Subretinal Transplantation af MACS renset fotoreceptor prækursor celler i voksenmus nethinden
Summary
Celletransplantation repræsenterer en strategi for behandling af nethinde degeneration karakteriseret ved fotoreceptor tab. Her beskriver vi en metode til berigelse af transplantable fotoreceptorer og deres subretinale podning i voksne mus.
Abstract
Synsnedsættelse og blindhed som følge af tabet af nethindens lysfølsomhedsceller, dvs. Udskiftning af degenererede fotoreceptorer med celletransplantation udgør en mulig behandlingsmulighed i fremtidige kliniske anvendelser. Faktisk viste nylige prækliniske undersøgelser, at umodne fotoreceptorer, isoleret fra neonatal musehinden på postnatal dag 4, har potentiale til at integrere sig i den voksne musehinden efter subretinal transplantation. Donorceller genererede en moden fotoreceptormorfologi, herunder indre og ydre segmenter, et rundt cellelegeme placeret ved det ydre atomlag og synaptiske terminaler i nærheden af endogene bipolære celler. Faktisk viste nylige rapporter, at donorfotoreceptorer funktionelt integreres i værtsmusens neurale kredsløb. For en fremtidig klinisk anvendelse af en sådan celle udskiftning tilgang, rensede suspensioner af de foretrukne celler skal genereres og placeres på den korrekte position for korrekt integration i øjet. Til berigelse af fotoreceptorprækursorer bør sorteringen baseres på specifikke celleoverfladeantigener for at undgå genetisk reportermodifikation af donorceller. Her viser vi magnetisk-associeret cellesortering (MACS) – berigelse af transplanterbare stang fotoreceptor prækursorer isoleret fra neonatal nethinden af photoreceptor-specifikke reporter mus baseret på cellen overflade markør CD73. Inkubation med anti-CD73 antistoffer efterfulgt af mikroperlekonjugerede sekundære antistoffer gjorde det muligt at berige MACS med stangfotoreceptorprækursorer til ca. 90%. I sammenligning med flowcytometry har MACS den fordel, at det lettere kan anvendes på GMP-standarder, og at store mængder celler kan sorteres i relativt korte tidsperioder. Injektion af berigede celleaffjedring i det subretinaale rum af voksne mus af vildtype resulterede i en 3 gange højere integrationshastighed sammenlignet med usorterede celleaffjedring.
Introduction
Vision er en af de vigtigste sanser af mennesker. Forringelse af denne følelse og blindhed er en af hovedårsagerne til handicap i de industrialiserede lande. Den fremherskende årsag til synsnedsættelse eller blindhed er nethindedegeneration, karakteriseret ved fotoreceptorcelletab, da det kan observeres i makuladegeneration, retinitis pigmentosa, kegle-stang dystrofi og andre forhold. Til dato er en effektiv terapi for at genoprette tabt syn ikke tilgængelig. I 2006 og 2008 to forskellige laboratorier rapporterede, uafhængig af hinanden, en vellykket transplantation af stang photoreceptor prækursor celler i voksne vilde-type mus nethinder1,2. Således opstår muligheden for photoreceptor prækursor celletransplantation også i en degenereret nethinden, at erstatte degenererede fotoreceptorer og genoprette vision. Faktisk er det blevet påvist for nylig, at sådanne transplanterede fotoreceptorprækursorceller fremkalder morfologiske kriterier for modne fotoreceptorer af vild type, såsom korrekt udviklede ydre segmenter3, synaptiske terminaler i nærheden af endogene bipolære celler og en rund cellekrop placeret i det ydre nukleare lag2-4, samt evnen til at integrere funktionelt i værts neurale kredsløb5-7. Et af hovedprincipperne i denne strategi er brugen af postnatal dag 4 (PN 4, PN0 defineres som fødselsdag) unge mus nethinder, hvilket resulterer i en blanding af forskellige celletyper til transplantation. På baggrund af en fremtidig terapeutisk anvendelse skal denne blanding renses for fotoreceptorprækursorceller. CD73 er blevet beskrevet som den første celleoverflademarkør, der er specifik for unge fotoreceptorer i nethinden8-10. Her demonstrerer vi en fotoreceptor prækursor cellerensning metode baseret på denne celle overflade markør og med brug af den magnetisk-associerede celle sortering (MACS) teknik. MACS kan have fordele i forhold til fluorescerende-aktiverede cellesorteringsteknikker på grund af hurtige sorteringstider og den lettere justering af GMP-betingelser. Vi kunne demonstrere en ~ 90% berigelse og en op til 3 gange højere integrationshastighed ved transplantation af den berigede befolkning til det subretinale rum i voksne vilde nethinder. Macs-baseret fotoreceptor prækursorcelleberigelse og subretinale transplantationer er således pålidelige og lovende teknikker til udvikling af en regenerativ terapeutisk strategi til behandling af nethindedegeneration.
Protocol
Representative Results
Discussion
Subretinal transplantation af fotoreceptorprækursorceller er et pålideligt redskab til at opnå integration af disse lysfølsomme celler i værtsnetinder i et betydeligt antal1,2. Dette kan gøre det muligt at etablere en celleterapi til behandling af retinale degenerative sygdomme i fremtiden6. Donorpopulationen af celler, der i øjeblikket er isoleret fra PN 4 nethinder, er en blanding af forskellige celletyper, hvorfra kun fotoreceptorprækursorcellerne integreres efter subretinal injektion. Ved hjælp af CD73-base…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi vil gerne takke Anand Swaroop for at have leveret Nrl-GFP-mus, Jochen Haas for teknisk support og Sindy Böhme og Emely Lessmann til husdyrhold.
Dette arbejde blev støttet af Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG): FZT 111 – Center for Regenerative Terapier Dresden, CRTD Seed Grant Program, SFB 655, og ProRetina e.V. stiftelse, DIGS-BB Graduate Program Dresden og Fundação para a Ciência e Tecnologia (SFRH/BD/60787/2009)
Materials
| Papain Dissociation System | Worthington Biochemical Corporation | LK003150 | supplied DNase I is not used in the method |
| purified rat anti-mouse CD73, clone TY/23 | BD Pharmingen | 550738 | Stock concentration 0.5mg/ml |
| Goat Anti-Rat IgG MicroBeads | Miltenyi | 130-048-501 | Total volume of 2ml |
| PBS | Gibco | 10010-015 | Used to count the total number of cells |
| DNase I | Sigma | D5025-150KU | – |
| HBSS | Gibco | 14025050 | Used for dissociation of the retinas |
| Trypan blue | Sigma | Fluka93595 | Used to count the total number of cells |
| Vidisic | Dr. Mann Pharma / Andreae-Noris Zahn AG | – | – |
| Domitor | Pfizer | 76579 | – |
| Ketamin 10% | Ratiopharm | 7538843 | – |
| Antisedan | Pfizer | 76590 | – |
| Phenylephrin 2.5%-Tropicamid 0.5% | University clinics Dresden pharmacy | – | – |
| Name of Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Pre-Separation Filters | Miltenyi | 130-041-407 | – |
| LS Columns | Miltenyi | 130-042-401 | – |
| MACS MultiStand | Miltenyi | 130-042-303 | – |
| QuadroMACS Separator | Miltenyi | 130-090-976 | – |
| fire polish glass pasteur pipette | Brand | 74777 20 | The pipette’s tips need to be fire-polished and autoclaved. |
| MACS 15ml tube rack | Miltenyi | 130-091-052 | – |
| Cell count chamber | Carl Roth | T728.1 | – |
| Sterile 15ml tubes | Greiner Bio-one | 188271 | – |
| Leica M651 MSD | Leica | M651 MSD | can be used instead of Olympus SZX10 |
| Olympus SZX10 | Olympus | SZX10 | can be used instead of Leica M651 MSD |
| Olympus inverted stereo microscope CKX41 | Olympus | CKX41 | – |
| Cell culture hood Thermo Scientific MSC-Advance | Thermo scientific | 51025411 | – |
| 1.5ml reaction tube | Sarstedt | 727706400 | – |
| 2ml reaction tube | Sarstedt | 72695 | |
| Eppendorf Centrifuge 5702 | VWR (Eppendorf) | 521-0733 | – |
| Mouse head holder | myNeurolab | 471030 | – |
| BD Microlance 3 30G 1/2” | BD Pharmingen | 304000 | – |
| Hamilton microliter syringe 5µl, 75RN | Hamilton | 065-7634-01 | delivered without needles |
| Hamilton RN special needle GA34 | Hamilton | 065-207434 | Blunt, 12mm length |
| Vannas-Tübingen Spring Scissors – 5mm Blades Straight | Fine Science Tools | 15003-08 | – |
| Dumont #7 Forceps – Titanium Biologie | Fine Science Tools | 11272-40 | – |
| Diamond pen | Tools-tech | – | – |
| 15x15mm Cover slips | Sparks | MIC3366 | – |
Riferimenti
- Bartsch, U., et al. Retinal cells integrate into the outer nuclear layer and differentiate into mature photoreceptors after subretinal transplantation into adult mice. Exp. Eye Res. 86, 691-700 (2008).
- MacLaren, R. E., et al. Retinal repair by transplantation of photoreceptor precursors. Nature. 444, 203-207 (2006).
- Eberle, D., et al. Outer segment formation of transplanted photoreceptor precursor cells. PLoS One. 7, (2012).
- Lakowski, J., et al. Cone and rod photoreceptor transplantation in models of the childhood retinopathy Leber congenital amaurosis using flow-sorted Crx-positive donor cells. Hum. Mol. Genet. 19, 4545-4559 (2010).
- Barber, A. C., et al. Repair of the degenerate retina by photoreceptor transplantation. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 110, 354-359 (2013).
- Pearson, R. A., et al. Restoration of vision after transplantation of photoreceptors. Nature. , (2012).
- Singh, M. S., et al. Reversal of end-stage retinal degeneration and restoration of visual function by photoreceptor transplantation. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 110, (2013).
- Eberle, D., Schubert, S., Postel, K., Corbeil, D., Ader, M. Increased integration of transplanted CD73-positive photoreceptor precursors into adult mouse retina. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 52, 6462-6471 (2011).
- Koso, H., et al. CD73, a novel cell surface antigen that characterizes retinal photoreceptor precursor cells. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 50, 5411-5418 (2009).
- Lakowski, J., et al. Effective transplantation of photoreceptor precursor cells selected via cell surface antigen expression. Stem Cells. 29, 1391-1404 (2011).
- Akimoto, M., et al. Targeting of GFP to newborn rods by Nrl promoter and temporal expression profiling of flow-sorted photoreceptors. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 103, 3890-3895 (2006).
- Eiraku, M., et al. Self-organizing optic-cup morphogenesis in three-dimensional culture. Nature. 472, 51-56 (2011).
- Nakano, T., et al. Self-formation of optic cups and storable stratified neural retina from human ESCs. Cell Stem Cell. 10, 771-785 (2012).
- Osakada, F., et al. Toward the generation of rod and cone photoreceptors from mouse, monkey and human embryonic stem cells. Nat. Biotechnol. 26, 215-224 (2008).
- Lee, M. Y., Lufkin, T. Development of the "Three-step MACS": a novel strategy for isolating rare cell populations in the absence of known cell surface markers from complex animal tissue. J. Biomol. Tech. 23, 69-77 (2012).
