A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
يصف هذا البروتوكول تقنيات عزل خلايا الكبد الأولية للفئران عن الكبد وتحويل CRISPR-Cas9 كهربائيا كبروتينات ريبية و mRNA لتعطيل جين مستهدف علاجي مرتبط بمرض استقلابي وراثي في الكبد. تؤدي الطرق الموصوفة إلى قابلية عالية للاستمرار ومستويات عالية من تعديل الجينات بعد العزل الكهربائي.
يصف هذا البروتوكول طريقة سريعة وفعالة لعزل خلايا كبد الفئران الأولية متبوعة بتوصيل كريسبر-كاس9 بوساطة الكهربية كبروتينات ريبية نووية (RNPs) و mRNA. تم عزل خلايا الكبد الأولية للفئران باستخدام طريقة تروية رجعية من ثلاث خطوات مما أدى إلى غلات عالية تصل إلى 50 × 106 خلايا لكل كبد وبقاء الخلية بنسبة >85٪. يوفر هذا البروتوكول تعليمات مفصلة لطلاء خلايا الكبد وتلوينها وزراعتها. تشير النتائج إلى أن الكهربية توفر كفاءة نقل عالية تبلغ 89٪ ، كما تقاس بنسبة الخلايا الإيجابية للبروتين الفلوري الأخضر (GFP) وقابلية الخلايا المتواضعة >35٪ في خلايا كبد الفئران.
ولإثبات فائدة هذا النهج، تم تحويل كريسبر-كاس9 الذي يستهدف جين هيدروكسي فينيل بيروفات ثنائي الأكسجيناز إلى خلايا كبد أولية للفئران كدليل على المبدأ لتحرير الجينات لتعطيل جين علاجي مرتبط بمرض استقلابي وراثي (IMD) في الكبد. لوحظ تحرير أعلى على الهدف بنسبة 78٪ ل RNPs مقارنة بكفاءة تحرير 47٪ مع mRNA. تم تقييم وظائف خلايا الكبد في المختبر باستخدام فحص الألبومين الذي أشار إلى أن تقديم CRISPR-Cas9 كRNPs و mRNA يؤدي إلى بقاء خلية مماثلة في خلايا الكبد الأولية للماوس. تطبيق واعد لهذا البروتوكول هو توليد نماذج الفئران للأمراض الوراثية البشرية التي تؤثر على الكبد.
IMDs من الكبد هي اضطرابات وراثية تتميز بنقص إنزيم كبدي حاسم يشارك في عملية التمثيل الغذائي التي تؤدي إلى تراكم الأيضات السامة. بدون علاج ، تؤدي IMDs للكبد إلى فشل الأعضاء أو الوفاة المبكرة 1,2. الخيار العلاجي الوحيد للمرضى الذين يعانون من IMDs من الكبد هو زرع الكبد التقويمي ، وهو محدود بسبب انخفاض توافر الأعضاء المانحة والمضاعفات الناجمة عن العلاج المثبط للمناعة بعد الإجراء 3,4. وفقا للبيانات الأخيرة التي جمعتها شبكة شراء الأعضاء وزرعها ، فإن 40٪ -46٪ فقط من المرضى البالغين على قائمة انتظار زراعة الكبد يتلقون عضوا ، بينما يموت 12.3٪ من هؤلاء المرضى أثناء وجودهم في قائمة الانتظار5. علاوة على ذلك ، فإن 5٪ فقط من جميع أمراض الكبد النادرة لديها علاج معتمد من إدارة الأغذية والعقاقير6. من الواضح أن هناك حاجة ماسة لعلاجات جديدة ل IMDs في الكبد. ومع ذلك ، هناك حاجة إلى نماذج المرض المناسبة لتطوير خيارات علاجية جديدة.
لا تزال نمذجة الأمراض البشرية باستخدام أنظمة المختبر وفي الجسم الحي عقبة أمام تطوير علاجات فعالة ودراسة أمراض IMDs في الكبد. خلايا الكبد من المرضى الذين يعانون من أمراض الكبد النادرة هي تحديا للحصول على7. النماذج الحيوانية ضرورية لتطوير فهم لأمراض الأمراض واختبار الاستراتيجيات العلاجية. ومع ذلك ، فإن إحدى العقبات هي توليد نماذج من الأجنة التي تحمل طفرات قاتلة. على سبيل المثال، أدت محاولات إنشاء نماذج فأر من متلازمة ألاجيل (ALGS) مع أجنة تحتوي على حذف متماثل الزيجوت لتسلسل 5 كيلوبايت بالقرب من نهاية 5 لجين Jag1 إلى الموت المبكر للأجنة8. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يكون توليد نماذج الفئران عن طريق تحرير الجينات في الخلايا الجذعية الجنينية كثيف الوقت والموارد9. أخيرا ، ستظهر طفرات خارج الأنسجة المستهدفة ، مما يؤدي إلى متغيرات مربكة قد تعيق دراسة المرض9. سيسمح تحرير الجينات الجسدية بتحرير أسهل في أنسجة الكبد ويتجاوز التحديات المرتبطة بتوليد النماذج باستخدام الخلايا الجذعية الجنينية.
تمكن الكهربية من توصيل كريسبر-كاس9 مباشرة إلى النواة من خلال تطبيق تيارات عالية الجهد لتخلل غشاء الخلية وهي متوافقة مع العديد من أنواع الخلايا ، بما في ذلك تلك التي تتعنت على تقنيات النقل ، مثل الخلايا الجذعية الجنينية البشرية ، والخلايا الجذعية متعددة القدرات ، والخلايا العصبية 10،11،12 . ومع ذلك ، فإن انخفاض الجدوى هو عيب محتمل للكهربية ؛ يمكن أن يؤدي تحسين الإجراء إلى مستويات عالية من التسليم مع الحد من السمية13. أظهرت دراسة حديثة جدوى تحويل مكونات CRISPR-Cas9 بالكهرباء إلى خلايا كبد بشرية وماوس أولية كنهج عالي الكفاءة14. الكهربية خارج الجسم الحي في خلايا الكبد لديها القدرة على تطبيقها لتوليد نماذج جديدة للفئران ل IMDs البشرية من الكبد.
يوفر هذا البروتوكول إجراء مفصلا خطوة بخطوة لعزل خلايا كبد الفئران عن الكبد ومن ثم إلكتروبورات CRISPR-Cas9 كمجمعات RNP ، تتكون من بروتين Cas9 والحمض النووي الريبي الاصطناعي أحادي التوجيه (sgRNA) ، أو Cas9 mRNA جنبا إلى جنب مع sgRNA للحصول على مستويات عالية من تحرير الجينات على الهدف. بالإضافة إلى ذلك، يوفر البروتوكول طرقا لقياس كفاءة تحرير الجينات وقابليتها للتطبيق ووظائفها بعد إلكتروبورات كريسبر-كاس9 في خلايا كبد الفئران المعزولة حديثا.
تم إجراء جميع التجارب على الحيوانات وفقا للمبادئ التوجيهية للجنة المؤسسية لرعاية واستخدام الحيوانات والبروتوكولات المعتمدة في جامعة كليمسون. تم إجراء العمليات الجراحية في الفئران البرية المخدرة C57BL/6J التي يتراوح عمرها بين 8 و 10 أسابيع.
1. جراحة الحيوان
2. عزل خلايا الكبد
3. تصميم sgRNAs لتحرير الجينات CRISPR-Cas9
ملاحظة: يصف هذا القسم تصميم الحمض النووي الريبوزي المرسال (sgRNA) الذي يستهدف جين هيدروكسي فينيل بيروفات ثنائي الأكسجين (Hpd) كدليل على المبدأ لتحرير الجينات لتعطيل جين مستهدف علاجي مرتبط ب IMD في الكبد.
4. الكهربية وزراعة الخلايا
5. احسب حجم مصفوفة الغشاء لمزجها مع MM لإعطاء تركيز نهائي قدره 0.25 مجم / مل
ملاحظة: بالنسبة للوحة المكونة من 6 آبار ، هناك حاجة إلى 2 مل من التراكب لكل بئر.
6. أضف الحجم المحسوب لمصفوفة الغشاء إلى MM البارد المثلج واخلطه عن طريق السحب لأعلى ولأسفل 10 مرات
7. تحليل كفاءة التسليم ، والجدوى ، والتحرير على الهدف في خلايا كبد الماوس الكهربائي
عزل خلايا الكبد الأولية القابلة للصفاء عن الكبد
يوضح الشكل 1 العملية الشاملة لتروية الكبد وعزل خلايا الكبد. في هذه التجربة ، تم استخدام الفئران C57BL6/6J من النوع البري ، التي يبلغ عمرها 8-10 أسابيع. من المتوقع أن ينتج عن الإجراء 20-50 × 106 خلايا لكل فأر مع قابلية الب...
الخطوات الموضحة في بروتوكول عزل خلايا الكبد صعبة وتتطلب ممارسة للكفاءة. هناك العديد من الخطوات الرئيسية لعزل خلايا الكبد بنجاح عن الكبد. أولا ، يعد التعليب السليم للوريد الأجوف السفلي ضروريا لتروية الكبد الكاملة. يشير عدم وجود ابيضاض في الكبد بعد التروية إلى إزاحة القسطرة (الجدول 1
ليس لدى المؤلفين مصالح متنافسة للإفصاح عنها.
تلقت RNC تمويلا من مركز الهندسة الحيوية في ساوث كارولينا لتجديد وتشكيل الأنسجة منحة تجريبية مدعومة من المعهد الوطني للعلوم الطبية العامة (NIGMS) التابع للمعاهد الوطنية للصحة ، والجمعية الأمريكية لدراسة مؤسسة أمراض الكبد ، والجمعية الأمريكية للعلاج الجيني والخلوي تحت أرقام المنح P30 GM131959 ، 2021000920 ، 2022000099 ، على التوالي. المحتوى هو مسؤولية المؤلفين فقط ولا يمثل بالضرورة وجهات النظر الرسمية للجمعية الأمريكية للعلاج الجيني والخلوي أو الجمعية الأمريكية لدراسة أمراض الكبد المؤسسة. تم إنشاء مخطط الشكل 1 مع BioRender.com.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Equipment | |||
0.2 mL PCR 8-tube FLEX-FREE strip, attached clear flat caps, natural | USA Scientific | 1402-4700 | |
6-well Collagen Plates | Advanced Biomatrix | 5073 | |
accuSpin Micro 17R | Fisher Scientific | 13-100-675 | |
All-in-one Fluorescent Microscope | Keyence | BZ-X810 | |
Analog Vortex Mixer | VWR | 97043-562 | |
ART Wide BORE filtered tips 1,000 µL | ThermoFisher Scientific | 2079GPK | |
Automated Cell Counter | Bio-Rad Laboratories | TC20 | |
Blue Wax Dissection Tray | Braintree Scientific Inc. | DTW1 | 9" x 6.5" x 1/2"+F21 |
Cell scraper/lifter | Argos Technologies | UX-04396-53 | Non-pyrogenic, sterile |
Conical tubes (15 mL) | Fisher Scientific | 339650 | |
Conical tubes (50 mL) | Fisher Scientific | 14-432-22 | |
Cotton applicators | Fisher Scientific | 22-363-170 | |
Curved scissors | Cooper Surgical | 62131 | |
Disposable Petri Dishes | Falcon | 351029 | 100mm,sterile |
Disposable Petri Dishes | VWR | 25373-100 | 35mm, sterile |
Epoch Microplate Spectrophotometer | BioTek Instruments | 250082 | |
Falcon Cell strainer (70 µm) | Fisher Scientific | 08-771-2 | |
Forceps | Cooper Surgical | 61864 | Euro-Med Adson Tissue Forceps |
IV catheters | BD | 382612 | 24 G x 0.75 in |
IV infusion set | Baxter | 2C6401 | |
MyFuge 12 Mini Centrifuge | Benchmark Scientific | 1220P38 | |
Needles | Fisher Scientific | 05-561-20 | 25 G |
Nucleofector 2b Device | Lonza | AAB-1001 | Program T-028 was used for electroporation in mouse hepatocytes |
Peristaltic Pump | Masterflex | HV-77120-42 | 10 to 60 rpm; 90 to 260 VAC |
Precision pump tubing | Masterflex | HV-96410-14 | 25 ft, silicone |
Primaria Culture Plates | Corning Life Sciences | 353846 | Nitrogen-containing tissue culture plates |
Serological Pipets (25 mL) | Fisher Scientific | 12-567-604 | |
Syringes | BD | 329464 | 1 mL, sterile |
T100 Thermal Cycler | Bio-Rad Laboratories | 1861096 | |
Water bath | ALT | 27577 | Thermo Scientific Precision Microprocessor Controlled 280 Series, 2.5 L |
Reagents | |||
Alt-R S.p. Cas9 Nuclease V3 | IDT | 1081058 | |
Beckman Coulter AMPure XP, 5 mL | Fisher Scientific | NC9959336 | |
CleanCap Cas9 mRNA | Trilink Biotechnologies | L-7606-100 | |
CleanCap EGFP mRNA | Trilink Biotechnologies | L-7201-100 | |
Corning Matrigel Matrix | Corning Life Sciences | 356234 | |
DMEM | ThermoFisher Scientific | 11885076 | Low glucose, pyruvate |
Ethanol 70% | VWR | 71001-652 | |
Fetal bovine serum | Thermoscientific | 26140-079 | |
Hepatocyte Maintenance Medium (MM) | Lonza | MM250 | |
Hepatocyte Plating Medium (PM) | Lonza | MP100 | |
Mouse Albumin ELISA Kit | Fisher Scientific | NC0010653 | |
Mouse/Rat Hepatocyte Nucleofector Kit | Lonza | VPL-1004 | |
OneTaq HotStart DNA Polymerase | New England Biolabs | M0481L | |
PBS 10x pH 7.4 | Thermoscientific | 70011-044 | No calcium or magnesium chloride |
Percoll (PVP solution) | Santa Cruz Biotechnology | sc-500790A | |
Periodic acid | Sigma-Aldrich | P7875-25G | |
Permount Mounting Medium | VWR | 100496-550 | |
QuickExtract DNA Extraction Solution | Lucigen Corporation | QE05090 | |
Schiff’s fuchsin-sulfite reagent | Sigma-Aldrich | S5133 | |
Trypsin-EDTA (0.25%) | ThermoFisher Scientific | 25200056 | Phenol red |
Vybrant MTT Cell Viability Assay | ThermoFisher Scientific | V13154 | |
Perfusion Solution 1 (pH 7.4, filter sterilized) | Stable at 4 °C for 2 months | ||
EBSS | Fisher Scientific | 14155063 | Complete to 200 mL |
EGTA (0.5 M) | Bioworld | 40520008-1 | 200 µL |
HEPES (pH 7.3, 1 M) | ThermoFisher Scientific | AAJ16924AE | 2 mL |
Perfusion Solution 2 (pH 7.4, filter sterilized) | Stable at 4 °C for 2 months | ||
CaCl2·2H20 (1.8 mM) | Sigma | C7902-500G | 360 µL of 1 M stock |
EBSS (no calcium, no magnesium, no phenol red) | Fisher Scientific | 14-155-063 | Complete to 200 mL |
HEPES (1 M) | ThermoFisher Scientific | AAJ16924AE | 2 mL |
MgSO4·7H20 (0.8 mM) | Sigma | 30391-25G | 160 µL of 1 M stock |
Perfusion Solution 3 | Prepared fresh prior to use | ||
Solution 2 | 50 mL | ||
Liberase | Roche | 5401127001 | 0.094 Wunsch units/mL |
Mouse Anesthetic Cocktail | |||
Acepromzine | 0.25 mg/mL final concentration | ||
Ketamine | 7.5 mg/mL final concentration | ||
Xylazine | 1.5 mg/mL final concentration | ||
Software | URL | ||
Benchling | https://www.benchling.com/ | ||
ImageJ | https://imagej.nih.gov/ij/ | ||
TIDE: Tracking of Indels by Decomposition | https://tide.nki.nl/ |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionExplore More Articles
This article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved