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Method Article
In diesem Manuskript wird die subkonjunktivale Injektion als gültige Vektorabgabemethode für Augengewebe bei Mäusen unter Verwendung eines Injektionssystems demonstriert, das aus einer Infusions-/Entnahmespritzenpumpe und einer gasdichten herausnehmbaren Spritze in Verbindung mit Mikroinjektionsnadeln besteht. Dieses Injektionssystem ist auch für andere intraokulare Verabreichungswege anpassbar.
Augenerkrankungen umfassen eine breite Palette von erblichen genetischen und erworbenen Erkrankungen, die aufgrund ihrer relativ einfachen Zugänglichkeit über mehrere Verabreichungswege attraktive Ziele für die lokale Medikamentenabgabe sind. Subkonjunktivale (SCJ) Injektionen bieten Vorteile gegenüber anderen intraokularen Verabreichungswegen, da sie einfach, sicher und in der Regel ambulant durchgeführt werden. SCJ-Injektionen bei Kleintieren erfordern aufgrund der Größe des Auges in der Regel die Hilfe eines Operationsmikroskops. Frühere Arbeiten haben gezeigt, dass die SCJ-Injektion spezifischer Adeno-assoziierter Virus (AAV) Serotypen eine gültige Genlieferstrategie für die gezielte Transduktion der Augenoberfläche, des Augenmuskels, der Hornhaut und des Sehnervs ist und einen potenziellen Ansatz für die Behandlung vieler Augenerkrankungen bietet.
Hier wird ein detailliertes Protokoll für SCJ-Injektionen in einem Mausmodell unter Verwendung eines Injektionssystems vorgestellt, das aus einer programmierbaren Infusions-/Entnahmespritzenpumpe (die eine konsistente und präzise Injektionsgeschwindigkeit und einen konstanten Druck ermöglicht) und einer gasdichten herausnehmbaren Spritze in Verbindung mit Mikroinjektionsnadeln besteht. Das Injektionssystem ist auch für andere intraokulare Verabreichungswege wie intrastromale, intrakameraale, intravitreale und subretinale Injektionen bei Kleintieren anpassbar. Obwohl die Abgabe von adeno-assoziierten viralen Vektoren für okuläre Gentherapiestudien beschrieben wird, kann das hierin enthaltene Protokoll auch für eine Vielzahl von ophthalmologischen Lösungen in Kleintiermodellen angepasst werden. Die wichtigsten praktischen Schritte auf dem Verabreichungsweg, die Einrichtung der Injektionsplattform, die Vorbereitung der Injektion und Tipps aus direkter Erfahrung werden ausführlich besprochen. Darüber hinaus werden auch gängige Validierungstechniken für die AAV-Verabreichungsbestätigung an die gewünschten Gewebe kurz besprochen.
Augenerkrankungen umfassen ein breites Spektrum sowohl genetischer als auch erworbener Erkrankungen. Im Jahr 2015 waren schätzungsweise 36 Millionen Menschen weltweit blind, und über 1 Milliarde Menschen leiden zumindest an einem gewissen Grad an Sehbehinderung, was die Notwendigkeit unterstreicht, die Linderungsbemühungen auf allen Ebenen zu verstärken1. Die wichtigsten Methoden zur Verabreichung von Augenmedikamenten umfassen sowohl topische als auch lokale Verabreichung, wie Augentropfen oder subkonjunktivale (SCJ), intrakameraale, intravitreale und subretinale Injektionen. Obwohl die nichtinvasive topische Therapie die gebräuchlichste Verabreichungsmethode für ophthalmologische Arzneimittel ist und häufig für viele Erkrankungen des vorderen Abschnitts eingesetzt wird, stellt das Vorhandensein von anatomischen Barrieren der Hornhaut eine Herausforderung für die Bioverfügbarkeit, Bioverteilung und Wirksamkeit topisch verabreichter Substanzen dar, was darauf hindeutet, dass es möglicherweise nicht der beste Behandlungsweg für viele Erkrankungen des inneren Auges ist. Die lokale Injektion in das spezifische Augenkompartiment, das von der Krankheit betroffen ist, ist wahrscheinlich ein effektiverer und gezielterer Ansatz zur Medikamentenabgabe2. Nebenwirkungen durch wiederholte Injektionen können jedoch die Verabreichungsstrategien erschweren. Idealerweise sollte eine Therapie nach einmaliger Verabreichung eine langfristige therapeutische Wirksamkeit erhalten. Daher ist die Gentherapie eine vielversprechende Option, um die Anzahl der erforderlichen Injektionen zu minimieren und eine nachhaltige Transgenexpression für die Behandlung von Augenerkrankungenbereitzustellen 3,4.
Für die Gentherapie stehen zahlreiche virale und nichtvirale Vektoren zur Verfügung; AAV-Vektoren sind jedoch aufgrund ihres hervorragenden Sicherheitsprofils von großem Interesse. AAV ist ein kleines, einzelsträngiges, unbehülltes DNA-Virus, das ursprünglich 1965 von Atchison et al. als Kontaminante eines Adenovirus-Präparats entdeckt wurde.5,6 AAV wurde später in den 1980er Jahren als effizienter viraler Vektor für die Genabgabe entwickelt und ist zum Gentherapievektor der Wahl für viele Krankheiten, einschließlich Augenerkrankungen, geworden. in den letzten Jahrzehnten. Das bemerkenswerteste davon ist das erste kommerziell erhältliche Gentherapeutikum, Voretigene neparvovec, das von der US-amerikanischen Food and Drug Administration zur Behandlung der Leberschen kongenitalen Amaurose, einer seltenen hinteren Augenerkrankung, zugelassen wurde. Obwohl Voretigene Neparvovec die Hindernisse für die klinische Entwicklung erfolgreich überwunden hat, bleiben Herausforderungen für die Kommerzialisierung zusätzlicher okulärer Gentherapien bestehen. Zum Beispiel wird Voretigene neparvovec Patienten verabreicht, die lebensfähige Netzhautzellen durch subretinale Injektion erhalten. Daher sind Patienten mit fortgeschritteneren Formen der Krankheit, denen lebensfähige Netzhautzellen fehlen, nicht für eine Behandlung geeignet, da dies keinen klinischen Nutzen bringen würde. Darüber hinaus wurden bekannte Komplikationen im Zusammenhang mit dem subretinalen Injektionsverfahren beobachtet, darunter Augenentzündungen, Katarakte, Netzhautrisse, Makulopathie und Schmerzen 7,8. Andere Bedenken im Zusammenhang mit diesem Verfahren umfassen die Möglichkeit von Blutungen, Netzhautablösung, Endophthalmitis und Aufhebung des privilegierten Status des okulären Immunsystems durch Augengewebezerstörung 9,10,11,12. Daher sind Bemühungen, weniger invasive Gentransportwege wie die SCJ-Injektion zu erforschen, immer wichtiger geworden 13,14,15,16,17.
Die Bindehaut ist eine dünne Membran, die 3-5 Zellschichten enthält und das vordere Auge mit dem inneren Augenlid verbindet. SCJ-Injektionen werden klinisch zur ophthalmologischen Arzneimittelabgabe sowohl an das vordere als auch an das hintere Augensegment zur Behandlung von Augenerkrankungen wie altersbedingter Makuladegeneration, Glaukom, Retinitis und posteriorer Uveitis eingesetzt18,19. Sie sind relativ einfach durchzuführen, routinemäßig für die ophthalmologische Medikamentenabgabe in einer ambulanten Umgebung20, etwas schmerzlos, beeinträchtigen nicht das okuläre Immunprivileg und ermöglichen es verabreichten Medikamenten, sich durch eine große periorbitale Region auszubreiten, die den Sehnerv umfasst. Daher sind SCJ-Injektionen ein attraktiver Verabreichungsweg für AAV-Gentherapieanwendungen. Natürliche AAV-Serotypen, die durch SCJ-Injektion bei Mäusen verabreicht wurden, wurden zuvor hinsichtlich Sicherheit, Transduktionseffizienz, Serumimmunogenität, Bioverteilung und Gewebespezifität charakterisiert13,16,21. Diese Daten zeigten, dass die Genabgabe an einzelne Augengewebe durch SCJ-Verabreichung eine formale Möglichkeit ist.
Dieser Artikel beschreibt ein einfaches und anpassungsfähiges Protokoll für die SCJ-Injektion, um AAV-Vektoren in einem Mausmodell zu liefern. Um die Reproduzierbarkeit dieses Ansatzes zu gewährleisten, wird ein Injektionssystem beschrieben, das aus einem Stereomikroskop, einer programmierbaren Infusions-/Entnahmespritzenpumpe (die eine konsistente und präzise Einspritzgeschwindigkeit und einen konstanten Druck ermöglicht) und einer gasdichten herausnehmbaren Spritze in Verbindung mit Mikroinjektionsnadeln besteht. Dieses System ist für andere intraokulare Verabreichungswege wie intrastromale, intrakameraale, intravitreale und subretinale Injektionen bei Kleintieren anpassbar. Darüber hinaus wird häufig ein Fluoreszenzfarbstoff verwendet, um die AAV-Injektionsstelle zu visualisieren. Die wichtigsten praktischen Schritte auf dem Verabreichungsweg, die Einrichtung der Injektionsplattform, die Vorbereitung der Injektion und Tipps aus direkter Erfahrung werden ausführlich besprochen. Schließlich werden gängige Validierungstechniken zur Bestätigung der AAV-Abgabe an das gewünschte Gewebe kurz diskutiert.
Alle Tierverfahren wurden in Übereinstimmung mit den Vorschriften des Institutional Animal Care and Use Committee an der University of North Carolina at Chapel Hill durchgeführt. Die Verwendung von AAV-Vektoren ist ein Biosicherheitsrisiko der Stufe 1. Tragen Sie geeignete persönliche Schutzausrüstung, einschließlich Laborkittel, Handschuhe und Schutzbrille, wenn Sie mit AAV umgehen. Für das hierin beschriebene Experiment wurde ein rekombinanter AAV-Vektor verwendet, der mit dem Serotyp-8-Kapsid verpackt ist und für einen generischen ubiquitären Cytomegalovirus (CMV)-Promotor kodiert, der die Expression des grünen Fluoreszenzproteins (GFP) steuert.
1. Handhabung und Speicherung von AAV-Vektoren
2. Subkonjunktivale (SCJ) Injektion
Lösung, die in den subkonjunktivalen Raum injiziert wird, präsentiert sich je nach Injektionsvolumen als Blase.
In diesem Experiment wurden 7 μL AAV (7 × 109 virale Genome (vg)/Auge), gemischt mit Fluorescein in einer Endkonzentration von 0,1%, mit einer 36 G-Nadel unter einem Stereomikroskop injiziert, und die Injektionsgeschwindigkeit/der Injektionsdruck wurde mit einer programmierbaren Spritzenpumpe bei 1 μL/s konstant gehalten. Bei der Injektion kann eine Blase auftreten (Pfeil). E...
Die AAV-vermittelte Gentherapie birgt großes Potenzial für die Behandlung von Augenerkrankungen. Die derzeitige okuläre Gentherapie beruht auf zwei wichtigen lokalen Verabreichungswegen, intravitrealen und subretinalen Injektionen. Leider sind beide Wege invasiv und können schwerwiegende Komplikationen verursachen, einschließlich Netzhautablösung, Kataraktbildung und Endophthalmitis. Daher ist die Untersuchung von relativ weniger invasiven Wegen, wie der SCJ-Injektion, von großem Interesse.
Die Autoren haben keine Interessenkonflikte offenzulegen.
Die Autoren danken dem Vector Core an der University of North Carolina für die Bereitstellung der in dieser Studie verwendeten scAAV8-GFP-Vektoren, dem CGIBD Histology Core und dem Labor von Dr. Brian C. Gilger für ihre Unterstützung bei den klinischen Bewertungsaspekten dieser Studie. Diese Studie wurde durch das Pfizer-NC Biotech Distinguished Postdoctoral Fellowship und einen Career Development Award der American Society of Gene & Cell Therapy und der Cystic Fibrosis Foundation unterstützt. Der Inhalt liegt in der alleinigen Verantwortung der Autoren und stellt nicht unbedingt die offiziellen Ansichten der American Society of Gene & Cell Therapy oder der Cystic Fibrosis Foundation dar.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
36 G NanoFil Needles | World Precision Instruments | NF36BV-2 | |
AAV vector | University of North Carolina at Chapel Hill | / | |
Acepromazine | Henry Schein | NDC 11695-0079-8 | |
anti-GFP antibody | AVES labs Inc. | ||
Digital camera | Cannon | Cannon EOS T5i | |
DNA/RNA extraction kit | Qiagen | 80204 | |
Forceps | Fine Science Tools | F6521 | |
Hamilton syringe | Hamilton | 7654-01 | |
India ink | StatLab | NC9903975 | |
Ketamine hydrochloride injection solution | Henry Schein | NDC 0409-2051-05 | |
Moisture-resistant film | Parafilm | 807-6 | |
Polyethylene tubing | Becton Dickinson and Company | 427401 | |
Proparacaine 0.1% | Bausch Health US | NDC 24208-730-06 | |
Rebound tonometer | Tonovet | / | |
Sodium fluorescein solution | Sigma-Aldich | 46960 | |
Standard Infuse/Withdraw Pump 11 Pico Plus Elite Programmable Syringe Pump | Harvard Bioscience | 70-4504 | |
Stereo microscopye | Leica | Mz6 | |
Tetracaine Hydrochloride Ophthalmic Solution 0.5% | Bausch and Lomb | Rx only | |
Topical ointment | GenTeal | NDC 0078-0429-47 | |
Xylazine | Akorn | NDC 59399-110-20 | |
Zone-Quick Phenol Red Thread Box 100 Threads | ZONE-QUICK | PO6448 |
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