Интрачехное закапывание стволовых клеток в термине неонатальных крыс
Summary
Описанный протокол для выполнения интракачальной трансплантации мезенхимальных стромальных клеток (MSCs) через интрачехальные инъекции в термине неонатальных крыс. Этот метод является клинически жизнеспособным вариантом для доставки стволовых клеток и препаратов в легкие неонатальной крысы, чтобы оценить их эффективность.
Abstract
Длительное воздействие высоких концентраций кислорода приводит к воспалению и острой травме легких, которая похожа на бронхолегочную дисплазию человека (БЛД). У недоношенных детей, BPD является одним из основных осложнений, несмотря на раннее использование сурфактантной терапии, оптимальные стратегии вентиляции, и неинвазивной вентиляции положительного давления. Поскольку воспаление легких играет решающую роль в патогенезе БЛД, использование кортикостероидов является одним из потенциальных методов лечения, чтобы предотвратить его. Тем не менее, системное лечение кортикостероидами обычно не рекомендуется для недоношенных детей из-за долгосрочных побочных эффектов. Доклинические исследования и клинические испытания человеческой фазы I показали, что использование мезенхимальных стромальных клеток (МСК) при травмах легких, вызванных гипероксией, и у недоношенных детей является безопасным и осуществимым. Было показано, что внутритравмная и внутривенная трансплантация MSC защищает от неонатальной гипероксической травмы легких. Поэтому интратрахенное введение стволовых клеток и комбинированное сурфактантное и глюкокортикоидное лечение стало новой стратегией лечения новорожденных с респираторными расстройствами. Стадия развития легких крыс при рождении эквивалентна той, что в легких человека в 26–28 недель беременности. Таким образом, новорожденные крысы подходят для изучения интрачиального введения для недоношенных детей с дыхательной недостаточностью, чтобы оценить его эффективность. Этот метод интрачиальной трансплантации является клинически жизнеспособным вариантом для доставки стволовых клеток и препаратов в легкие.
Introduction
Дополнительный кислород часто требуется для лечения новорожденных с дыхательной дистресс1. Однако, гипероксия терапия у младенцев имеет неблагоприятные долгосрочные последствия. Длительное воздействие высоких концентраций кислорода приводит к воспалению и острой травме легких, которая похожа на бронхолегочную дисплазию человека (БЛД)2. BPD является основным осложнением лечения гипероксия, которые могут возникнуть, несмотря на раннюю сурфактантную терапию, оптимальные процедуры вентиляции и более широкое использование неинвазивной вентиляции положительного давления у недоношенных детей. Хотя многие стратегии лечения были зарегистрированы для BPD3, не известная терапия может уменьшить это осложнение.
Использование кортикостероидов является одним из потенциальных лечения для предотвращения БЛД, потому что воспаление легких играет решающую роль в его патогенезе. Однако системная кортикостероидная терапия обычно не рекомендуется для недоношенных детей из-за долгосрочных побочных эффектов4,,5.
Мезенхимальные стромальные клетки (МСК) обладают плюрипотентными характеристиками и могут дифференцироваться в различные типы клеток, включая кости, хрящи, жировую ткань, мышцы и сухожилия6. MSCs имеют иммуномодуляторные, противовоспалительные и регенеративные эффекты7, и исследования на животных показывают терапевтические преимущества MSCs и их секретированные компоненты в гипероксии индуцированной травмы легких у грызунов8,9. Было показано, что внутритравмная и внутривенная трансплантация MSC защищает от неонатальной гипероксической травмы легких. Таким образом, интрарченое введение стволовых клеток и комбинированной сурфактантной и кортикостероидной терапии может быть потенциальной стратегией лечения новорожденных с респираторными расстройствами. Доклинические исследования использовали интратрахельная администрация стволовых клеток и адено-ассоциированного вируса у новорожденных крыс10,,11,,12. Однако пошаговая презентация методики и in vivo отслеживания пересаженных стволовых клеток недоступна. Новорожденная крыса подходит для изучения влияния интрачиального введения на недоношенных детей с дыхательной недостаточностью, потому что саккулярная стадия крысиного легкого при рождении эквивалентна стадии человеческого легкого в 26–28 неделях беременности13. Эффективный метод для введения в крысиную трахею имеет решающее значение для успешного распределения легких. Техника, представленная здесь, позволяет изучать интрарчеальное введение клеток и/или препаратов для лечения неонатальных легочных заболеваний с использованием крыс в качестве модели для человека.
Protocol
Representative Results
Discussion
Новорожденные младенцы с дыхательной недостаточностью обычно требуют внутритравматового сурфактанта и/или кортикостероидного лечения19. Клинические испытания фазы I на людях продемонстрировали безопасность внутритравматических MSCs у недоношенных детей<sup cl…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Это исследование было частично поддержано грантом от Meridigen Biotech Co., Ltd. Тайбэй, Тайвань (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).
