Intratrakeal instillasjon av stamceller i term neonatal rotter
Summary
Beskrevet er en protokoll for å utføre intratrakeal transplantasjon av mesenchymale stromalceller (MSCer) gjennom intratrakeal injeksjon i term neonatal rotter. Denne teknikken er et klinisk levedyktig alternativ for levering av stamceller og legemidler til neonatal rottelunger for å evaluere effekten.
Abstract
Langvarig eksponering for høye konsentrasjoner av oksygen fører til betennelse og akutt lungeskade, som ligner på humant bronkopulmonal dysplasi (BPD). Hos premature spedbarn er BPD en stor komplikasjon til tross for tidlig bruk av overflateaktivt behandling, optimal ventilasjonsstrategier og ikke-invasiv positiv trykkventilasjon. Fordi lungebetennelse spiller en avgjørende rolle i patogenesen av BPD, er kortikosteroidbruk en potensiell behandling for å forhindre det. Likevel anbefales systemisk kortikosteroidbehandling vanligvis ikke for premature spedbarn på grunn av langsiktige bivirkninger. Prekliniske studier og kliniske studier i human fase I viste at bruk av mesenchymale stromalceller (MSCer) ved hyperoksiaindusert lungeskader og hos premature spedbarn er trygt og mulig. Intratrakeal og intravenøs MSC-transplantasjon har vist seg å beskytte mot neonatal hyperoksisk lungeskade. Intratrakeal administrering av stamceller og kombinert overflateaktivt middel og glukokortikoidbehandling har derfor dukket opp som en ny strategi for å behandle nyfødte med respiratoriske lidelser. Utviklingsstadiet av rottelunger ved fødselen tilsvarer det hos humane lunger ved 26-28 svangerskapsuke. Derfor er nyfødte rotter egnet for å studere intratrakeal administrasjon til premature spedbarn med respirasjonssvikt for å evaluere effekten. Denne intratrakeale instillasjonsteknikken er et klinisk levedyktig alternativ for levering av stamceller og legemidler i lungene.
Introduction
Ekstra oksygen er ofte nødvendig for å behandle nyfødte spedbarn med respirasjonsnød1. Hyperoksikbehandling hos spedbarn har imidlertid negative langsiktige effekter. Langvarig eksponering for høye konsentrasjoner av oksygen fører til betennelse og akutt lungeskade, som ligner på humant bronkopulmonal dysplasi (BPD)2. BPD er en stor komplikasjon av hyperoksikbehandling som kan oppstå til tross for tidlig overflateaktivt behandling, optimal ventilasjonsprosedyrer og økt bruk av ikke-invasiv positiv trykkventilasjon hos premature spedbarn. Mens mange behandlingsstrategier er rapportert for BPD3,kan ingen kjent terapi redusere denne komplikasjonen.
Kortikosteroid bruk er en potensiell behandling for å forhindre BPD, fordi lungebetennelse spiller en avgjørende rolle i patogenesen. Systemisk kortikosteroidbehandling anbefales imidlertid vanligvis ikke for premature spedbarn på grunn av langtidsvirkninger4,5.
Mesenchymale stromalceller (MSCer) har pluripotente egenskaper og kan skille seg inn i ulike celletyper, inkludert bein, brusk, fettvev, muskler og sener6. MsCer har immunmodulerende, antiinflammatoriske og regenerative effekter7,og dyrestudier viser de terapeutiske fordelene ved MSCer og deres utskilte komponenter i hyperoksia-indusert lungeskade hos gnagere8,,9. Intratrakeal og intravenøs MSC-transplantasjon har vist seg å beskytte mot neonatal hyperoksisk lungeskade. Intratrakeal administrering av stamceller og kombinert overflateaktivt middel og kortikosteroidbehandling kan derfor være en potensiell behandlingsstrategi for behandling av nyfødte med respirasjonsforstyrrelser. Prekliniske studier har brukt intratrakeal administrering av stamceller og adeno-assosiert virus hos nyfødte rotter10,,11,,12. En trinnvis presentasjon av teknikken og in vivo-sporingen av de transplanterte stamcellene er imidlertid ikke tilgjengelig. Den nyfødte rotten er egnet for å studere effekten av intratrakeal administrasjon på premature spedbarn med respirasjonssvikt fordi det sakulære stadiet av rottelungen ved fødselen tilsvarer den for den menneskelige lunge ved 26-28 uke av svangerskapet13. En effektiv metode for administrasjon i rotterøret er avgjørende for vellykket lungefordeling. Teknikken som presenteres her gjør det mulig for studiet av intratrakeal administrering av celler og/ eller legemidler til behandling av neonatale lungesykdommer ved hjelp av rotter som modell for mennesker.
Protocol
Representative Results
Discussion
Nyfødte spedbarn med respirasjonssvikt krever vanligvis intratrakeal overflateaktivt middel og/eller kortikosteroidbehandling19. Kliniske studier i human fase I har vist sikkerheten til intratrakeale mscer hos premature spedbarn8. Disse studiene tyder på at intratrakeal administrering av legemidler er et viktig alternativ for nyfødte spedbarn med respiratorisk nød. Dyremodellstudier er mest nyttige hvis modellfunksjonene er direkte relevante for …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denne studien ble delvis støttet av et stipend fra Meridigen Biotech Co., Ltd. Taipei, Taiwan (A-109-008).
Materials
| 6-0 silk | Ethicon | 1916G | |
| Alcohol Prep Pad | CSD | 3032 | |
| BD Stemflow hMSC Analysis Kit | BD Biosciences | 562245 | CD markers |
| CMV-Luciferase-EF1α-copGFP BLIV 2.0 Lentivector for In Vivo Imaging | SBI | BLIV511PA-1 | |
| CryoStor10 | BioLife Solutions | 640222 | |
| Human MSCs | Meridigen Biotech Co., Ltd. Taipei, Taiwan | ||
| Infrared light | JING SHANG | JS300T | |
| Isoflurane | Halocarbon | 26675-46-7 | |
| IVIS-200 small animal imaging system | Caliper LifeSciences, Hopkinton, MA | ||
| Luciferin potassium salt | Promega, Madison, WI | ||
| Micro-scissors, straight | Vannas | H4240 | |
| Normal saline | TAIWAN BIOTECH CO., LTD. | 113531 | Isotonic Sodium Chloride Solution |
| Small Hub RN Needle, 30 gauge | Hamilton Company, Reno, NV | 7799-06 | |
| Syringe (100 µl) | Hamilton Company, Reno, NV | 81065 | |
| Xenogen Living Image 2.5 software | Caliper LifeSciences, Hopkinton, MA | N/A |
References
- Ramanathan, R., Bhatia, J. J., Sekar, K., Ernst, F. R. Mortality in preterm infants with respiratory distress syndrome treated with poractant alfa, calfactant or beractant: a retrospective study. Journal of Perinatology. 33, 119-125 (2013).
- Gien, J., Kinsella, J. P. Pathogenesis and treatment of bronchopulmonary dysplasia. Current Opinion in Pediatrics. 23, 305-313 (2011).
- Pasha, A. B., Chen, X. Q., Zhou, G. P. Bronchopulmonary dysplasia: Pathogenesis and treatment. Experimental and Therapeutic. 16, 4315-4321 (2018).
- Committee on Fetus and Newborn. Postnatal corticosteroids to treat or prevent chronic lung disease in preterm infants. Pediatrics. 109, 330-338 (2002).
- Watterberg, K. L. American Academy of Pediatrics; Committee on Fetus and Newborn. Policy statement-postnatal corticosteroids to prevent or treat bronchopulmonary dysplasia. Pediatrics. 126, 800-808 (2010).
- Prockop, D. J. Marrow stromal cells as stem cells for nonhematopoietic tissues. Science. 276, 71-74 (1997).
- Nemeth, K., et al. Bone marrow stromal cells attenuate sepsis via prostaglandin E(2)- dependent reprogramming of host macrophages to increase their interleukin-10 production. Nature Medicine. 15 (2), 42-49 (2009).
- Chou, H. C., Li, Y. T., Chen, C. M. Human mesenchymal stem cells attenuate experimental bronchopulmonary dysplasia induced by perinatal inflammation and hyperoxia. American Journal of Translational Research. 8, 342-353 (2016).
- Chen, C. M., Chou, H. C., Lin, W., Tseng, C. Surfactant effects on the viability and function of human mesenchymal stem cells: in vitro and in vivo assessment. Stem Cell Research & Therapy. 8, 180 (2017).
- Kim, Y. E., et al. Intratracheal transplantation of mesenchymal stem cells simultaneously attenuates both lung and brain injuries in hyperoxic newborn rats. Pediatric Research. 80, 415-424 (2016).
- Fleurence, E., et al. Comparative efficacy of intratracheal adeno-associated virus administration to newborn rats. Human Gene Therapy. 16, 1298-1306 (2005).
- Waszak, P., et al. Effect of intratracheal adenoviral vector administration on lung development in newborn rats. Human Gene Therapy. 13, 1873-1885 (2002).
- O’Reilly, M., Thébaud, B. Animal models of bronchopulmonary dysplasia. The term rat models. American Journal of Physiology-Lung Cellular and Molecular Physiology. 307, 948 (2014).
- Yu, J., et al. GFP labeling and hepatic differentiation potential of human placenta-derived mesenchymal stem cells. Cellular Physiology and Biochemistry. 35, 2299-2308 (2015).
- Dominici, M., et al. Minimal criteria for defining multipotent mesenchymal stromal cells. The International Society for Cellular Therapy position statement. Cytotherapy. 8, 315-317 (2006).
- Zhang, Z. Y., et al. Superior osteogenic capacity for bone tissue engineering of fetal compared with perinatal and adult mesenchymal stem cells. Stem Cells. 27, 126-137 (2009).
- Huang, L. T., et al. Effect of surfactant and budesonide on pulmonary distribution of fluorescent dye in mice. Pediatric and Neonatology. 56, 19-24 (2015).
- Keyaerts, M., Caveliers, V., Lahoutte, T. Bioluminescence imaging: looking beyond the light. Trends in Molecular Medicine. 18, 164-172 (2012).
- Yeh, T. F., et al. Intra-tracheal administration of budesonide/surfactant to prevent bronchopulmonary dysplasia. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 193, 86-95 (2016).
- Nguyen, J. Q., et al. Intratracheal inoculation of Fischer 344 rats with Francisella tularensis. Journal of Visualized Experiments. (127), e56123 (2017).
- de Almeida, P. E., van Rappard, J. R., Wu, J. C. In vivo bioluminescence for tracking cell fate and function. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 301, 663-671 (2011).
- Kim, J. E., Kalimuthu, S., Ahn, B. C. In vivo cell tracking with bioluminescence imaging. Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 49, 3-10 (2011).
