Intratrakeal instillation av stamceller i term neonatal råttor
Summary
Beskrivs är ett protokoll för att utföra intratracheal transplantation av mesenchymal stromal celler (MSCs) genom intratracheal injektion i termen neonatal råttor. Denna teknik är ett kliniskt gångbart alternativ för leverans av stamceller och läkemedel till neonatal råtta lungor för att utvärdera deras effekt.
Abstract
Långvarig exponering för höga koncentrationer av syre leder till inflammation och akut lungskada, som liknar mänskliga bronchopulmonary dysplasi (BPD). I för tidigt födda barn, BPD är en stor komplikation trots tidig användning av ytaktiva terapi, optimal ventilation strategier och noninvasive positivt tryck ventilation. Eftersom pulmonell inflammation spelar en avgörande roll i patogenesen vid BPD, kortikosteroid användning är en potentiell behandling för att förhindra det. Systemisk kortikosteroidbehandling rekommenderas dock vanligtvis inte för prematura spädbarn på grund av långsiktiga biverkningar. Prekliniska studier och kliniska prövningar i människa fas I visade att användning av mesenkymala stromala celler (MSCs) i hyperoxia-inducerad lungskador och prematura spädbarn är säker och genomförbar. Intratrakeal och intravenös MSC transplantation har visat sig skydda mot neonatal hyperoxic lung skada. Därför har intratrakeal administrering av stamceller och kombinerat ytaktivt och glukokortikoida behandling framkommit som en ny strategi för att behandla nyfödda med andningsbesvär. Utvecklingsstadiet av råttlungor vid födseln motsvarar det i mänskliga lungor vid 26−28 graviditetsvecka. Därför är nyfödda råttor lämpliga för att studera intratrakeal administrering till prematura spädbarn med luftvägsbesvär för att utvärdera dess effekt. Denna intratrakeal instillation teknik är ett kliniskt gångbart alternativ för leverans av stamceller och läkemedel i lungorna.
Introduction
Extra syre krävs ofta för att behandla nyfödda barn med andningsbesvär1. Hyperoxia terapi hos spädbarn har dock negativa långsiktiga effekter. Långvarig exponering för höga koncentrationer av syre leder till inflammation och akut lungskada, som liknar mänskliga bronchopulmonary dysplasi (BPD)2. BPD är en stor komplikation av hyperoxia behandling som kan uppstå trots tidig ytaktiva terapi, optimal ventilation förfaranden och ökad användning av noninvasive positivt tryck ventilation hos för tidigt födda barn. Medan många behandlingsstrategier har rapporterats för BPD3, ingen känd terapi kan minska denna komplikation.
Kortikosteroid användning är en potentiell behandling för att förhindra BPD, eftersom lunginflammation spelar en avgörande roll i dess patogenes. Systemisk kortikosteroidbehandling rekommenderas dock vanligtvis inte för prematura spädbarn på grund av långsiktiga biverkningar4,5.
Mesenkymala stromala celler (MSCs) har pluripotenta egenskaper och kan skilja sig i olika celltyper, inklusive ben, brosk, fettvävnad, muskler och senor6. MSCs har immunmodulerande, antiinflammatoriska och regenerativa effekter7, och djurstudier visar de terapeutiska fördelarna med MSCs och deras utsöndrade komponenter i hyperoxia-inducerad lungskada hos gnagare8,9. Intratrakeal och intravenös MSC transplantation har visat sig skydda mot neonatal hyperoxic lung skada. Intratrakeal administrering av stamceller och kombinerad ytaktiva och kortikosteroider terapi kan därför vara en potentiell behandlingsstrategi för att behandla nyfödda med luftvägssjukdomar. Prekliniska studier har använt intratrakeal administrering av stamceller och adeno-associerade virus hos nyfödda råttor10,,11,12. Det finns dock ingen steg-för-steg-presentation av tekniken och in vivo-spårningen av de transplanterade stamcellerna. Den nyfödda råttan är lämplig för att studera effekterna av intratrakeal administrering på prematura spädbarn med luftvägarna nöd eftersom saccular skede av råtta lungan vid födseln är likvärdig med den mänskliga lungan vid 26−28 graviditetsvecka13. En effektiv metod för administrering i råtta luftstrupen är avgörande för framgångsrik lungdistribution. Den teknik som presenteras här möjliggör studier av intratrakeal administrering av celler och/eller läkemedel för behandling av neonatal lungsjukdomar med råttor som modell för människor.
Protocol
Representative Results
Discussion
Nyfödda barn med luftvägsbesvär kräver vanligen intratrakeal ytaktivt och/eller kortikosteroidbehandling19. Kliniska prövningar under human fas I har visat säkerheten hos intratrakeala MSC hos prematura spädbarn8. Dessa studier tyder på att intratrakeal administrering av läkemedel är ett viktigt alternativ för nyfödda spädbarn med luftvägarna nöd. Djurmodellstudier är mest användbara om modellfunktionerna är direkt relevanta för m?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denna studie stöddes delvis av ett bidrag från 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).
