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Method Article
Este protocolo describe la inyección intrafemoral de unas pocas células madre hematopoyéticas o leucémicas, incluidas las células editadas genéticamente, en modelos de xenoinjertos murinos, lo que no solo permitirá el trasplante rápido y seguro de células, sino también análisis seriados de la médula ósea.
A pesar de la complejidad del trasplante de células hematopoyéticas en humanos, los investigadores suelen realizar inyecciones intravenosas o intrafemorales (IF) en ratones. En modelos murinos, esta técnica se ha adaptado para mejorar la eficiencia de siembra de células madre y progenitoras hematopoyéticas (HSPC) trasplantadas. Este artículo describe un procedimiento técnico detallado paso a paso de la inyección de FI y la posterior aspiración de médula ósea (MO) en ratones que permite la caracterización en serie de las células presentes en el MO. Este método permite el trasplante de muestras valiosas con un número bajo de células que son particularmente difíciles de injertar por inyección intravenosa. Este procedimiento facilita la creación de xenoinjertos que son críticos para el análisis patológico. Si bien es más fácil acceder a la sangre periférica (PB), la composición celular de la PB no refleja la BM, que es el nicho de las HSPC. Por lo tanto, los procedimientos que proporcionan acceso al compartimento de la MO son esenciales para el estudio de la hematopoyesis. La inyección de FI y la aspiración seriada de BM, como se describe aquí, permiten la recuperación prospectiva y la caracterización de células enriquecidas en el BM, como las HSPC, sin sacrificar a los ratones.
El sistema sanguíneo es mantenido durante toda la vida por las células madre hematopoyéticas (HSC), que residen en la médula ósea (MO)1,2. Para estudiar los cambios dinámicos en el ambiente de la MO, es importante comprender la biología de la hematopoyesis normal y maligna 3,4. El trasplante de HSCs directamente en el MO humano produce un mayor injerto que la infusión de sangre periférica (PB), pero la alta complejidad del procedimiento y el mayor riesgo de infección impiden que este método forme parte de la práctica estándar5. En ratones, los procedimientos que facilitan el acceso a la MO sin sacrificar a los animales proporcionan un recurso para monitorear la hematopoyesis en serie. El procedimiento descrito tiene como objetivo producir ratones con un alto injerto de células trasplantadas y permitir el muestreo en serie de la MO de ratones vivos. Este artículo se centrará en la producción de modelos de xenoinjertos utilizando ratones inmunodeficientes injertados con células humanas, que son más difíciles de producir que los modelos de alotrasplante ratón-ratón. En comparación con el trasplante convencional de células madre y progenitoras hematopoyéticas (HSPC) a través de la cola o la vena retroorbitaria, las ventajas de este procedimiento son un alto injerto celular con una baja cantidad de material de partida.
Aunque la inyección intrafemoral (IF) de células en la cavidad BM de ratones se utiliza habitualmente para estudiar las HSPC humanas in vivo 6,7,8, no se ha publicado previamente un procedimiento formal paso a paso que ilustre/filme esta técnica. Este protocolo permite un alto injerto a partir de un bajo número de células trasplantadas y un mecanismo para muestrear la MO en serie. Además, es posible utilizar este método para analizar los efectos de la inyección de drogas directamente en la cavidad BM en el tratamiento de enfermedades de la sangre. El procedimiento descrito aquí ayuda a obtener acceso a BM donde residen las células hematopoyéticas sin sacrificar a los ratones.
Este protocolo es similar a la técnica utilizada para las aspiraciones de MO9. La diferencia clave es que este artículo y el protocolo de video que lo acompaña detallan un procedimiento seguro para inyectar células en la médula, mientras que los artículos anteriores trasplantaron células a través de la vena y luego realizaron una aspiración BM en serie. Este protocolo permite el injerto exitoso con un pequeño número de una línea celular (Figura 1), HSPC derivadas de sangre de cordón umbilical normal (CB) (CD34+) (Figura 2) y HSC (CD34 + CD38-CD45RA-CD90 +) (Figura 3), HSPC normales derivadas de BM (CD34 + CD38-) (Figura 4), células madre leucémicas derivadas del paciente (CD34 + CD38-) (Figura 5), HSPC normales derivadas de CB editadas genéticamente por CRISPR/Cas9 (CD34+) (Figura 6) y leucemia mieloide aguda (LMA)-iPSC (Figura 7). Especialmente para las HSC normales derivadas de la sangre del cordón umbilical, pudimos hacer con éxito el injerto con solo 10 células. Este método es especialmente valioso para experimentos realizados con poblaciones celulares raras o difíciles de generar, como la leucemia mieloide aguda humana primaria no modificada o editada genéticamente o las células CB. Además, este procedimiento describe un método eficiente para el análisis en serie de células injertadas, que se puede utilizar inmediatamente en experimentos posteriores. Para evitar el desperdicio de muestras valiosas y garantizar la inyección de FI, también hemos descrito brevemente aquí las10 prácticas del procedimiento basado en Akaluc para ayudar a solidificar esta técnica.
Macho o hembra de seis a diez semanas de edad. En este protocolo se utilizaron ratones Cg-Prkdcscid Il2rgtm1Wjl/SzJ (NSG), pero se puede aplicar a todo tipo de ratones. La irradiación depende del contenido experimental y del tipo de ratones, la irradiación o no de los ratones depende de los objetivos de la investigación. Todos los procedimientos con animales descritos aquí se llevaron a cabo de acuerdo con las Directrices para el Cuidado y Uso de Animales de Laboratorio y fueron aprobados por el Panel Administrativo de Cuidado de Animales de Laboratorio de la Universidad de Stanford (APLAC #22264). Todas las poblaciones normales de células sanguíneas se clasificaron frescas. Se obtuvieron muestras humanas de LMA de pacientes del Centro Médico de Stanford con consentimiento informado, de acuerdo con los protocolos aprobados por la junta de revisión institucional (IRB, por sus siglas en inglés) (Stanford IRB, 33818).
1. Inyección intrafemoral de líneas celulares, células madre y progenitoras hematopoyéticas (HSPC) o células madre leucémicas (LSC)
NOTA: Para analizar fácilmente las células inyectadas con un dispositivo de imagen, se generó una línea celular K562 Akaluc/tdTomato-positiva, y se utilizó AkaLumine-HCl/Akaluc como sustrato10. Si no se dispone de equipo de imagen, las células pueden marcarse con un tinte fluorescente mediante lentivirus o PiggyBac y analizarse mediante citometría de flujo. Independientemente de los detalles de la preparación celular, es importante disponer de una forma de demostrar que las células administradas en la médula ósea han entrado de forma fiable en la MO (Figura 1).
2. Aspiración de células de médula ósea del fémur para el análisis FACS
NOTA: El procedimiento para aspirar las células BM de los ratones es muy similar a los métodos descritos en la sección 1 y se puede aprender de la literatura previa 9,11,12. A continuación se presenta una descripción general de algunas diferencias entre los protocolos de inyección y aspiración de BM.
Siguiendo estos protocolos 1,14,15,16,17,18,19,20, se trasplantó cada muestra y se estableció el modelo de ratón xenoinjerto. El objetivo de los experimentos fue mostrar la inyección de FI con varios tipos de células h...
Los modelos de xenoinjertos murinos son importantes para el estudio de la hematopoyesis humana tanto normal como patológica. La MO es la fuente de hematopoyesis3; por lo tanto, el estudio de las enfermedades hematológicas requiere el injerto exitoso de células madre humanas raras en el BM murino. Hasta ahora, se han descrito métodos de trasplante como la vena de cola, la vena retroorbitaria y la inyección de FI, y se sabe que cualquiera de estos métodos pued...
R.M. forma parte de los consejos asesores de Kodikaz Therapeutic Solutions, Orbital Therapeutics y 858 Therapeutics y es inventor de varias patentes relacionadas con la inmunoterapia contra el cáncer CD47 con licencia de Gilead Sciences. R.M. es cofundador y accionista de Pheast Therapeutics, MyeloGen y Orbital Therapeutics.
Agradecemos a todos los miembros del laboratorio Majeti por su ayuda, apoyo, aliento e inspiración a lo largo de los años. Agradecemos al Núcleo de Citometría de Flujo del Instituto de Células Madre de Stanford, al Programa Binns para la Investigación de la Sangre del Cordón Umbilical y a los pacientes por donar sus muestras. Para las muestras humanas, la médula ósea humana y las células de sangre periférica de donantes normales se obtuvieron frescas de AllCells o del Centro de Sangre de Stanford. Agradecemos al laboratorio Nakauchi de la Universidad de Stanford por donar el plásmido pBac-AkaLuc-tdTomato. Sobre todo, nos gustaría agradecer a los veterinarios y al personal de control de animales del Centro de Servicios Veterinarios de Stanford que cuidan de nuestros ratones. En particular, Mike Alvares, supervisor del centro de animales, ha sido tan meticuloso en su manejo de los ratones que no es exagerado decir que sin él, nuestra investigación no habría sido posible.
Este trabajo fue financiado por las subvenciones 1R01HL142637 y 1R01CA251331 de los NIH, el Centro Stanford Ludwig para la Investigación y Medicina de Células Madre del Cáncer y el programa de subvenciones Blood Cancer Discoveries a través de la Sociedad de Leucemia y Linfoma, la Fundación Mark para la Investigación del Cáncer y el Grupo Paul G. Allen Frontiers, todos a R.M. R.M. ha recibido un premio de la Sociedad de Leucemia y Linfoma. Y.N. contó con el apoyo de la Fundación Nakayama para las Ciencias Humanas y una beca postdoctoral del decano de la Facultad de Medicina de la Universidad de Stanford. A.E. recibió el apoyo del NCI bajo el F32CA250304 de premios, el Programa de Capacitación de Residencia Avanzada de Stanford y el Premio Académico de la Sociedad Americana de Hematología.
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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