Células madre pluripotentes inducidas (iPSC)-progenitores miógenos derivados son candidatos prometedores para las estrategias de terapia celular para tratar las distrofias musculares. Este protocolo describe el trasplante y las medidas funcionales necesarias para evaluar el injerto y la diferenciación de mesoangioblastos derivados de iPSC (un tipo de progenitores musculares) en modelos de ratón de regeneración muscular aguda y crónica.
los iPSCs Paciente-derivados podían ser una fuente inestimable de células para los protocolos autólogos futuros de la terapia celular. Las células madre/progenitoras miógenas derivadas de iPSC similares a los mesoangioblastos derivados del pericito (células madre/progenitoras similares a mesoangioblastos derivadas de iPSC: IDEMs) se pueden establecer a partir de iPSCs generadas a partir de pacientes afectados por diferentes formas de distrofia muscular. Los IDEM específicos del paciente pueden corregirse genéticamente con diferentes estrategias(por ejemplo, vectores lentivirales, cromosomas artificiales humanos) y mejorarse en su potencial de diferenciación miogénica tras la sobreexpresión del regulador de la miogénesis MyoD. Este potencial miógeno se evalúa in vitro con ensayos específicos de diferenciación y se analiza por inmunofluorescencia. El potencial regenerativo de IDEMs se evalúa más a fondo in vivo,sobre el trasplante intramuscular e intrarterial en dos modelos representativos del ratón que exhiben la regeneración aguda y crónica del músculo. La contribución de idems al músculo esquelético del anfitrión entonces es confirmada por diversas pruebas funcionales en ratones trasplantados. En particular, el mejoramiento de la capacidad motora de los animales se estudia con pruebas en cinta de correr. El engraftment y la diferenciación de la célula entonces son evaluados por un número de análisis histológicos y de la inmunofluorescencia en los músculos trasplantados. En general, este trabajo describe los ensayos y herramientas utilizados actualmente para evaluar la capacidad de diferenciación de los IDEMs, centrándose en los métodos de trasplante y las medidas de resultado posteriores para analizar la eficacia del trasplante de células.
Los mesoangioblastos (MABs) son progenitores musculares asociados a vasos derivados de un subconjunto de pericitos1-3. La principal ventaja de los MABs sobre los progenitores musculares canónicos, como las células satélite4, reside en su capacidad para cruzar la pared del vaso cuando se entregan intraarteriales y, por lo tanto, contribuir a la regeneración del músculo esquelético en los protocolos de terapia celular. Esta característica ha sido evaluada y confirmada tanto en modelos murinos como caninos de distrofia muscular1,5,6. Estos estudios preclínicos han sentado las bases para un primer ensayo clínico de fase I/II basado en el trasplante intraarterial de MABs HLA-idénticos al donante en niños con distrofia muscular de Duchenne (EudraCT no. 2011-000176-33; actualmente en curso en el Hospital San Raffaele de Milán, Italia). Uno de los principales obstáculos de los enfoques de terapia celular, en los que se necesitan miles de millones de células para tratar el músculo de todo un cuerpo, es el limitado potencial proliferativo del “medicamento” (las células). Por otra parte se ha demostrado recientemente que no es posible obtener MABs de pacientes afectados por algunas formas de distrofias musculares, pues ocurre en la distrofia muscular 2D de la miembro-faja (LGMD2D; OMIM #608099)7.
Para superar estas limitaciones, recientemente se ha establecido un protocolo para derivar células madre/progenitoras similares al MAB a partir de iPSCs humanas y murinas7. Este procedimiento genera poblaciones celulares fácilmente expandibles con una firma de genes vasculares e inmunofenotipos altamente similares a los MABs derivados del músculo adulto. Tras la expresión del factor regulador miogénico MyoD, tanto murino como humano IDEMs (respectivamente MIDEMs y HIDEMs) experimentan diferenciación terminal del músculo esquelético. Para lograr este objetivo, los IDEMs pueden ser transducidos con vectores capaces de impulsar la expresión de MyoD, ya sea de forma constitutiva o inducible8-10. Se utiliza un vector lentiviral que contiene AdNc MyoD fusionado con el receptor de estrógeno (MyoD-ER), lo que permite su translocación nuclear tras la administración de tamoxifeno (un análogo del estrógeno)11. Esta estrategia resulta en la formación de miotubos multinucleados hipertróficos, con alta eficiencia7. En particular, los IDEM son notumorigenic, pueden engraft y diferenciar dentro de los músculos del anfitrión sobre el trasplante y se pueden corregir genético usando diversos vectores(e.g. lentiviruses o cromosomas artificiales humanos), allanando el camino para las estrategias terapéuticas autólogas futuras. La derivación, caracterización y trasplante de IDEMs han sido descritos en la publicación anterior7. Este papel del protocolo detalla los análisis realizados para evaluar la diferenciación miógena in vitro de IDEMs y las medidas subsecuentes del resultado para probar la eficacia de su trasplante en los modelos del ratón de la regeneración del músculo.
Los iPSC pueden ampliarse indefinidamente preservando su potencial de auto-renovación y, por lo tanto, ser dirigidos a diferenciarse en una amplia gama de linajes celulares12. Por esta y otras razones, las células madre/progenitoras derivadas de iPSC se consideran una fuente prometedora para los enfoques autólogos de terapia génica y celular13. Un trabajo publicado previamente de los autores informó de la generación de progenitores miógenos de ratón y humanos a partir de iPSCs con un fenotip…
The authors have nothing to disclose.
Los autores agradecen a Giulio Cossu, Martina Ragazzi y todo el laboratorio por su útil discusión y apoyo, y a Jeff Chamberlain por proporcionar amablemente el vector MyoD-ER. Todos los experimentos con animales vivos se completaron de conformidad y cumplimiento con todas las agencias reguladoras e institucionales pertinentes, reglamentos y directrices. El trabajo en el laboratorio de autores cuenta con el apoyo del Consejo de Investigación Médica del Reino Unido, los proyectos Optistem y Biodesign del 7º Marco de la Comunidad Europea y el Proyecto Italiano Duchenne Parent.
REAGENTS | |||
MegaCell DMEM | Sigma | M3942 | |
DMEM | Sigma | D5671 | |
IMDM | Sigma | I3390 | |
Horse serum | Euroclone | ECS0090L | |
Foetal Bovine Serum | Lonza | DE14801F | |
PBS Calcium/Magnesium free | Lonza | BE17-516F | |
L-Glutammine | Sigma | G7513 | |
Penicilline/Streptomicin | Sigma | P0781 | |
2-Mercaptoethanol | Gibco | 31350-010 | |
ITS (Insulin-Transferrin-Selenium) | Gibco | 51500-056 | |
Non-essential amino acid solution | Sigma | M7145 | |
Fer-In-Sol | Mead Johnson | ||
Ferlixit | Aventis | ||
Oleic Acid | Sigma | 01257-10 mg | |
Linoleic Acid | Sigma | L5900-10 mg | |
Human bFGF | Gibco | AA 10-155 | |
Grow factors-reduced Matrigel | Becton Dickinson | 356230 | |
Trypsin | Sigma | T3924 | |
Sodium heparin | Mayne Pharma | ||
Trypan blue solution | Sigma | T8154 | HARMFUL |
Patent blue dye | Sigma | 19, 821-8 | |
EDTA | Sigma | E-4884 | |
Paraformaldehyde | TAAB | P001 | HARMFUL |
Tamoxifen | Sigma | T5648 | |
4-OH Tamoxifen | Sigma | H7904 | |
pLv-CMV-MyoD-ER(T) | Addgene | 26809 | |
Cardiotoxin | Sigma | C9759 | HARMFUL |
Povidone iodine | |||
Tragachant gum | MP biomedicals | 104792 | |
Isopenthane | VWR | 24,872,323 | |
Tissue-tek OCT | Sakura | 4583 | |
Sucrose | VWR | 27,480,294 | |
Polarized glass slides | Thermo | J1800AMNZ | |
Eosin Y | Sigma | E4382 | |
Hematoxylin | Sigma | HHS32 | |
Masson's trichrome | Bio-Optica | 04-010802 | |
Mouse anti Myosin Heavy Chain antibody | DSHB | MF20 | |
Mouse anti Lamin A/C antibody | Novocastra | NLC-LAM-A/C | |
4/11/13 | Cappel | 559762 | |
Hoechst 33342 | Sigma fluka | B2261 | |
Rabbit anti Laminin antibody | Sigma | L9393 | |
MATERIALS AND EQUIPMENT | |||
Adsorbable antibacteric suture 4-0 | Ethicon | vcp310h | |
30G needle syringe | BD | 324826 | |
Treadmill | Columbus instrument | ||
Steromicroscope | Nikon | SMZ800 | |
Inverted microscope | Leica | DMIL LED | |
Isoflurane unit | Harvad Apparatus | ||
Fiber optics | Euromecs (Holland) | EK1 | |
Heating pad | Vet Tech | C17A1 | |
Scalpels | Swann-Morton | 11REF050 | |
Surgical forceps | Fine Scientific Tools | 5/45 | |
High temperature cauteriser | Bovie Medical | AA01 | |
MEDIA COMPOSITION | |||
Media composition is detailed below. HIDEMs growth medium:
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Table 1. List of Reagents, Materials, Equipment, and Media.