Pluripotent kök hücre kaynaklı Teratomas Dış Beam radyasyon bir küçük-hayvan modelinde kullanarak hedeflenen ve seçici tedavisinde
Summary
Pluripotent kök hücre kaynaklı teratomas tedavi stratejileri araştırma kök hücre tedavisi klinik çeviri için önemlidir. Burada, ilk olarak, fare ve daha sonra seçmeli olarak hedef için kök hücre kaynaklı teratomas oluşturmak ve bu tümörler içinde bir küçük-hayvan irradiator kullanarak vivo görmek için bir protokol açıklayın.
Abstract
Kurbanlar “kök hücre Turizm,” Dünya çapında, kök hücrelerin düzensiz ekimi giderek artan sayıda kök hücre transplantasyonu güvenlik kaygıları gündeme getirdi. Farklılaşmamış hücreleri oldukça daha yaygın bir uygulama nakli Ayrıştırılan rağmen teratomas hala kalan farklılaşmamış kök hücre varlığı nakli anda ortaya çıkabilir veya spontan mutasyonlar gelen farklılaşmış hücreleri. Kök hücre tedavileri kez anatomik olarak duyarlı sitelerin teslim edildiğinden, hatta küçük tümörler klinik olarak yıkıcı, körlük, felç, bilişsel anormallikler ve kardiyovasküler disfonksiyon sonucu olabilir. Bu sitelere cerrahi erişim Ayrıca hastalar birkaç tedavi olanakları ile bırakarak sınırlı olabilir. Kök hücre aksaklığı kontrol, bu nedenle, kök hücre tedavisi klinik çeviri için çok önemlidir.
Dış beam radyasyon organları çevreleyen için yaralanma en aza indirerek teratoma yükünü azaltmak için hedeflenmiş tedavi teslim, etkili bir yol sunar. Ayrıca, bu yöntem genetik manipülasyon önler veya kök hücre ki viral iletim ek klinik güvenlik ve etkinlik endişeleri ile ilişkili. Burada, bir protokol pluripotent kök hücre kaynaklı teratomas farelerde oluşturmak için ve seçmeli olarak bu tümörler içinde vivo ablate için dış beam radyasyon tedavisi uygulamak açıklar.
Introduction
Kök hücre tedavileri doku rejenerasyonu için geliştirme çabaları etkili klinik dağıtımı için engelleyici son birkaç on yıl içinde engelleri bir dizi karşılaştı. Bu engellerin zavallı hücre saklama, kök hücre immünojenisite ve form teratomas1neoplastik potansiyeline sitelerdeki içerir. Tumorigenicity özellikle klinik endişe olduğu bu kök hücre nakli alıcılar2zarar verme olasılığı vardır. Tümör oluşumu nedeniyle düzensiz kök hücre enjeksiyonları hesapları zaten birden fazla klinik ayarları3,4,5‘ te bildirdin. En sık klinik endişe içinde pluripotent kök hücre (PSC) gelişme gösterdi ve gecikmeler ve birden çok yüksek profilli embriyonik kök hücre (ESC) iptaller sonuçlandı ve pluripotent kök hücre (IPSC) indüklenen teratoma oluşumu için potansiyel olduğunu denemeler6,7,8,9. Böylece, uygun tedavi sağlayarak doğru iyatrojenik Bu tümörler ortaya gereken adanmış bir translasyonel araştırma için acil ihtiyaç vardır.
Bugüne kadar kök hücre hatalı davranmasından kaynaklanacak denetlemek için çoğu stratejileri PSC’ler numarasıyla tumorigenic potansiyel2,10azaltılması üzerinde odaklanmıştır. Ne yazık ki, az sayıda kalan hücreleri (örneğin., 1 x 104 1 x 105 hücreleri11‘ e) kadar algılama sınırın altına şu anda kullanılabilir deneyleri12‘, alıntı teratoma oluşumu için gereklidir 13. preseparation bu yöntemler kullanarak başka sınırlamalar arasında düşük verim ve yüksek gider, daha yeni doku mühendisliği yaklaşımlar ve hücre potansiyel bozulma için uygun olmayabilir tek hücreli süspansiyonlar güven hayatta kalma ve engraftment.
Kaç çalışmalar teratoma oluşumu takip tedavi seçenekleri ele sahip. Belki de en iyi okudu strateji “intihar” genlerin birleşme içine kök hücre14,15olduğunu. Bu yöntem, genetik olarak eğer teratomas enjekte hücreleri üretmek böylece bir kurtarma yaklaşım sağlayan farmakolojik stimülasyon postinjection tarafından etkinleştirilebilen bir indüklenebilir apoptosis aktive gen dahil etmek için kök hücre işleme içerir. Bu yaklaşım, ancak, PSC’ler ve ilaç direnci16kademeli bir gelişim potansiyeli genetik değişiklikler hedef kapalı etkileri de dahil olmak üzere önemli sakıncaları muzdarip. Benzer bir yaklaşım küçük moleküller PSC’ler Seçici hücre ölümü anti-apoptotik yolları17inhibisyonu yoluyla ikna etmek için kullanır. Diğer gruplar PSC’ler pluripotency yüzey işaretleyicileri, podocalyxin benzeri protein-1 (PODXL)18gibi karşı antikor kullanarak hücre ölümü hedef almış. Küçük molekül veya antikor teslim zamanlaması çok erken teslim ve terapötik etkinlik Eğer çok geç teslim olmayabilir PSC’ler tedavi potansiyeli üzerinde önemli bir etkiye sahip anlamına gelir. Buna ek olarak, küçük moleküller ve bu şekilde kullanılan antikorları sistemik etkileri incelenmiştir değil.
Bu tümörler tedavi için alternatif bir yaklaşım dış beam radyasyon tedavisi (EBRT) kullanarak dayanır. EBRT Şu anda solid tümör19tedavisinde istihdam birincil yöntemleri biridir. EBRT, proton ışın ve stereotaktik radyocerrahi, geliştirilmesi dahil olmak üzere yenilikleri Açıkorur EBRT teratoma adresleme için ideal hale normal doku hasarı kaçınırken hedefleme gelişmiş patolojik yapıları etkinleştirdiniz anatomik olarak hassas yapıları20oluşumu. Ayrıca, bu yöntem genetik manipülasyon veya kök hücrelerin klinik güvenlik ile dolu her ikisi de viral iletim önler ve etkinlik15ilgilendiriyor. Son olarak, mikro-irradiators gelişmeler EBRT uygulamada kemirgenler21etkinleştirdiniz.
Bu makalede, farelerde insan iPSCs enjekte edilerek teratoma oluşumu küçük hayvan modeli oluşturmak nasıl gösterir. Biz o zaman EBRT seçerek bu tümör doku çevresindeki en az hasarla vivo ortadan kaldırmak için uygulamak gösterilmiştir. Bu yaklaşım bir hedefe yönelik tedavi biyolojik moleküller üzerine çalışmaları ve peptidler sistemik teslimini ve PSC’ler genetik manipülasyon hedef kapalı etkileri kaçınırken PSC kaynaklı teratomas için sağlar. Araştırma amaçlı kök hücreleri tümör yanıtı için radyasyon tedavisi (BLI) görüntüleme bioluminescence izlemek için reporter genler ile transduce için isteğe bağlı bir adım de veriyoruz.
Protocol
Representative Results
Discussion
Preklinik veri ve “kök hücre Turizm” kurbandan anekdot durumlarda teratomas gelişme riski PSC tedaviler23ile ilişkili ciddi bir sıkıntıları olduğunu onaylayın. Önlemek ve kök hücre tedavileri ile ilişkili neoplastik risk tedavi dikkatli yaklaşımlar geliştirilmesi, bu nedenle, Klinik rejeneratif kök hücre tedavileri tercümesi kolaylaştıran önemli bir adımdır. Bu makalede, PSC ilişkili teratomas EBRT bir fare modeli kullanılarak tedavi hedefleme yöntemi açıklanan ve ı?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar ulusal kurumları, sağlık R01 HL134830 (PKN), K08 HL135343 (KS) ve 5F32HL134221 teşekkür etmek istiyorum (JWR); Howard Hughes Tıp Enstitüsü (ASL); ve desteklerinden dolayı Stanford kardiyovasküler Enstitüsü (ASL).
Materials
| Induced Pluripotent Stem Cell Control Line | Stanford University | Nguyen Lab | Cell culture of iPSC |
| Corning matrigel basement membrane matrix 354234 | Fisher Scientific | CB-40234 | Cell culture of iPSC |
| Essential 8 culture medium | ATCC-The global bioresource center | 30-2203 | Cell culture of iPSC |
| Tryple E | Gibco | 12605-036 | Cell culture of iPSC |
| Y27632 inhibitor 2 HCL (ROCK Inhibitor) | Fisher Scientific | S104950MG | Cell culture of iPSC |
| Lentivirus | Cyagen | P170721-1001cjn | Transduction of iPSC with double fusion reporter gene |
| Polyrbrene Infection/Transfection Reagent | Millipore Sigma | TR-1003-G | Transduction of iPSC with double fusion reporter gene |
| Fluc-eGFP reporter gene driven by ubiquitin promoter | Stanford University | Sam Gambhir lab | Transduction of iPSC with double fusion reporter gene |
| D-luciferin | Perkin Elmer | 122799 | Transduction of iPSC with double fusion reporter gene and BLI |
| Flow cytometer (BD FACSARIA III) | BD Biosciences | FACSAria | Transduction of iPSC with double fusion reporter gene |
| microplate spectrofluorometer (Glomax Navigator System) | Promega Bio Systems, Sunnyvale, CA | GM2000 | Transduction of iPSC with double fusion reporter gene |
| Xenogen IVIS 200 | Perkin Elmer | 124262 | BLI |
| Isoflurane | Sigma-Aldrich | CDS019936 | irradiation |
| X-Rad SmART image-guided irradiator | Precision X-ray Inc., North Branford, CT | X-Rad SmART | irradiation |
| RT_Image software package | Stanford University (http://rtimage.sourceforge.net/) | RT_Image v0.2β | Irradiation |
References
- Sallam, K., Wu, J. C. Embryonic stem cell biology: insights from molecular imaging. Methods in Molecular Biology. 660, 185-199 (2010).
- Lee, A. S., Tang, C., Rao, M. S., Weissman, I. L., Wu, J. C. Tumorigenicity as a clinical hurdle for pluripotent stem cell therapies. Nature Medicine. 19 (8), 998-1004 (2013).
- Amariglio, N., et al. Donor-derived brain tumor following neural stem cell transplantation in an ataxia telangiectasia patient. PLOS Medicine. 6 (2), e1000029 (2009).
- Kuriyan, A. E., et al. Vision Loss after Intravitreal Injection of Autologous "Stem Cells" for AMD. The New England Journal of Medicine. 376 (11), 1047-1053 (2017).
- Berkowitz, A. L., et al. Glioproliferative Lesion of the Spinal Cord as a Complication of "Stem-Cell Tourism". The New England Journal of Medicine. 375, 196-198 (2016).
- Zhang, W. Y., de Almeida, P. E., Wu, J. C. Teratoma formation: A tool for monitoring pluripotency in stem cell research. StemBook. , (2012).
- Scott, C. T., Magnus, D. Wrongful termination: lessons from the Geron clinical trial. STEM CELLS Translational Medicine. 3 (12), 1398-1401 (2014).
- Strauss, S. Geron trial resumes, but standards for stem cell trials remain elusive. Nature Biotechnology. 28 (10), 989-990 (2010).
- Coghlan, A. Unexpected mutations put stem cell trial on hold. New Scientist. 227 (3033), 9 (2015).
- Tang, C., et al. An antibody against SSEA-5 glycan on human pluripotent stem cells enables removal of teratoma-forming cells. Nature Biotechnology. 29 (9), 829-834 (2011).
- Lee, A. S., et al. Effects of cell number on teratoma formation by human embryonic stem cells. Cell Cycle. 8 (16), 2608-2612 (2009).
- Tano, K., et al. A novel in vitro method for detecting undifferentiated human pluripotent stem cells as impurities in cell therapy products using a highly efficient culture system. PLoS One. 9 (10), e110496 (2014).
- Kuroda, T., et al. Highly sensitive in vitro methods for detection of residual undifferentiated cells in retinal pigment epithelial cells derived from human iPS cells. PLoS One. 7 (5), e37342 (2012).
- Cao, F., et al. In vivo visualization of embryonic stem cell survival, proliferation, and migration after cardiac delivery. Circulation. 113 (7), 1005-1014 (2006).
- Cao, F., et al. Molecular imaging of embryonic stem cell misbehavior and suicide gene ablation. Cloning Stem Cells. 9 (1), 107-117 (2007).
- Kotini, A. G., de Stanchina, E., Themeli, M., Sadelain, M., Papapetrou, E. P. Escape Mutations, Ganciclovir Resistance, and Teratoma Formation in Human iPSCs Expressing an HSVtk Suicide Gene. Molecular Therapy – Nucleic Acids. 5, e284 (2016).
- Smith, A. J., et al. Apoptotic susceptibility to DNA damage of pluripotent stem cells facilitates pharmacologic purging of teratoma risk. STEM CELLS Translational Medicine. 1 (10), 709-718 (2012).
- Choo, A. B., et al. Selection against undifferentiated human embryonic stem cells by a cytotoxic antibody recognizing podocalyxin-like protein-1. Stem Cells. 26 (6), 1454-1463 (2008).
- Yorke, E., Gelblum, D., Ford, E. Patient safety in external beam radiation therapy. American Journal of Roentgenology. 196 (4), 768-772 (2011).
- Zhou, H., et al. Development of a micro-computed tomography-based image-guided conformal radiotherapy system for small animals. International Journal of Radiation Oncology • Biology • Physics. 78 (1), 297-305 (2010).
- Slatkin, D. N., Spanne, P., Dilmanian, F. A., Gebbers, J. O., Laissue, J. A. Subacute neuropathological effects of microplanar beams of x-rays from a synchrotron wiggler. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 92 (19), 8783-8787 (1995).
- Lee, A. S., et al. Brief Report: External Beam Radiation Therapy for the Treatment of Human Pluripotent Stem Cell-Derived Teratomas. Stem Cells. 35 (8), 1994-2000 (2017).
- Berkowitz, A. L., et al. Glioproliferative Lesion of the Spinal Cord as a Complication of "Stem-Cell Tourism". The New England Journal of Medicine. 375 (2), 196-198 (2016).
- Swijnenburg, R. J., et al. In vivo imaging of embryonic stem cells reveals patterns of survival and immune rejection following transplantation. Stem Cells and Development. 17 (6), 1023-1029 (2008).
- Cao, F., et al. Noninvasive de novo imaging of human embryonic stem cell-derived teratoma formation. Cancer Research. 69 (7), 2709-2713 (2009).
- Priddle, H., et al. Bioluminescence imaging of human embryonic stem cells transplanted in vivo in murine and chick models. Cloning and Stem Cells. 11 (2), 259-267 (2009).
- Dale, R. G. Dose-rate effects in targeted radiotherapy. Physics in Medicine & Biology. 41 (10), 1871-1884 (1996).
