Dette manuskriptet beskriver effektiv, ikke-virale leverings av MIR til endotelceller ved en PEI / MNP-vektor og deres magnetisering. Derfor, i tillegg til genetisk modifisering, gir denne metode for magnetisk celle veiledningen og MRI detekterbarhet. Teknikken kan brukes til å forbedre egenskapene terapeutiske celleprodukter.
Til dags dato, de tilgjengelige kirurgiske og farmakologisk behandling for hjerte- og karsykdommer (CVD) er begrenset og ofte palliativ. På samme tid, gen og cellen terapi er meget lovende alternative tilnærminger for CVD behandling. Imidlertid er det bred klinisk anvendelse av genterapi sterkt begrenset av mangelen på egnede genavleveringssystemer. Utvikling av hensiktsmessige genavleveringspartikler vektorer kan gi en løsning på aktuelle utfordringer i celleterapi. Spesielt kan eksisterende ulemper, så som begrenset virkningsgrad og lav celleansamling i den skadde organ, kunne overvinnes ved passende celleteknikk (dvs. genetisk) forut for transplantasjon. Den presenterte protokollen beskriver effektiv og sikker forbigående endring av endotelceller ved hjelp av et polyetylenimin superparamagnetisk nanopartikkel (PEI / MNP) -basert levering vektor. Dessuten er den algoritme og fremgangsmåter for celle karakterisering definert. Den vellykkede intracelluLar levering av mikroRNA (MIR) i humane navlevene-endotelceller (HUVEC) er oppnådd uten å påvirke cellenes levedyktighet, funksjonalitet, eller intercellulær kommunikasjon. Dessuten ble dette vist seg ikke å føre til en sterk funksjonell virkning på innførte eksogene mir. Viktigere, sørger for anvendelsen av denne MNP-basert vektor celle magnetiseringen, med tilhørende muligheter for magnetisk målretting og ikke-invasiv MRI tracing. Dette kan gi et grunnlag for magnetisk guidet, genetisk konstruerte celle terapeutiske midler som kan overvåkes uten inngrep med MRI.
Gene og celleterapi er kraftige verktøy som har potensial til å løse dagens utfordringer i CVD behandling. Til tross for at begge disse tilnærmingene er under utprøving i kliniske studier, er de ennå ikke klar for bred klinisk anvendelse en. Spesielt, en felles tilnærming for å takle utfordringene i genet og celleterapi er å utvikle multifunksjonelle genavleveringspartikler vektorer som er egnet for klinisk anvendelse. Mangelen på en sikker og effektiv genavleveringssystemer er den største bekymringen for genterapi. På samme tid, den genetisk engineering av cellulære produkter før transplantasjon kunne overvinne de alvorlige utfordringene med celleterapi, slik som lav effektivitet (for eksempel i hjerte feltet, er bare ~ 5% av funksjonell forbedring oppnådd post-stamcelletransplantasjon 1 ) og dårlig retensjon / innpodning ved skadestedet (dvs. synker selvretensjon under 5 – 10% i løpet av minutter til timer post-program, uavhengig av tilførselsvei 2, 3, 4).
Til dags dato, virale vektorer i stor grad overstiger ikke-virale systemer når det gjelder effektivitet, noe som har resultert i sin bredere anvendelse i kliniske forsøk (~ 67%) 5. Imidlertid virale kjøretøyer bære alvorlige risiko, for eksempel immunogenisitet (og den påfølgende inflammatorisk respons, med alvorlige komplikasjoner), onkogenisitet, og begrensninger på størrelsen av det bårede genetisk materiale 6. På grunn av disse sikkerhetsproblemer og høye kostnader for viral vektor produksjon, er bruken av ikke-virale systemer foretrekke i visse tilfeller 7, 8. Den er spesielt egnet for lidelser som krever forbigående genetisk korreksjon, så som ekspresjon av vekstfaktorer kontrollere angiogenese (dvs. for behandling CVD) eller levere denRy av vaksiner.
I vår gruppe, ble et leveringssystem er designet ved å kombinere forgrenet 25-kDa polyetylenimin (PEI) og superparamagnetiske jernoksidpartikler nanopartikler (MNP) er bundet sammen ved hjelp av biotin-streptavidin interaksjon 9. Denne vektor er et potensielt verktøy for genetisk modifisering av celler, noe som muliggjør deres samtidige magnetisering før transplantasjon. Sistnevnte gir et grunnlag for magnetisk veiledning / etensjon som er spesielt lovende nå til dags, som avanserte magnetisk målretting teknikker blir hell utviklet 10. Videre er de resulterende magnetisk responsive celler har potensial til å være en ikke-invasiv overvåket ved magnetisk resonansavbildning (MRI) eller magnetisk partikkel avbildning 11, 12.
I tilfelle av PEI / MNP-vektor, sikrer polyamin nukleinsyre kondensasjon og således beskyttelse mot nedbrytende faktor s, vektor internalisering i celler, og endosomal unnslippe 5. Den MNPS utfyller egenskapene til PEI, ikke bare i form av magnetisk veiledning, men også ved å redusere den kjente PEI giftighet 7, 13, 14. Tidligere ble PEI / MNP vektoregenskaper justeres i forhold til leverings effektivitet (dvs. pDNA og miRNA) og sikkerhet ved hjelp av fibroblaster og humane stamceller 15, 16.
I dette manuskriptet, er en detaljert protokoll på anvendelse av PEI / MNPS for generering av miRNA-modifiserte celler som beskrevet 17. For dette formål er HUVEC brukt og representerer en etablert modell for in vitro-angiogenese. De er vanskelig å transfektere og er utsatt for toksiske påvirkning 18, 19,ass = "ekstern referanse"> 20. I tillegg gir vi en algoritme for å vurdere slike celler in vitro, inkludert deres målretting, intercellulær kommunikasjon, og MRI deteksjon.
Produksjonen av genetisk modifiserte celler ladet med superparamagnetiske nanopartikler for deres videre magnetisk kontrollert føring er presentert i den aktuelle protokoll. Den vellykkede anvendelse av denne strategien muliggjør oppløsningen av noen vanskeligheter med celleterapi, slik som lav retensjon og dårlig innpodingen i det skadde området 2, 3, 4, ved å tilveiebringe en celle kan målrettes produkt for transplanta…
The authors have nothing to disclose.
Vi vil gjerne takke G. Fulda (Elektronmikroskopi Center, Rostock Universitet, Tyskland) for teknisk støtte i å anskaffe TEM bilder av filtrert superparananopartikler og i å utføre sitt røntgenanalyse. Arbeidet utføres på RTC Rostock ble støttet av den føderale departementet for utdanning og forskning Tyskland (FKZ 0312138A, FKZ 316 159 og VIP + 03VP00241) og Statens Mecklenburg-Vorpommern med EUs strukturfond (ESF / IV-WM-B34- 0030/10 og ESF / IV-BM-B35-0010 / 12) og ved den DFG (DA 1296-1), den Damp-Foundation, og det tyske hjertet fundament (F / 01/12). Frank Wiekhorst ble støttet av EU FP7 forskningsprogrammet "Nanomag" FP7-NMP-2013-LARGE-7.
PEI 25 kDa | Sigma Aldrich | 408727 | |
EZ-Link Sulfo-NHS-LC-Biotin | Thermo Scientific | 21335 | |
PD-10 Desalting Columns | GE Healthcare | 17085101 | Containing Sephadex G-25 Medium |
Ninhydrin Reagent solution 2% | Sigma Aldrich | 7285 | |
Glycine | Sigma Aldrich | 410225 | |
Pierce Biotin Quantitation Kit | Thermo Scientific | 28005 | |
Microplate reader Model 680 | Bio-Rad | ||
Streptavidin MagneSphere Paramagnetic Particles | Promega | Z5481 | |
Millex-HV PVDF Filter | Merck | SLHV013SL | 0.45µm |
Libra 120 transmission electron microscope | Zeiss | Acceleration Voltage 120KV | |
Sapphire X-ray detector | EDAX-Amatek | ||
Cell culture plastic | TPP | ||
NHS-Esther Atto 565 | ATTO-TEC GmbH | AD 565-31 | |
NHS-Esther Atto 488 | ATTO-TEC GmbH | AD 488-31 | |
Cy5 miRNA Label IT kit | Mirus Bio | MIR 9650 | |
Biotin Atto 565 | ATTO-TEC GmbH | AD 565-71 | |
Collagense Type IV Gibco | Thermo Scientific | 17104019 | |
Endothelial growth medium, EGM-2 | Lonza | CC-3156 & CC-4176 | |
Penicillin/Streptomycin | Thermo Scientific | 15140122 | 100 U/ml, 100µg/ml |
Matrigel | BD Biosciences | 356234 | |
anti-PECAM-1 antibody | Santa Cruz | sc-1506 | |
MS MACS columns | Miltenyi Biotec | 130-042-201 | |
Near-IR Live/Dead Cell Stain Kit | Thermo Scientific | L10119 | |
Cy3 Dye-Labeled Pre-miR Negative Control | Thermo Scientific | AM17120 | "Cy3-miR" or "Cyanine-miR3" in the manuscript |
Pre-miR miRNA Precursor Molecules – Negative Control | Thermo Scientific | AM17110 | "scr-miR" in the manuscript |
Anti-hsa-miR92a-3p synthetic Inhibitor | Thermo Scientific | AM10916 | |
LSM 780 ELYRA PS.1 system | Zeiss | ||
Paraformaldehyde | Sigma Aldrich | 158127 | 4% solution in PBS |
DAPI nuclear stain | Thermo Scientific | D1306 | |
NucleoSpin RNA isolation Kit | Machery-Nagel | 740955 | |
mirVana miRNA Isolation Kit | Thermo Scientific | AM1560 | |
TaqMan MicroRNA Reverse Transcription Kit | Thermo Scientific | 4366596 | |
StepOnePlus Real-Time PCR System | Applied Biosystems | ||
High-Capacity cDNA Reverse Transcription Kit | Thermo Scientific | 4368814 | |
hsa-miR-92a TaqMan assay | Thermo Scientific | 000431 | Mature miRNA Sequence: UAUUGCACUUGUCCCGGCCUGU |
FastGene Taq Ready Mix | Nippon Genetics | LS27 | |
ITGA5 TaqMan assay | Thermo Scientific | Hs01547673_m1 | |
RNU6B TaqMan assay | Thermo Scientific | 001093 | |
18S rRNA Endogenous Control | Thermo Scientific | 4333760F | |
Gelatin | Sigma Aldrich | G7041 | |
CellTrace Calcein Red-Orange | Thermo Scientific | C34851 | |
PBS | Pan Biotech | P04-53500 | |
BSA | Sigma Aldrich | ||
MACS buffer | Miltenyi Biotec | 130-091-221 | |
Agarose | Sigma Aldrich | A9539 | |
7.1 Tesla animal MRI system | Bruker Corporation | A7906 | |
ImageJ software | National Institutes of Health | upgraded with an AngiogenesisAnalyzer (NIH) | |
MPS device | Bruker Biospin | ||
Matlab software | Mathworks | ||
Ring Neodym Magnet | magnets4you GmbH | RM-10x04x05-G | ø 10 mm; remanescence is ~1.3T, coercivity ≥ 955 kA/m |
Click-iT EdU Alexa Fluor 647 Imaging Kit | Thermo Scientific | C10340 | |
FluorSave Reagent | Merck | 345789 | |
Ultrasonic bath | Bandelin electronic | Type: RK 100 SH |