zunge heraus. Stellen Sie den Winkel des Halses ein und richten Sie den Intubationspfad aus und schieben Sie die Intubationskanüle ein.
    5. Falls das Tier nicht durchatmen kann, kann eine Tracheostomie durchgeführt werden. Führen Sie einen Zervixschnitt entlang der Mittellinie durch, der die Haut, den Muskel und das Gewebe isoliert und die Luftröhre mit einem Mikroskop umreißt. Wenn die Luftröhre deutlich sichtbar ist, legen Sie das Endotrachealrohr zwischen zwei Patronenringen unter den Glottis in das Gewebe ein, indem Sie ein kleines Loch bilden und den Schädelteil der Luftröhre mit mikrochirurgischen Zangen halten.
    6. Beobachten Sie die Brustbewegung der Maus, um zu überprüfen, ob beide Lungen Sauerstoff erhalten. Die Atemfrequenz (RR) sollte etwa 120 Atemzüge pro Minute betragen, mit einem Inspiratordruck von 17 bis 18 cm H2O.
  2. Linke vordere Absteigende (LAD) Arterieligation
    1. Um die LAD-Ligation durchzuführen, drehen Sie die Maus vorsichtig, so dass sie auf der rechten Seite liegt. Heben Sie die Haut und führen Sie eine linke Seite Thorakotomie zwischen der 3. und 4. Rippe und sezieren Sie das Gewebe und Denmuskel sorgfältig. Verwenden Sie eine Kauterie, um Blutungen zu verhindern.
    2. Öffnen Sie den Thorax vorsichtig und sobald er offen ist, finden Sie das Herz, ohne die Lunge mit einem scharfen Gegenstand zu berühren. Legen Sie die Retraktoren in den Schnitt, um die Brusthöhle offen zu halten und haben einen klaren Blick auf das Herz. Bewegen Sie nun die Lunge an den Rand des Einschnitts und entfernen Sie den Teil des Perikardsacks, der das Herz bedeckt, um auf die vordere Oberfläche des Herzens zuzugreifen.
    3. Identifizieren Sie sorgfältig den LAD, der als ein tiefhelles rotes Gefäß zwischen der Lungenarterie und der linken Aurikel gesehen werden kann. Ligate die LAD proximal mit einer einzigen Naht einer 7-0 Seidennaht. Legen Sie ein Brustrohr (28 G, Venalkatheter), zwischen der 4. und 5. Rippe.
    4. Schließen Sie den Thoraxschnitt in Schichten. Verwenden Sie die 6-0 Seiden-Laufnähte, um die Rippen anzupassen und verwenden Sie 5-0 Seidenlaufnähte, um die Haut zu schließen. Achten Sie darauf, ein richtiges Fenster für zukünftige echokardiographische Messungen zu hinterlassen.
    5. Den Thorax mit einer 2 ml Spritze vorsichtig mit warmer isotonischer Lösung (9 g Natriumchlorid in 1 L Wasser) abtropfen lassen. Legen Sie die Maus auf den Rücken. Wenn Sie eine Tracheostomie durchführen, nehmen Sie das Endotrachealrohr heraus und passen Sie die Trachealpatronenringe mit einem einzigen Stich an die Trachealpatronenringe an. Legen Sie die Gesichtsmaske auf die Maus und schließen Sie die Haut mit 5-0 Seiden-Laufnähten.
    6. Trennen Sie für die Erholungsphase die Intubationskanüle vom Beatmungsgerät und lassen Sie eine spontane Atmung zu. Legen Sie das Tier unter eine Wärmelampe, bis es das Bewusstsein erlangt. Lassen Sie das Tier nach der Operation nicht unbeaufsichtigt, bis es vollständig wach ist.
    7. Verwalten Sie die Schmerztherapie mit Buprenophin bei 0,1 mg/kg Körpergewicht, subkutan für die nächsten 3 Tage in 12 h Intervallen injiziert.

4. Herz-Lieferung von modRNA

  1. Liefern Sie insgesamt 60 l der modRNA, die in Schritt 2.3 intramuskulär (IM) mit einer Insulinspritze (31 G) nach einem MI hergestellt wird.
    1. Injizieren Sie 20 l der modRNA an drei verschiedenen Stellen des Herzmuskels, die den Infarktbereich umgeben (zwei auf beiden Seiten der Ligation und eine in der Spitze). Führen Sie die Injektionen unmittelbar nach dem LAD durch, bevor Sie die Brust schließen.
      HINWEIS: Repräsentative Bilder von modRNA-Injektionsstellen sind in Abbildung 1zu sehen.

5. Proteinexpressionsvalidierung im Herz nach MI

  1. Luciferase-ModRNA-Expression mit einem Biolumineszenz-Bildgebungssystem
    ANMERKUNG: Nach dem MI werden insgesamt 100 g Luc mRNA, die in 60 l des Saccharose-Citratpuffers hergestellt werden, direkt in das Herz von CFW-Mäusen injiziert.
    1. Bei 24 h Post MI und modRNA Injektion, beanten die Mäuse mit 2% Isofluran mit einer Induktionskammer und intraperitoneally injizieren Luciferin (150 mg/g Körpergewicht), um das Luc-Signal in vivo zu validieren.
    2. Bildn ison die Mäuse mit einem Biolumineszenz-Bildgebungssystem alle 2 min, bis das Luc-Signal die Sättigung erreicht.
    3. Quantifizieren Sie die gesammelten Bilddaten mit einer Imaging-Analysesoftware. Verwenden Sie die Mäuse, die mit Saline injiziert wurden, nur als Ausgangswert für den Luc-Ausdruck und subtrahieren Sie das Hintergrundsignal, das von den mit Einer Linie injizierten Mäusen gesammelt wurde.
      HINWEIS: Luc Signal wird in p/s/cm2/sr x 106ausgedrückt.
  2. Immunostainierung für die Cre-Transfektionsvalidierung
    1. Um die Transfektion mit Cre zu validieren, opfern Sie die Tiere 24 h Nachinjektion mit einer intraperitonealen Injektion von 100 mg/kg Ketamin und 10 mg/kg Xylazin gefolgt von zervikaler Dislokation. Vor einem Schnitt, desinfizieren Sie brust und abdomen mit einem 70% Alkoholabstrich.
    2. Öffnen Sie die Brusthöhle, indem Sie einen Querschnitt von 1 cm niedriger als das Brustbein machen und die Schere zum Kopf bewegen, indem Sie den Rippenkäfig durchschneiden.
    3. Öffnen Sie die Brust und injizieren Sie 1 ml steriles PBS in die rechte ventrikuläre Kammer, um überschüssiges Blut zu entfernen. Das Herz sofort verbrauchen und in das sterile PBS legen, um das restliche Blut wegzuwaschen.
    4. Fixieren Sie das Herz in 4% Paraformaldehyd (PFA) für 24 h, gefolgt von einer nächtlichen Inkubation in 30% Saccharoselösung bei 4 °C. Am nächsten Tag die Herzen in optimale Schnitttemperatur Mittel einbetten und schneiden Sie sie mit einer Dicke von 10 m mit einem Kryostat.
    5. Stainieren Sie die Abschnitte mit primärem Antikörper gegen Herztroponin I (cTNI) und kennzeichnen Sie sie mit einem fluoreszierenden Sekundärantikörper. Um den Kern zu identifizieren, Färben Sie mit 4',6-Diamidino-2-Phenylindole (DAPI) für 5 min. Stellen Sie die Dias mit einem Fluoreszenzmikroskop.

6. Statistische Analyse

  1. Zeichnen Sie ein Balkendiagramm basierend auf dem Luc-Ausdruck in saline- und Luc-injizierten Mäusen und melden Sie die Werte als Mittelwert . SEM. Vergleichen Sie die beiden Gruppen mit einem ungepaarten t-Test (****p < 0.0001).

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Representative Results

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Acht bis zehn Wochen alte Mäuse wurden mit Isofluran beanstandet und intubiert. Nachdem das Tier unter Anästhesie war, wurde die linke Brustregion rasiert und mit Ethanol sterilisiert, und das Herz wurde für LAD Ligation ausgesetzt. Die linke Koronararterie wurde durch festes Verknoten der Naht unter der Arterie verknotet (Diagrammdarstellung Abbildung 1A). Nach einem erfolgreichen Infarkt (angezeigt durch das Abschlagen der linksventrikulären freien Wand) wurde eine direkte Injektion von 100 g Luc oder Cre modRNA, gelöst im Saccharose-Citratpuffer, an drei verschiedenen Stellen(Abbildung 1B)direkt in das Myokard um den Verletzungsbereich mit einer Insulinspritze abgegeben. Das MI-Verfahren mit ModRNA-Injektionen dauerte 30 bis 45 Min. pro Tier. Die Tiere zeigten nach dem Eingriff eine Überlebensrate von etwa 90%. Nach dem Eingriff wurden die Brust und die Haut fest in Schichten vernäft und das Tier wurde aus der Beatmung entfernt, sobald es normal zu atmen begann.

Nach der Durchführung der LAD-Ligation und der anschließenden Abgabe der Luc modRNA-Injektion validierten wir die Luc modRNA-Transfektion, indem wir die Luc-Proteinexpression 24 h Postinjektion mit einem Biolumineszenz-Bildgebungssystem überprüften (Abbildung 2A). Wir haben in früheren Publikationen festgestellt, dass, obwohl die Proteinexpression bis Tag 6 Posttransfektion zu sehen ist, die höchste Transfektionseffizienz von modRNA bei 24 h8beobachtet wird. In ähnlicher Weise haben wir das Luc-Signal im Mitluc modRNA-Injektion behandelten Herz (1,76 x 108) erfolgreich im Vergleich zu den Mäusen nachgewiesen, die mit Einem Saccharose-Citratpuffer nach MI (3,0 x 105) injiziert wurden (Abbildung 2B).

Darüber hinaus versuchten wir, die modRNA-Expression zu validieren, indem wir ihre Übersetzung und Bioverteilung in einer transgenen Rosa26mTmG-Maus überprüften. Dieses Mausmodellsystem drückt die zellmembranlokalisierte tdTomato (mT) Fluoreszenzexpression in allen Körperzellen/Geweben und Veränderungen der zellmembranlokalisierten EGFP (mG) Fluoreszenzexpression bei Cre-Rekombination aus. Um die Expression der Cre modRNA zu beobachten, wurde 100 g Cre modRNA bei Rosa26mTmG männlichen und weiblichen Mäusen direkt in das Myokard post-MI injiziert, und die Tiere wurden 24 h postsurgeryiert. Herzen wurden mit dem Kardiomyozytenmarker cTNI und dem Kernmarker DAPI (Abbildung 3A) fixiert und verarbeitet. Erfolgreiche Cre-Expression war offensichtlich durch das Auftreten von grün gefärbten Zellen (Abbildung 3B), die ein Ergebnis der Rekombination mit der Cre modRNA an die Maus geliefert wurden, dargestellt durch die Änderung der tdTomato Farbe zu EGFP um die Cre Injektionsstelle (Abbildung 3C).

Figure 1
Abbildung 1: LAD-Ligation und Herzabgabe von modRNA. (A) Schematisches Diagramm, das den Bereich der LAD-Ligation und drei Stellen der ModRNA-Injektion zeigt. (B) Repräsentative Bilder des gesamten Mausherzes posten einen erfolgreichen MI, der durch permanente Ligation (a) induziert wird, und Stellen der modRNA-Injektion nach dem MI. Die 100 g modRNA, die in 60 l Saccharose-Citratpuffer gelöst wurden, wurden im Grenzbereich um den Infarkt geliefert, zwei auf beiden Seiten der Ligation (b,c) und eine in der Spitze (d). Maßstabsleiste = 1 cm. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Figure 2
Abbildung 2: Luc-Expressionsanalyse nach modRNA-Injektion. Der Saccharose-Citratpuffer, der 100 g Luc modRNA enthält, wurde in einer Operation mit offener Brust direkt in Myokard von CFW-Mäusen injiziert. Das Biolumineszenz-Bildgebungssystem wurde verwendet, um die Luc-Proteinexpression 24 Stunden nach der Injektion zu berechnen. (A) Vergleichende biolumineszierende Bilder von Kontrollmäusen (nur mit Puffer transfiziert) im Vergleich zu Mäusen, die mit Luc modRNA injiziert wurden. (B) Quantifizierung des Luc-Signals im Vergleich zu den Kontrollmäusen, die nach 24 Stunden mit Biolumineszenz-Imager gemessen wurden. Fehlerleiste stellt SEM mit p < 0.0001 dar. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Figure 3
Abbildung 3: Validierung des Cre-Ausdrucks in vivo. Repräsentative Bilder von transfizierten Herzquerschnitten (Kurzachsansicht), die den Ausdruck von Cre modRNA in Rosa26mTmG Maus 24 Stunden nach der Injektion validieren. (A) Die mit cTNI (rot) immunostainierten Kardiomyozyten. (B) Grüne Zellen stellen die transfizierten Cre-Zellen dar. (C) Zusammengeführtes Bild mit Cre-aktivierten Zellen um die beiden Injektionen. Blau ist der nukleare Fleck DAPI. Maßstabsleiste = 1 cm. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

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Discussion

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Die Gentherapie hat ein enormes Potenzial gezeigt, die Behandlung von Herzerkrankungen signifikant voranzutreiben. Jedoch, traditionelle Werkzeuge in den ersten klinischen Studien für die Behandlung von HF verwendet haben nur begrenzten Erfolg gezeigt und sind mit schweren Nebenwirkungen verbunden. Modified RNA präsentiert eine nichtvirale Genabgabe, die als Gentransfer-Tool im Herzen kontinuierlich an Popularität gewinnt. ModRNA benötigt keine kernnukleare Lokalisierung von Genen für die Translation und bietet somit eine effiziente und schnelle Expression des Proteins. Da sich die mRNA nicht in den Genomwirt integriert, überspringt die Genabgabe durch modRNA das Risiko einer Mutagenese. Daher hat sich modRNA aufgrund seiner Vorteile gegenüber herkömmlichen Gen-Lieferfahrzeugen zu einer der attraktivsten Plattformen für die Lieferung einzelner Gen- oder Genkombinationen an das Herz entwickelt. Bislang gibt es jedoch kein standardisiertes Protokoll für die Vorbereitung und Übertragung der modRNA in das Herz nach der Verletzung. Ziel war es daher, ein Standard- und optimiertes Protokoll für die intrakardiale Abgabe von modRNA im Nagetierherz zu etablieren, um die Verwendung von modRNA als Gentherapie-Tool zu verbessern und es für therapeutische Zwecke geeignet zu machen.

In diesem Protokoll wird modRNA durch Ersetzen von Uridin durch Pseudouridin vorbereitet, gefolgt von der Deckelung mit ARCA am 5' Ende. Diese Veränderungen in der sekundären Struktur von mRNA haben gezeigt, dass eine höhere Proteintranslation im Vergleich zu verschiedenen anderen Nukleotid-Modifikationen8. Darüber hinaus entweicht diese veränderte mRNA-Struktur der Immunogenität nach IM-Injektionen bei Mäusen, indem sie ihre Erkennung durch mautähnliche Rezeptoren und Nukleasen begrenzt6. Hier haben wir gezeigt, dass eine nackte mRNA-Lieferung mit Saccharose-Citratpuffer eine starke Proteintranslation im Herzen mit einem Maus-MI-Modell erzeugt. In unseren früheren Studien haben wir die Überlegenheit von modRNA mit Saccharose-Citratpuffer im Herzen im Vergleich zur Verkapselung von modRNA in Nanopartikeln wie in vivo-Fectamiin oder in vivo jetPEI festgestellt, die die ModRNA-Translation in Protein8behindern können. Die hohe Konservierung der RNA durch Citrat und zusätzliche Energie, die durch die Saccharose für Endozytose zusätzlich zur Rettung der einsträngigen ModRNA-Verklumpung bereitgestellt wird, könnte der Grund für die deutliche Zunahme der Übersetzung von modRNA sein, die im Saccharose-Citratpuffer geliefert wird.

Obwohl die Verwendung von modRNA in präklinischen und klinischen Studien10,14 in den letzten zehn Jahren eskaliert ist, müssen bestimmte Bereiche für einen verbesserten Erfolg von modRNA in der Klinik untersucht werden. Erstens kann die Synthese von modRNA in den hohen Mengen, die für therapeutische Untersuchungen erforderlich sind, kostenprohibitiv sein. Daher ist es wichtig, klinische und kostengünstige modRNA zu entwickeln, um das Feld in Richtung einer klinischen RNA-Therapiephase beim Menschen zu bewegen. Zweitens muss eine klinisch anwendbare Bereitstellungsmethode für modRNA identifiziert werden. In Anbetracht der Schäden, die durch die herzim-Injektionen verursacht werden, könnten weniger invasive Katheter-basierte Abgabemethoden plausibler sein, wenn es um die Übertragung der großen Menge an modRNA geht, die notwendig ist, um große Herzen zu transfekten.

Abschließend zeigte diese Arbeit die erfolgreiche Abgabe von RNA, die Pseudouridin-Modifikationen im Mausherz nach MI enthält. Die Abgabe von modRNA im Saccharose-Citratpuffer ergab 24 Stunden nach der Injektion eine starke Proteinexpression. Dieses Protokoll ermöglicht es den Forschern, eine standardisierte Abgabe und Proteinbewertung im Herznachfolgen zu verfolgen und so mehr Zugänglichkeit bei der Vorbereitung und Bereitstellung von modRNA für ihre Forschung zu gewährleisten.

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Disclosures

Die Autoren haben nichts zu verraten.

Acknowledgments

Die Autoren würdigen Ann Anu Kurian für ihre Hilfe bei diesem Manuskript. Diese Arbeit wurde durch ein kardiologisches Start-up-Stipendium des Zangi-Labors und auch durch den NIH-Zuschuss R01 HL142768-01 finanziert.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Adenosine triphosphate Invitrogen AMB13345 Included in Megascript kit
Antarctic Phosphatase New England Biolabs M0289L
Anti-reverse cap analog, 30-O-Mem7G(50) ppp(50)G TriLink Biotechnologies N-7003
Bioluminescense imaging system Perkin Elmer 124262 IVIS100 charge-coupled device imaging system
Blunt retractors FST 18200-09
Cardiac tropnin I Abcam 47003
Cytidine triphosphate Invitrogen AMB13345 Included in Megascript kit
Dual Anesthesia System Harvard Apparatus 75-2001
Forceps- Adson FST 91106-12
Forceps- Dumont #7 FST 91197-00
Guanosine triphosphate Invitrogen AMB13345 Included in Megascript kit
In vitro transcription kit Invitrogen AMB13345 5X MEGAscript T7 Kit
Intubation cannula Harvard Apparatus
Megaclear kit Life Technologies
Mouse ventilator Harvard Apparatus 73-4279
N1-methylpseudouridine-5-triphosphate TriLink Biotechnologies N-1081
NanoDrop Spectrometer Thermo Scientific
Olsen hegar needle holder with suture scissors FST 12002-12
Plasmid templates GeneArt, Thermo Fisher Scientific
Sharp-Pointed Dissecting Scissors FST 14200-12
Stereomicroscope Zeiss
Sutures Ethicon Y433H 5.00
Sutures Ethicon Y432H 6.00
Sutures Ethicon 7733G 7.00
T7 DNase enzyme Invitrogen AMB13345 Included in Megascript kit
Tape station Aligent 4200
Transcription clean up kit Invitrogen AM1908 Megaclear
Ultra-4 centrifugal filters 10k Amicon UFC801096

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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Kaur, K., Sultana, N., Hadas, Y., Magadum, A., Sharkar, M. T. K., Chepurko, E., Zangi, L. Delivery of Modified mRNA in a Myocardial Infarction Mouse Model. J. Vis. Exp. (160), e60832, doi:10.3791/60832 (2020).More

Kaur, K., Sultana, N., Hadas, Y., Magadum, A., Sharkar, M. T. K., Chepurko, E., Zangi, L. Delivery of Modified mRNA in a Myocardial Infarction Mouse Model. J. Vis. Exp. (160), e60832, doi:10.3791/60832 (2020).

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