תאי גזע תכנות טיפולי אנגיוגנזה שימוש אורגניים פולימריים חלקיקים
Summary
אנו מתארים את השיטה של תאי גזע תכנות לביטוי יתר גורמים טיפוליים לאנגיוגנזה באמצעות חלקיקים פולימריים מתכלים. תהליכים שתוארו כוללים סינתזת פולימר, transfecting בתאי גזע שמקורם בשומן במבחנה, ומאמת את היעילות של תאי גזע מתוכנתים לקדם אנגיוגנזה במודל איסכמיה hindlimb עכברי.
Abstract
צמיחת כלי דם מבוקרת היא קריטית עבור התחדשות רקמות מוצלחת וריפוי פצעים, כמו גם לטיפול במחלות איסכמי כגון שבץ, התקף לב או מחלות עורקים היקפיים. מסירה ישירה של גורמי גדילת angiogenic יש הפוטנציאל לעורר צמיחת כלי דם חדשה, אבל קשורה לעתים קרובות עם מגבלות כגון חוסר המיקוד וזמן מחצית חיים קצרים בגוף חי. ריפוי גנטי מציע גישה חלופית על ידי אספקת הגנים מקודדים גורמי angiogenic, אבל לעתים קרובות דורש שימוש בוירוס, והוא מוגבל על ידי חששות בטיחות. כאן אנו מתארים את האסטרטגיה שפותחה לאחרונה לעידוד צמיחת כלי דם על ידי תאי גזע תכנות לביטוי יתר גורמי angiogenic באתרו באמצעות חלקיקים פולימריים מתכלים. באופן ספציפי את האסטרטגיה שלנו מנוצל בתאי גזע כאספקת כלי רכב על ידי ניצול של היכולת שלהם נודדות לעבר רקמות איסכמי in vivo. שימוש בווקטורים פולימריים אופטימיזציה, נגזר שומןתאי גזע שונו כדי overexpress גן angiogenic קידוד כלי דם גורם אנדותל צמיחה (VEGF). אנחנו תיארתי את התהליכים לסינתזת פולימר, היווצרות nanoparticle, transfecting תאי גזע במבחנה, כמו גם שיטות לאימות היעילות של תאי גזע המבטא-VEGF לקידום אנגיוגנזה במודל איסכמיה hindlimb עכברי.
Introduction
המטרה הכללית של טכניקה זו היא לקדם אנגיוגנזה הטיפולית שימוש בתאי גזע שאינו באופן ויראלי מתוכנת ביתר גורמים טיפוליים באתר של איסכמיה. תאי גזע שונו vivo לשעבר ראשון באמצעות חלקיקים מתכלים מסונתזים במעבדה, ולאחר מכן הושתלו במודל עכברי של איסכמיה hindlimb כדי לאמת את הפוטנציאל שלהם לשיפור אנגיוגנזה והצלה רקמות.
צמיחת כלי דם נשלט היא מרכיב חשוב של התחדשות רקמות מוצלחת, כמו גם לטיפול במחלות איסכמי שונים, כגון שבץ, איסכמיה איבר, ואוטם שריר הלב. מספר אסטרטגיות פותחו כדי לקדם את הצמיחה של כלי דם, כוללים משלוח גורם גדילה וטיפול מבוסס תאים. 1 למרות היעילות שנצפתה במודלים של בעלי החיים המחלה, שיטות אלה עדיין עומדות בפני מגבלות כגון צורך במינוני supraphysiological למסירת גורם גדילה, או לא מספיק אוטוקרינילשחרר על ידי תאים בלבד. אסטרטגיה פוטנציאלית אחד כדי להתגבר על המגבלות הנ"ל היא לשלב טיפול בתאי גזע וריפוי גנטי, לפיה תאי גזע מתוכנתים גנטי vivo לשעבר לפני השתלה לביטוי יתר גורמים טיפוליים רצויים. גישה זו באה לביטוי במודלים של מחלה שונות, כולל hindlimb איסכמיה 2, מחלות לב 3, ריפוי עצם 4 ופגיעה עצבית 5, וכו '. עם זאת, רוב טכניקות ריפוי גנטי מסתמכות על וקטורים ויראליים, אשר קשור עם חששות בטיחות, כגון immunogenicity הפוטנציאל וmutagenesis insertional. Biomaterials תיווך מסירת הגן אינו נגיפית יכול להתגבר על המגבלות האלה, אבל לעתים קרובות סובלים מיעילות transfection נמוכה. כדי לזרז את הגילוי של חומרים ביולוגיים חדשניים למסירת גן אינו נגיפית יעילה, מחקרים שנעשו לאחרונה הועסקו כימיה קומבינטורית וגישת הקרנת תפוקה גבוהה. ספריות פולימר מתכלים כגון פולי (es β-אמינוters) (PBAE) פותחו והוקרן, שהוביל לגילוי של פולימרים מובילים ביעילות transfection המשופרת במידה ניכרת בהשוואה לעמיתיהם וקטור פולימרים הקונבנציונלי. 6-7
במסמך זה, אנו מתארים את הסינתזה של PBAE והאימות של היכולת שלהם transfect תאי גזע שמקורם בשומן (ADSCs) במבחנה, ואחרי ההשתלה הבאה של ADSCs גנטי שונה overexpressing כלי דם גורם אנדותל צמיחה (VEGF) במודל עכברי של איסכמיה hindlimb . התוצאות הוערכו על ידי מעקב אחר גורל תא באמצעות הדמיה פליטת אור, הערכת reperfusion רקמות באמצעות ההדמיה זלוף לייזר דופלר (LDPI), וקביעת ההצלה אנגיוגנזה ורקמה על ידי היסטולוגיה.
Protocol
Representative Results
Discussion
כאן אנו מדווחים שיטה לתכנת תאי גזע בוגרים לביטוי יתר גורמים טיפוליים באמצעות חלקיקים שאינם נגיפיים, מתכלים. פלטפורמה זו שימושית במיוחד לטיפול במחלות בו תאי גזע באופן טבעי יכולים בבית, כגון איסכמיה וסרטן. 9-10 כמו כן, פלטפורמת מסירת הגן אינו נגיפית מאפשרת לביטוי י…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים רוצים להכיר איגוד לב האמריקאי הלאומי מדען הפיתוח גרנט (10SDG2600001), סטנפורד Bio-X הבינתחומי יוזמת תכנית, וחוקרי הרפואה של אוניברסיטת סטנפורד תכנית מחקר למימון.
Materials
| Name of the Reagent | Company | Catalogue Number | Comments (optional) |
| DMEM | Invitrogen | 11965 | |
| Fetal Bovine Serum | Invitrogen | 10082 | |
| Penicillin/Streptomycin | Invitrogen | 15070 | |
| Basic Fibroblast Growth Factor | Peprotech | 100-18B | |
| 1,4-Butanediol Diacrylate (90%) | Sigma Aldrich | 411744 | Acronym: C |
| 5-amino-1-pentanol (97%) | Alfa Aesar | 2508-29-4 | Acronym: 32 |
| Tetraethyleneglycoldiamine >99%) | Molecular Biosciences | 17774 | Acronym: 122 |
| Sodium Acetate | G-Biosciences | R010 | |
| Phosphate Buffered Saline | Invitrogen | 14190-144 | |
| Tetrahyofuran Anhydrous (>99.9%) | Sigma Aldrich | 401757 | |
| Diethyl Ether Anhydrous (>99%) | Fisher Scientific | E138-4 | |
| DMSO Anhydrous (>99.9%) | Sigma Aldrich | 276855 | |
| Gelatin | Sigma Aldrich | G9391 | |
| Trypsin-EDTA | Invitrogen | 25200 | |
| D-luciferin | GoldBio | ||
| Optimal Cutting Temperature (O.C.T) | Tissue-Tek | 4583 | |
| Rat anti-Mouse CD31 | BD Pharmingen | 550274 | |
| Alexa Fluor 594 anti-rat IgG | Invitrogen | A11007 |
References
- Deveza, L., Choi, J., Yang, F. Therapeutic angiogenesis for treating cardiovascular diseases. Theranostics. 2, 801-814 (2012).
- Yang, F., et al. Genetic engineering of human stem cells for enhanced angiogenesis using biodegradable polymeric nanoparticles. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 107, 3317-3322 (2010).
- Mangi, A. A., et al. Mesenchymal stem cells modified with Akt prevent remodeling and restore performance of infarcted hearts. Nat Med. 9, 1195-1201 (2003).
- Lee, J. Y., et al. Enhancement of bone healing based on ex vivo gene therapy using human muscle-derived cells expressing bone morphogenetic protein 2. Hum. Gene Ther. 13, 1201-1211 (2002).
- Park, K. I., et al. Neural stem cells may be uniquely suited for combined gene therapy and cell replacement: Evidence from engraftment of Neurotrophin-3-expressing stem cells in hypoxic-ischemic brain injury. Exp. Neurol. 199, 179-190 (2006).
- Green, J. J., Langer, R., Anderson, D. G. A combinatorial polymer library approach yields insight into nonviral gene delivery. Acc Chem Res. 41, 749-759 (2008).
- Yang, F., et al. Gene delivery to human adult and embryonic cell-derived stem cells using biodegradable nanoparticulate polymeric vectors. Gene Ther. 16, 533-546 (2009).
- Niiyama, H., Huang, N. F., Rollins, M. D., Cooke, J. P. Murine model of hindlimb ischemia. J. Vis. Exp. , e1035 (2009).
- Ceradini, D. J., et al. Progenitor cell trafficking is regulated by hypoxic gradients through HIF-1 induction of SDF-1. Nat. Med. 10, 858-864 (2004).
- Kidd, S., et al. Direct evidence of mesenchymal stem cell tropism for tumor and wounding microenvironments using in vivo bioluminescent imaging. Stem Cells. 27, 2614-2623 (2009).
- Sunshine, J., et al. Small-molecule end-groups of linear polymer determine cell-type gene-delivery efficacy. Adv. Mater. 21, 4947-4951 (2009).
- Sunshine, J. C., Akanda, M. I., Li, D., Kozielski, K. L., Green, J. J. Effects of base polymer hydrophobicity and end-group modification on polymeric gene delivery. Biomacromolecules. 12, 3592-3600 (2011).
- Lynn, D. M., Langer, R. Degradable poly(β-amino esters): Synthesis, characterization, and self-assembly with plasmid DNA. J. Am. Chem. Soc. 122, 10761-10768 (2000).
- Eltoukhy, A. A., et al. Effect of molecular weight of amine end-modified poly(beta-amino ester)s on gene delivery efficiency and toxicity. Biomaterials. 33, 3594-3603 (2012).
- Glover, D. J., Lipps, H. J., Jans, D. A. Towards safe, non-viral therapeutic gene expression in humans. Nat. Rev. Genet. 6, 299-310 (2005).
- Dave, U. P., Jenkins, N. A., Copeland, N. G. Gene therapy insertional mutagenesis insights. Science. 303, 333 (2004).
