Intratracheal instillation af stamceller i termer neonatal rotter
Summary
Beskrevet er en protokol til udførelse af intratracheal transplantation af mesenkymale stromale celler (MSC’ er) gennem intratracheal injektion i term neonatal rotter. Denne teknik er en klinisk levedygtig mulighed for levering af stamceller og lægemidler til neonatal rotte lunger til at vurdere deres effektivitet.
Abstract
Langvarig udsættelse for høje koncentrationer af ilt fører til betændelse og akut lungeskade, hvilket svarer til human bronkopulmonal dysplasi (BPD). Hos for tidligt fødte spædbørn, BPD er en stor komplikation trods tidlig brug af overfladeaktive terapi, optimal ventilation strategier, og noninvasive positivt tryk ventilation. Fordi lungebetændelse spiller en afgørende rolle i patogenesen af BPD, kortikosteroid brug er en potentiel behandling for at forhindre det. Ikke desto mindre anbefales systemisk kortikosteroidbehandling normalt ikke til præmature spædbørn på grund af langvarige bivirkninger. Prækliniske undersøgelser og kliniske forsøg med fase I på mennesker viste, at det er sikkert og muligt at anvende mesenkymale stromale celler (MSC) i hyperoxi-inducerede lungeskader og hos præmature spædbørn. Intratracheal og intravenøs MSC-transplantation har vist sig at beskytte mod neonatal hyperoxisk lungeskade. Derfor har intratracheal administration af stamceller og kombineret overfladeaktiv behandling og glukokortikoide behandling vist sig som en ny strategi til behandling af nyfødte med luftvejssygdomme. Den udviklingsfase af rottelunger ved fødslen svarer til den i humane lunger ved 26-28 uge svangerskab. Derfor er nyfødte rotter egnede til at studere intratracheal administration til præmature spædbørn med åndedrætsbesvær for at vurdere dens virkning. Denne intratracheal instillation teknik er en klinisk levedygtig mulighed for levering af stamceller og lægemidler i lungerne.
Introduction
Supplerende ilt er ofte nødvendig for at behandle nyfødte spædbørn med åndedrætsbesvær1. Hyperoxiabehandling hos spædbørn har dog negative langtidsvirkninger. Langvarig udsættelse for høje koncentrationer af ilt fører til betændelse og akut lungeskade, hvilket svarer til human bronkopulmonal dysplasi (BPD)2. BPD er en stor komplikation af hyperoxibehandling, der kan opstå på trods af tidlig overfladeaktiv behandling, optimale ventilationsprocedurer og øget brug af noninvasive positivt trykventilation hos for tidligt fødte spædbørn. Mens mange behandlingsstrategier er blevet rapporteret for BPD3,ingen kendt behandling kan reducere denne komplikation.
Kortikosteroid brug er en potentiel behandling for at forhindre BPD, fordi pulmonal inflammation spiller en afgørende rolle i sin patogenese. Systemisk kortikosteroidbehandling anbefales dog normalt ikke til præmature spædbørn på grund af langvarige bivirkninger4,5.
Mesenkymale stromale celler (MSC’ er) har pluripotente egenskaber og kan differentiere sig i forskellige celletyper, herunder knogle, brusk, fedtvæv, muskel og sener6. Mscs har immunmodulerende, anti-inflammatoriske, og regenerative effekter7, og dyreforsøg viser de terapeutiske fordele af MSC’er og deres udskilles komponenter i hyperoxia-induceret lungeskade i gnavere8,9. Intratracheal og intravenøs MSC-transplantation har vist sig at beskytte mod neonatal hyperoxisk lungeskade. Derfor kan intratrakcheal administration af stamceller og kombineret overfladeaktiv behandling og kortikosteroidbehandling være en potentiel behandlingsstrategi til behandling af nyfødte med luftvejssygdomme. Prækliniske undersøgelser har anvendt intratrakcheal administration af stamceller og adenorelateret virus hosnyfødte rotter 10,,11,12. Der foreligger dog ikke en trinvis præsentation af teknikken og in vivo-sporing af de transplanterede stamceller. Den nyfødte rotte er egnet til at undersøge virkningerne af intratrakcheal administration på præmature spædbørn med åndedrætsbesvær, fordi den sackulære fase af rottelungen ved fødslen svarer til virkningen af den menneskelige lunge ved 26-28 ugers drægtighed13. En effektiv metode til administration i rotte luftrøret er afgørende for en vellykket lungefordeling. Den teknik, der præsenteres her giver mulighed for undersøgelse af intratracheal administration af celler og / eller lægemidler til behandling af neonatal lungesygdomme ved hjælp af rotter som en model for mennesker.
Protocol
Representative Results
Discussion
Nyfødte spædbørn med åndedrætsbesvær kræver almindeligvis intratracheal overfladeaktivt stof og/eller kortikosteroidbehandling19. Kliniske forsøg med fase I hos mennesker har vist sikkerheden ved intratracheal MSC hos præmature spædbørn8. Disse undersøgelser tyder på, at intratrakcheal administration af lægemidler er en vigtig mulighed for nyfødte spædbørn med åndedrætsbesvær. Dyremodel undersøgelser er mest nyttige, hvis modelle…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denne undersøgelse blev delvis støttet af et tilskud fra Meridigen Biotech Co., Ltd. Taipei, Taiwan (A-109-008).
Materials
| 6-0 silk | Ethicon | 1916G | |
| Alcohol Prep Pad | CSD | 3032 | |
| BD Stemflow hMSC Analysis Kit | BD Biosciences | 562245 | CD markers |
| CMV-Luciferase-EF1α-copGFP BLIV 2.0 Lentivector for In Vivo Imaging | SBI | BLIV511PA-1 | |
| CryoStor10 | BioLife Solutions | 640222 | |
| Human MSCs | Meridigen Biotech Co., Ltd. Taipei, Taiwan | ||
| Infrared light | JING SHANG | JS300T | |
| Isoflurane | Halocarbon | 26675-46-7 | |
| IVIS-200 small animal imaging system | Caliper LifeSciences, Hopkinton, MA | ||
| Luciferin potassium salt | Promega, Madison, WI | ||
| Micro-scissors, straight | Vannas | H4240 | |
| Normal saline | TAIWAN BIOTECH CO., LTD. | 113531 | Isotonic Sodium Chloride Solution |
| Small Hub RN Needle, 30 gauge | Hamilton Company, Reno, NV | 7799-06 | |
| Syringe (100 µl) | Hamilton Company, Reno, NV | 81065 | |
| Xenogen Living Image 2.5 software | Caliper LifeSciences, Hopkinton, MA | N/A |
References
- Ramanathan, R., Bhatia, J. J., Sekar, K., Ernst, F. R. Mortality in preterm infants with respiratory distress syndrome treated with poractant alfa, calfactant or beractant: a retrospective study. Journal of Perinatology. 33, 119-125 (2013).
- Gien, J., Kinsella, J. P. Pathogenesis and treatment of bronchopulmonary dysplasia. Current Opinion in Pediatrics. 23, 305-313 (2011).
- Pasha, A. B., Chen, X. Q., Zhou, G. P. Bronchopulmonary dysplasia: Pathogenesis and treatment. Experimental and Therapeutic. 16, 4315-4321 (2018).
- Committee on Fetus and Newborn. Postnatal corticosteroids to treat or prevent chronic lung disease in preterm infants. Pediatrics. 109, 330-338 (2002).
- Watterberg, K. L. American Academy of Pediatrics; Committee on Fetus and Newborn. Policy statement-postnatal corticosteroids to prevent or treat bronchopulmonary dysplasia. Pediatrics. 126, 800-808 (2010).
- Prockop, D. J. Marrow stromal cells as stem cells for nonhematopoietic tissues. Science. 276, 71-74 (1997).
- Nemeth, K., et al. Bone marrow stromal cells attenuate sepsis via prostaglandin E(2)- dependent reprogramming of host macrophages to increase their interleukin-10 production. Nature Medicine. 15 (2), 42-49 (2009).
- Chou, H. C., Li, Y. T., Chen, C. M. Human mesenchymal stem cells attenuate experimental bronchopulmonary dysplasia induced by perinatal inflammation and hyperoxia. American Journal of Translational Research. 8, 342-353 (2016).
- Chen, C. M., Chou, H. C., Lin, W., Tseng, C. Surfactant effects on the viability and function of human mesenchymal stem cells: in vitro and in vivo assessment. Stem Cell Research & Therapy. 8, 180 (2017).
- Kim, Y. E., et al. Intratracheal transplantation of mesenchymal stem cells simultaneously attenuates both lung and brain injuries in hyperoxic newborn rats. Pediatric Research. 80, 415-424 (2016).
- Fleurence, E., et al. Comparative efficacy of intratracheal adeno-associated virus administration to newborn rats. Human Gene Therapy. 16, 1298-1306 (2005).
- Waszak, P., et al. Effect of intratracheal adenoviral vector administration on lung development in newborn rats. Human Gene Therapy. 13, 1873-1885 (2002).
- O’Reilly, M., Thébaud, B. Animal models of bronchopulmonary dysplasia. The term rat models. American Journal of Physiology-Lung Cellular and Molecular Physiology. 307, 948 (2014).
- Yu, J., et al. GFP labeling and hepatic differentiation potential of human placenta-derived mesenchymal stem cells. Cellular Physiology and Biochemistry. 35, 2299-2308 (2015).
- Dominici, M., et al. Minimal criteria for defining multipotent mesenchymal stromal cells. The International Society for Cellular Therapy position statement. Cytotherapy. 8, 315-317 (2006).
- Zhang, Z. Y., et al. Superior osteogenic capacity for bone tissue engineering of fetal compared with perinatal and adult mesenchymal stem cells. Stem Cells. 27, 126-137 (2009).
- Huang, L. T., et al. Effect of surfactant and budesonide on pulmonary distribution of fluorescent dye in mice. Pediatric and Neonatology. 56, 19-24 (2015).
- Keyaerts, M., Caveliers, V., Lahoutte, T. Bioluminescence imaging: looking beyond the light. Trends in Molecular Medicine. 18, 164-172 (2012).
- Yeh, T. F., et al. Intra-tracheal administration of budesonide/surfactant to prevent bronchopulmonary dysplasia. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 193, 86-95 (2016).
- Nguyen, J. Q., et al. Intratracheal inoculation of Fischer 344 rats with Francisella tularensis. Journal of Visualized Experiments. (127), e56123 (2017).
- de Almeida, P. E., van Rappard, J. R., Wu, J. C. In vivo bioluminescence for tracking cell fate and function. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 301, 663-671 (2011).
- Kim, J. E., Kalimuthu, S., Ahn, B. C. In vivo cell tracking with bioluminescence imaging. Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 49, 3-10 (2011).
