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Method Article
Dieses Protokoll beschreibt die intrafemorale Injektion einiger hämatopoetischer oder leukämischer Stammzellen, einschließlich geneditierter Zellen, in murine Xenotransplantatmodelle, die nicht nur eine schnelle und sichere Transplantation von Zellen, sondern auch serielle Analysen des Knochenmarks ermöglichen.
Trotz der Komplexität der hämatopoetischen Zelltransplantation beim Menschen führen Forscher bei Mäusen häufig intravenöse oder intrafemorale (IF) Injektionen durch. In Mausmodellen wurde diese Technik angepasst, um die Aussaateffizienz von transplantierten hämatopoetischen Stamm- und Vorläuferzellen (HSPCs) zu verbessern. In dieser Arbeit wird ein detailliertes technisches Schritt-für-Schritt-Verfahren zur IF-Injektion und der anschließenden Knochenmarkaspiration bei Mäusen beschrieben, das eine serielle Charakterisierung der im BM vorhandenen Zellen ermöglicht. Diese Methode ermöglicht die Transplantation wertvoller Proben mit geringer Zellzahl, die sich besonders schwer durch intravenöse Injektion transplantieren lassen. Dieses Verfahren erleichtert die Herstellung von Xenotransplantaten, die für die pathologische Analyse von entscheidender Bedeutung sind. Während es einfacher ist, Zugang zu peripherem Blut (PB) zu erhalten, spiegelt die zelluläre Zusammensetzung von PB nicht das BM wider, das die Nische für HSPCs darstellt. Daher sind Verfahren, die den Zugang zum BM-Kompartiment ermöglichen, für die Untersuchung der Hämatopoese unerlässlich. Die IF-Injektion und die serielle BM-Aspiration, wie hier beschrieben, ermöglichen die prospektive Entnahme und Charakterisierung von Zellen, die mit dem BM angereichert sind, wie z. B. HSPCs, ohne die Mäuse zu opfern.
Das Blutsystem wird während des gesamten Lebens durch hämatopoetische Stammzellen (HSCs) aufrechterhalten, die sich im Knochenmark (BM) befinden1,2. Um dynamische Veränderungen in der BM-Umgebung zu untersuchen, ist es wichtig, die Biologie sowohl der normalen als auch der malignen Hämatopoese zu verstehen 3,4. Die Transplantation von HSCs direkt in humanes BM führt zu einer höheren Transplantation als die Infusion von peripherem Blut (PB), aber die hohe Verfahrenskomplexität und das erhöhte Infektionsrisiko schließen aus, dass diese Methode Teil der Standardpraxisist 5. Bei Mäusen bieten Verfahren, die den BM-Zugang erleichtern, ohne die Tiere zu opfern, eine Ressource zur seriellen Überwachung der Hämatopoese. Das beschriebene Verfahren zielt darauf ab, Mäuse mit einer hohen Transplantation von transplantierten Zellen zu erzeugen und eine serielle Probenahme des BM lebender Mäuse zu ermöglichen. Diese Arbeit konzentriert sich auf die Herstellung von Xenotransplantatmodellen mit immundefizienten Mäusen, die mit menschlichen Zellen transplantiert wurden, die schwieriger herzustellen sind als Maus-Maus-Allotransplantationsmodelle. Im Vergleich zur konventionellen Transplantation von hämatopoetischen Stamm- und Vorläuferzellen (HSPCs) durch die Schwanz- oder retroorbitale Vene liegen die Vorteile dieses Verfahrens in einer hohen zellulären Transplantation mit einer geringen Menge an Ausgangsmaterial.
Obwohl die intrafemorale (IF) zelluläre Injektion in die BM-Höhle von Mäusen häufig zur Untersuchung menschlicher HSPCs in vivo verwendet wird 6,7,8, wurde ein formales Schritt-für-Schritt-Verfahren zur Veranschaulichung/Filmung dieser Technik bisher nicht veröffentlicht. Dieses Protokoll ermöglicht eine hohe Transplantation aus einer geringen Anzahl transplantierter Zellen und einen Mechanismus zur seriellen Probenahme des BM. Darüber hinaus ist es möglich, diese Methode zu nutzen, um die Auswirkungen der Injektion von Medikamenten direkt in die BM-Höhle auf die Behandlung von Blutkrankheiten zu analysieren. Das hier beschriebene Verfahren hilft dabei, Zugang zu BM zu erhalten, wo sich hämatopoetische Zellen befinden, ohne die Mäuse zu opfern.
Dieses Protokoll ähnelt der Technik, die für BM-Aspirationen verwendet wird9. Der Hauptunterschied besteht darin, dass diese Arbeit und das begleitende Videoprotokoll ein sicheres Verfahren zur Injektion von Zellen in das Knochenmark beschreiben, während frühere Arbeiten Zellen über die Vene transplantierten und dann eine serielle BM-Aspiration durchführten. Dieses Protokoll ermöglicht die erfolgreiche Transplantation mit einer kleinen Anzahl einer Zelllinie (Abbildung 1), normalen HSPCs aus Nabelschnurblut (CB) (CD34+) (Abbildung 2) und HSCs (CD34+CD38-CD45RA-CD90+) (Abbildung 3), normalen BM-abgeleiteten HSPCs (CD34+CD38-) (Abbildung 4), von Patienten stammenden leukämischen Stammzellen (CD34+CD38-) (Abbildung 5), CRISPR/Cas9-Gen-editierten normalen CB-abgeleiteten HSPCs (CD34+) (Abbildung 6) und akute myeloische Leukämie (AML)-iPSCs (Abbildung 7). Insbesondere für die normalen HSCs aus Nabelschnurblut konnten wir erfolgreich eine Transplantation mit nur 10 Zellen durchführen. Diese Methode ist besonders wertvoll für Experimente, die mit seltenen oder schwer zu generierenden Zellpopulationen durchgeführt werden, wie z. B. unmodifizierte oder geneditierte primäre humane akute myeloische Leukämie oder CB-Zellen. Darüber hinaus beschreibt dieses Verfahren eine effiziente Methode zur seriellen Analyse von transplantierten Zellen, die sofort in nachgelagerten Experimenten eingesetzt werden kann. Um die Verschwendung wertvoller Proben zu vermeiden und die IF-Injektion zu gewährleisten, haben wir hier auch kurz das Akaluc-basierte Verfahren10 Praktiken beschrieben, um diese Technik zu festigen.
Sechs bis zehn Wochen altes männliches oder weibliches NOD. Cg-Prkdcscid Il2rgtm1Wjl/SzJ (NSG) Mäuse wurden in diesem Protokoll verwendet, aber es kann auf alle Arten von Mäusen angewendet werden. Die Bestrahlung hängt vom experimentellen Inhalt und der Art der Mäuse ab, ob die Mäuse bestrahlt werden oder nicht, hängt von den Forschungszielen ab. Alle hier beschriebenen Tierversuche wurden in Übereinstimmung mit den Richtlinien für die Pflege und Verwendung von Labortieren durchgeführt und vom Administrative Panel on Lab Animal Care der Stanford University (APLAC #22264) genehmigt. Alle normalen Blutkörperchenpopulationen wurden frisch aussortiert. Humane AML-Proben wurden von Patienten des Stanford Medical Center mit Einverständniserklärung gemäß den vom Institutional Review Board (IRB) genehmigten Protokollen (Stanford IRB, 33818) entnommen.
1. Intrafemorale Injektion von Zelllinien, hämatopoetischen Stamm- und Vorläuferzellen (HSPCs) oder leukämischen Stammzellen (LSCs)
HINWEIS: Um die injizierten Zellen mit einem bildgebenden Gerät einfach analysieren zu können, wurde eine Akaluc/tdTomato-positive K562-Zelllinie erzeugt, und AkaLumine-HCl/Akaluc wurde als Substrat10 verwendet. Wenn keine bildgebenden Geräte verfügbar sind, können Zellen mit einem Fluoreszenzfarbstoff durch Lentivirus oder PiggyBac markiert und durch Durchflusszytometrie analysiert werden. Unabhängig von den Details der Zellvorbereitung ist es wichtig, eine Möglichkeit zu haben, nachzuweisen, dass die in das Knochenmark verabreichten Zellen zuverlässig in das BM eingedrungen sind, um diese Technik zu verbessern (Abbildung 1).
2. Aspiration von Knochenmarkzellen aus dem Femur für die FACS-Analyse
HINWEIS: Das Verfahren zur Aspiration der BM-Zellen aus den Mäusen ist den in Abschnitt 1 beschriebenen Methoden sehr ähnlich und kann aus der früheren Literaturgelernt werden 9,11,12. Im Folgenden finden Sie einen Überblick über einige Unterschiede zwischen dem BM-Injektions- und dem Aspirationsprotokoll.
Gemäß diesen Protokollen 1,14,15,16,17,18,19,20 wurde jede Probe transplantiert und das Xenotransplantat-Mausmodell etabliert. Ziel der Experimente war es, die IF-Injektion mit verschiedenen Arten menschlicher Zellen und ...
Maus-Xenotransplantatmodelle sind wichtig für die Untersuchung sowohl der normalen als auch der pathologischen menschlichen Hämatopoese. Der BM ist die Quelle der Hämatopoese3; Daher erfordert die Erforschung hämatologischer Erkrankungen die erfolgreiche Transplantation seltener humaner Stammzellen in das BM der Maus. Bisher wurde über Transplantationsmethoden wie eine Schwanzvene, eine retroorbitale Vene und eine IF-Injektion berichtet, und es ist bekannt, d...
R.M. ist Mitglied des Beirats von Kodikaz Therapeutic Solutions, Orbital Therapeutics und 858 Therapeutics und Erfinder einer Reihe von Patenten im Zusammenhang mit der CD47-Krebsimmuntherapie, die an Gilead Sciences lizenziert sind. R.M. ist Mitbegründer und Anteilseigner von Pheast Therapeutics, MyeloGene und Orbital Therapeutics.
Wir danken allen Mitgliedern des Majeti-Labors für ihre Hilfe, Unterstützung, Ermutigung und Inspiration im Laufe der Jahre. Wir danken dem Durchflusszytometrie-Kern des Stanford Stem Cell Institute, dem Binns Program for Cord Blood Research und den Patienten für die Spende ihrer Proben. Für menschliche Proben wurden normales Spenderknochenmark und periphere Blutzellen frisch von AllCells oder dem Stanford Blood Center entnommen. Wir danken dem Nakauchi-Labor an der Stanford University für die Spende des pBac-AkaLuc-tdTomato-Plasmids. Bedanken möchten wir uns vor allem bei den Tierärzten und Tierkontrollmitarbeitern des Veterinary Service Centers in Stanford, die sich um unsere Mäuse kümmern. Insbesondere Mike Alvares, der Leiter des Tierzentrums, hat die Mäuse so gründlich behandelt, dass es nicht übertrieben ist zu sagen, dass unsere Forschung ohne ihn nicht möglich gewesen wäre.
Diese Arbeit wurde durch die NIH-Zuschüsse 1R01HL142637 und 1R01CA251331, das Stanford Ludwig Center for Cancer Stem Cell Research and Medicine und das Blood Cancer Discoveries Grant-Programm durch die Leukemia & Lymphoma Society, die Mark Foundation for Cancer Research und die Paul G. Allen Frontiers Group unterstützt, alle an R.M. R.M. R.M. ist Empfänger eines Leukemia and Lymphoma Society Scholar Award. Y.N. wurde von der Nakayama Foundation for Human Science und einem Dean's Postdoctoral Fellowship der Stanford University School of Medicine unterstützt. A.E. wurde unterstützt vom NCI im Rahmen des Award F32CA250304, dem Advanced Residency Training Program in Stanford und dem American Society of Hematology Scholar Award.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1/2 mL Syringe, 27 G | BD | 305620 | https://www.bd.com/en-ca/offerings/capabilities/bd-luer-lok-syringe-with-attached-needle/305620 |
ACK Lysing Buffer | Qualoty Biological | 118-156-101CS | https://www.qualitybiological.com/product/ack-lysing-buffer/ |
Biological Irradiator | Kimtron | IC-250 | https://www.kimtron.com/ic-250 |
Chlorhexidine | Nolvasan | NDC 54771-8701-1 | https://www.zoetisus.com/products/petcare/nolvasan-skin-and-wound-cleanser |
Ethyl alcohol, proof 190 | Gold Shield | https://goldsd.com/line-card/ | |
FACSCanto II | (Becton Dickinson and Company (BD), Franklin Lakes, NJ, USA | ||
Fetal Bovine Serum (FBS) | Omega Scientific | FB-01 | https://www.omegascientific.com/product/fetal-bovine-serum-usda-certified/ |
Flow cytometer, AriaII | Beckton Dickinson (BD) | cell sorting | |
IMDM | Gibco | 12440053 | https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/12440053 |
Isoflurane, USP | Dechra | NDC 17033-094-25 | https://www.dechra-us.com/our-products/us/companion-animal/dog/prescription/isoflurane-usp-inhalation-anesthetic |
NOD.Cg-Prkdcscid Il2rgtm1Wjl/SzJ (NSG) mice | Jackson Laboratory, Bar Harbor, ME, USA | Strain #:005557 | Six- to ten-week-old male or female |
Ophthalmic ointment, USP | Bausch Lomb | NDC 24208-780-55 | https://www.bausch.com/contentassets/2914df881e4344a 7a202cc5a0673c977/neomycin-and-polymyxin-b-sulfates-gramicidin-ophthalmic-solution.pdf |
OstiFen Injection (Caprofen) | VetOne | NDC 13985-748-20 | http://vetone.net/Default/CatHeaderPage?id=9534ccca-eac5-4d68-8ad8-46436067587b |
PBS, pH 7.4 | Homemade | ||
Penicillin-Streptomycin | Gibco | 15140122 | https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/15140122 |
Povidone-iodine | Betadine | NDC 67618-155-16 | https://www.betadine.com/veterinary-surgical-scrub-and-solution/ |
TokeOni (in the U.S.) | Sigma-Aldrich | 808350-5MG | AkaLumine-HCl/Akaluc; https://www.sigmaaldrich.com/US/en/product/aldrich/808350 |
UltraPure 0.5 M EDTA, pH 8.0 | Invitrogen | 15575020 | https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/15575020 |
Engraftment antibody panel (in vivo, mouse bone marrow) | |||
Antigen | Dilution | ||
Antigen: Anti-human CD45 Fluorophore: V450 Clone: HI30 | BD Biosciences | 560367 | 1:25 |
Antigen: Anti-mouse CD45.1 Fluorophore: PE-Cy7 Clone: A20 | eBioscience | 25-0453-81 | 1:50 |
Antigen:Anti-mouse TER-119 Fluorophore: PE-Cy5 Clone: TER-119 | eBioscience | 15-5921-83 | 1:100 |
Antigen:Anti-human CD3 Fluorophore: APC-Cy7 Clone: SK7 | BD Biosciences | 341090 | 1:12.5 |
Antigen:Anti-human CD19 Fluorophore: APC Clone: HIB19 | BD Biosciences | 555415 | 1:25 |
Antigen:Anti-human CD33 Fluorophore: PE Clone: WM53 | BD Biosciences | 555450 | 1:25 |
Live/Dead staining | Conc. | ||
PI | Invitrogen | 1 μg/mL | |
Compensation beads | |||
Negative control | BD Biosciences | See instruction for details | |
Anti-mouse Ig, κ | BD Biosciences | See instruction for details |
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