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Method Article
Questo protocollo descrive l'iniezione intrafemorale di alcune cellule staminali ematopoietiche o leucemiche, comprese le cellule geneticamente modificate, in modelli murini di xenotrapianto, che consentiranno non solo il trapianto rapido e sicuro di cellule, ma anche analisi seriali del midollo osseo.
Nonostante la complessità del trapianto di cellule ematopoietiche nell'uomo, i ricercatori eseguono comunemente iniezioni endovenose o intrafemorali (IF) nei topi. Nei modelli murini, questa tecnica è stata adattata per migliorare l'efficienza della semina delle cellule staminali e progenitrici ematopoietiche trapiantate (HSPC). Questo articolo descrive una dettagliata procedura tecnica passo-passo dell'iniezione di IF e della successiva aspirazione del midollo osseo (BM) nei topi che consente la caratterizzazione seriale delle cellule presenti nel midollo osseo. Questo metodo consente il trapianto di campioni preziosi con un basso numero di cellule che sono particolarmente difficili da attecchire mediante iniezione endovenosa. Questa procedura facilita la creazione di xenotrapianti che sono fondamentali per l'analisi patologica. Sebbene sia più facile accedere al sangue periferico (PB), la composizione cellulare del PB non riflette il midollo osseo, che è la nicchia per le HSPC. Pertanto, le procedure che forniscono l'accesso al compartimento midollare sono essenziali per lo studio dell'emopoiesi. L'iniezione di IF e l'aspirazione seriale del midollo osseo, come descritto qui, consentono il recupero prospettico e la caratterizzazione delle cellule arricchite nel midollo osseo, come le HSPC, senza sacrificare i topi.
Il sistema sanguigno è mantenuto per tutta la vita dalle cellule staminali ematopoietiche (HSC), che risiedono nel midollo osseo (BM)1,2. Per studiare i cambiamenti dinamici nell'ambiente del midollo osseo, è importante comprendere la biologia dell'emopoiesi normale e maligna 3,4. Il trapianto di HSC direttamente nel midollo osseo umano produce un attecchimento più elevato rispetto all'infusione di sangue periferico (PB), ma l'elevata complessità procedurale e l'aumento del rischio di infezione precludono a questo metodo di far parte della pratica standard5. Nei topi, le procedure che facilitano l'accesso al midollo osseo senza sacrificare gli animali forniscono una risorsa per monitorare in serie l'emopoiesi. La procedura descritta mira a produrre topi con un elevato attecchimento delle cellule trapiantate e consentire il campionamento seriale del midollo osseo di topi vivi. Questo articolo si concentrerà sulla produzione di modelli di xenotrapianto utilizzando topi immunodeficienti trapiantati con cellule umane, che sono più difficili da produrre rispetto ai modelli di allotrapianto topo-topo. Rispetto al trapianto convenzionale di cellule staminali e progenitrici ematopoietiche (HSPC) attraverso la coda o la vena retroorbitale, i vantaggi di questa procedura sono l'elevato attecchimento cellulare con una bassa quantità di materiale di partenza.
Sebbene l'iniezione cellulare intrafemorale (IF) nella cavità midollare dei topi sia comunemente utilizzata per studiare le HSPC umane in vivo 6,7,8, una procedura formale passo-passo che illustra/filma questa tecnica non è stata precedentemente pubblicata. Questo protocollo consente un elevato attecchimento da un basso numero di cellule trapiantate e un meccanismo per campionare il midollo osseo in serie. Inoltre, è possibile utilizzare questo metodo per analizzare gli effetti dell'iniezione di farmaci direttamente nella cavità del midollo osseo sul trattamento delle malattie del sangue. La procedura qui descritta aiuta ad ottenere l'accesso al midollo osseo dove risiedono le cellule ematopoietiche senza sacrificare i topi.
Questo protocollo è simile alla tecnica utilizzata per le aspirazioni di midollo osseo9. La differenza fondamentale è che questo documento e il protocollo video di accompagnamento descrivono in dettaglio una procedura sicura per l'iniezione di cellule nel midollo, mentre i documenti precedenti trapiantavano cellule attraverso la vena e quindi eseguivano l'aspirazione BM seriale. Questo protocollo consente l'attecchimento con successo con un numero ridotto di una linea cellulare (Figura 1), HSPC normali derivate dal sangue del cordone ombelicale (CB) (CD34+) (Figura 2) e HSC (CD34+CD38-CD45RA-CD90+) (Figura 3), HSPC normali derivate dal midollo spinale (CD34+CD38-) (Figura 4), cellule staminali leucemiche derivate da pazienti (CD34+CD38-) (Figura 5), HSPC normali derivate da CB modificate geneticamente CRISPR/Cas9 (CD34+) (Figura 6) e la leucemia mieloide acuta (AML)-iPSC (Figura 7). Soprattutto per le normali HSC derivate dal sangue del cordone ombelicale, siamo riusciti a fare l'attecchimento con solo 10 cellule. Questo metodo è particolarmente utile per gli esperimenti eseguiti con popolazioni cellulari rare o difficili da generare, come la leucemia mieloide acuta umana primaria non modificata o geneticamente modificata o le cellule CB. Inoltre, questa procedura descrive un metodo efficiente per l'analisi seriale delle cellule trapiantate, che può essere immediatamente utilizzato negli esperimenti a valle. Per evitare di sprecare campioni preziosi e garantire l'iniezione di IF, abbiamo anche brevemente descritto quile 10 pratiche della procedura basata su Akaluc per aiutare a consolidare questa tecnica.
NOD maschio o femmina di sei-dieci settimane. I topi Cg-Prkdcscid Il2rgtm1Wjl/SzJ (NSG) sono stati utilizzati in questo protocollo, ma può essere applicato a tutti i tipi di topi. L'irradiazione dipende dal contenuto sperimentale e dal tipo di topi, l'irradiazione o meno dei topi dipende dagli obiettivi della ricerca. Tutte le procedure sugli animali qui descritte sono state condotte in conformità con le linee guida per la cura e l'uso degli animali da laboratorio e sono state approvate dal pannello amministrativo della Stanford University sulla cura degli animali da laboratorio (APLAC #22264). Tutte le normali popolazioni di cellule del sangue sono state selezionate fresche. I campioni di LMA umana sono stati ottenuti da pazienti dello Stanford Medical Center con il consenso informato, secondo i protocolli approvati dall'Institutional Review Board (IRB) (Stanford IRB, 33818).
1. Iniezione intrafemorale di linee cellulari, cellule staminali e progenitrici ematopoietiche (HSPC) o cellule staminali leucemiche (LSC)
NOTA: Per analizzare facilmente le cellule iniettate con un dispositivo di imaging, è stata generata una linea cellulare K562 Akaluc/tdTomato-positiva e AkaLumine-HCl/Akaluc è stato utilizzato come substrato10. Se l'apparecchiatura di imaging non è disponibile, le cellule possono essere marcate con un colorante fluorescente mediante lentivirus o PiggyBac e analizzate mediante citometria a flusso. Indipendentemente dai dettagli della preparazione cellulare, avere un modo per dimostrare che le cellule somministrate nel midollo osseo sono entrate in modo affidabile nel midollo osseo è importante per migliorare questa tecnica (Figura 1).
2. Aspirazione di cellule del midollo osseo dal femore per l'analisi FACS
NOTA: La procedura per aspirare le cellule BM dai topi è molto simile ai metodi descritti nella sezione 1 e può essere appresa da alcune pubblicazioni precedenti 9,11,12. Di seguito è riportata una panoramica di alcune differenze tra i protocolli di iniezione e aspirazione del midollo osseo.
Seguendo questi protocolli 1,14,15,16,17,18,19,20, ogni campione è stato trapiantato ed è stato stabilito il modello murino di xenotrapianto. Lo scopo degli esperimenti qui era quello di mostrare l'iniezione di IF con div...
I modelli murini di xenotrapianto sono importanti per lo studio dell'emopoiesi umana sia normale che patologica. Il midollo osseo è la fonte dell'emopoiesi3; pertanto, lo studio delle malattie ematologiche richiede l'attecchimento di cellule staminali umane rare nel midollo osseo murino. Finora, sono stati riportati metodi di trapianto come una vena caudale, una vena retroorbitale e l'iniezione di IF, ed è noto che ognuno di questi metodi può attiantarsi le cel...
R.M. fa parte dei comitati consultivi di Kodikaz Therapeutic Solutions, Orbital Therapeutics e 858 Therapeutics ed è inventore di una serie di brevetti relativi all'immunoterapia antitumorale CD47 concessi in licenza a Gilead Sciences. R.M. è co-fondatore e azionista di Pheast Therapeutics, MyeloGene e Orbital Therapeutics.
Ringraziamo tutti i membri del laboratorio Majeti per il loro aiuto, sostegno, incoraggiamento e ispirazione nel corso degli anni. Ringraziamo il nucleo di citometria a flusso dello Stanford Stem Cell Institute, il programma Binns per la ricerca sul sangue cordonale e i pazienti per aver donato i loro campioni. Per i campioni umani, il midollo osseo umano di donatore normale e le cellule del sangue periferico sono stati ottenuti freschi da AllCells o dallo Stanford Blood Center. Ringraziamo il laboratorio Nakauchi dell'Università di Stanford per aver donato il plasmide pBac-AkaLuc-tdTomato. Soprattutto, vorremmo ringraziare i veterinari e il personale addetto al controllo degli animali del Veterinary Service Center di Stanford che si prendono cura dei nostri topi. In particolare, Mike Alvares, supervisore del centro per animali, è stato così accurato nella sua gestione dei topi che non è esagerato dire che senza di lui la nostra ricerca non sarebbe stata possibile.
Questo lavoro è stato supportato dalle sovvenzioni NIH 1R01HL142637 e 1R01CA251331, dallo Stanford Ludwig Center for Cancer Stem Cell Research and Medicine e dal programma Blood Cancer Discoveries Grant attraverso The Leukemia & Lymphoma Society, The Mark Foundation for Cancer Research e The Paul G. Allen Frontiers Group, tutti a R.M. R.M. ha ricevuto un Leukemia and Lymphoma Society Scholar Award. Y.N. è stata sostenuta dalla Nakayama Foundation for Human Science e da una borsa di studio post-dottorato del preside della Stanford University School of Medicine. A.E. è stato sostenuto dall'NCI nell'ambito del premio F32CA250304, dall'Advanced Residency Training Program di Stanford e dall'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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