Стволовые Программирование Клетки для терапевтической ангиогенеза Использование биоразлагаемых полимерных наночастиц
Summary
Мы описываем метод программирования стволовых клеток сверхэкспрессировать лечебных факторов для ангиогенеза помощью биоразлагаемых полимерных наночастиц. Процессы, описанные включают синтез полимера, трансфекции полученных из жировой ткани стволовые клетки в пробирке, и проверки эффективности запрограммированными стволовых клеток стимулировать ангиогенез в мышиной ишемии задней конечности модели.
Abstract
Контролируемый рост сосудов имеет решающее значение для успешной регенерации тканей и заживления ран, а также для лечения ишемических заболеваний, таких как инсульт, инфаркт или периферических артериальных заболеваний. Прямые поставки ангиогенных факторов роста имеет потенциал, чтобы стимулировать новый рост кровеносных сосудов, но часто ассоциируется с ограничениями, такими как отсутствие адресности и коротким периодом полураспада в естественных условиях. Генная терапия предлагает альтернативный подход, предоставляя гены, кодирующие ангиогенные факторы, но часто требует использования вируса, и ограничивается соображений безопасности. Здесь мы опишем недавно разработанной стратегии стимулирования роста сосудов на программирования стволовых клеток сверхэкспрессировать ангиогенные факторы на месте с помощью биоразлагаемых полимерных наночастиц. В частности наша стратегия используется стволовые клетки как средств доставки, воспользовавшись их способности мигрировать в сторону ишемических тканей в естественных условиях. Используя оптимизированные полимерные векторы, полученные из жировой тканиСтволовые клетки были модифицированы для сверхэкспрессии ангиогенный ген, кодирующий фактор роста эндотелия сосудов (VEGF). Мы описаны способы синтеза полимеров, формирования наночастиц, трансфекции стволовых клеток в пробирке, а также методов проверки эффективности VEGF-экспрессирующих стволовых клеток для стимуляции ангиогенеза в мышиной модели ишемии задней конечности.
Introduction
Общая цель этой техники заключается в содействии терапевтический ангиогенез с использованием не-вирусно запрограммированные стволовые клетки гиперэкспрессией лечебных факторов на месте ишемии. Стволовые клетки были изменены экс естественных первом использовании биоразлагаемые наночастицы, синтезированные в лаборатории, а затем пересадили в мышиной модели ишемии задней конечности, чтобы проверить их потенциал для повышения ангиогенез и тканей спасение.
Контролируемый рост сосудов является важным компонентом успешного регенерации тканей, а также для лечения различных ишемических заболеваний, таких как инсульт, ишемия конечностей и инфаркту миокарда. Некоторые стратегии были разработаны для содействия роста сосудов, в том числе поставки фактора роста и клеточной терапии. 1 Несмотря на эффективность наблюдается в моделях заболеваний животных, эти методы все еще сталкиваются ограничений, таких как потребность в супрафизиологического доз для доставки фактора роста, или недостаточное паракринныйосвободить одними клеток. Одним из потенциальных стратегия преодоления вышеуказанных ограничений является сочетание терапии стволовых клеток и генной терапии, в результате чего стволовые клетки генетически запрограммированный экс естественных до трансплантации сверхэкспрессировать желательные лечебных факторов. Этот подход был продемонстрирован в различных моделей заболеваний, включая ишемии задней конечности 2, болезни сердца, костного 3 заживления 4 и 5 нервной травмы и др. Тем не менее, большинство методов генной терапии полагаться на вирусные векторы, которые связаны с проблемами безопасности, такие как потенциального иммуногенности и инсерционного мутагенеза. Биоматериалы опосредованные невирусный доставку генов может преодолеть эти ограничения, но часто страдают от низкой эффективности трансфекции. Чтобы ускорить открытие новых биоматериалов для эффективного невирусной доставки генов, недавние исследования использовали комбинаторной химии и высокопроизводительного скрининга подход. Биоразлагаемые полимерные библиотеки, такие как поли (β-амино эсОслабляет) (PBAE) были разработаны и просеивают, что привело к открытию ведущих полимеров с заметно улучшенной эффективности трансфекции по сравнению с обычными полимерными векторных коллегами. 6-7
В данном случае мы описали синтез PBAE и проверки их способности для трансфекции полученных из жировой ткани стволовые клетки (ADSCs) в пробирке с последующим последующей трансплантации генетически модифицированных ADSCs гиперэкспрессией фактора роста эндотелия сосудов (VEGF) в мышиной модели ишемии задней конечности . Результаты оценивались путем отслеживания судьбы клеток использованием изображений биолюминесценции, оценки тканей реперфузию помощью лазерного доплеровского перфузии (LDPI), и определения ангиогенез и тканей спасение по гистологии.
Protocol
Representative Results
Discussion
Здесь мы сообщаем метод для программирования взрослые стволовые клетки сверхэкспрессировать лечебных факторов с использованием не-вирусные, биоразлагаемые наночастицы. Эта платформа является особенно полезным при лечении заболеваний, где стволовые клетки могут естественно дом, на?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы хотели бы выразить признательность Американская Ассоциация Сердца Национальной Грант Ученый развития (10SDG2600001), Стэнфордский Bio-X Междисциплинарный инициатива программу, и Стэнфорд ученых-медиков исследовательской программы для финансирования.
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 |
Referências
- 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).
