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Method Article
このプロトコルは、非肥満糖尿病(NOD)重症複合免疫不全マウスにNIT-1細胞を移植およびイメージングするための簡単で低侵襲な方法を説明しています。
1型糖尿病は、膵臓のインスリン産生ベータ細胞の自己免疫破壊によって特徴付けられる。この病気の有望な治療法は、幹細胞由来のベータ細胞の移植です。しかし、移植された細胞を持続的な自己免疫から保護するために、遺伝子組み換えが必要な場合があります。糖尿病マウスモデルは、移植細胞を自己免疫攻撃から保護するための戦略の予備評価に有用なツールです。ここで説明するのは、マウスにおける糖尿病の養子移植モデルにおける細胞移植片を移植および画像化するための低侵襲的方法である。このプロトコルでは、ホタルルシフェラーゼ導入遺伝子 luc2 を発現するマウス膵臓ベータ細胞株NIT-1からの細胞を、免疫不全非肥満糖尿病(NOD)重症複合免疫不全(scid)マウスに皮下移植します。これらのマウスに、自己免疫を移すために自然糖尿病NODマウス由来の脾細胞を同時に静脈内注射する。移植片は、細胞の生存を監視するために、非侵襲的な生物発光イメージング を介して 一定の間隔でイメージングされます。変異細胞の生存率は、同じマウスに移植された対照細胞の生存率と比較されます。
1型糖尿病(T1D)は、膵臓のインスリン産生ベータ細胞の自己免疫破壊によって引き起こされます。ベータ細胞塊の損失は、インスリン欠乏症および高血糖をもたらす。T1D患者は、外因性インスリンの毎日の複数回の注射に依存しており、生涯を通じて重度の高血糖および低血糖のエピソードを経験します。これらのエピソードに関連する合併症には、糖尿病性網膜症、腎機能の低下、および神経障害が含まれます1。
インスリン注射は治療法ですが、T1Dの治療法ではありません。しかし、失われたベータ細胞塊を置き換えることは、患者が自分のインスリンを産生できるようにすることで、病気を逆転させる可能性があります。ただし、死体ドナー島の供給は限られています2。幹細胞由来膵島(SC膵島)は、移植用のベータ細胞の事実上無制限の供給を提供し得る。いくつかのグループは、ヒト胚性幹細胞(ESC)および人工多能性幹細胞(iPSC)を分化させて機能的なベータ様細胞を生成できることを実証している3,4,5。有望な初期の臨床試験データは、これらの細胞が移植後も機能を維持し、患者がインスリン非依存性になることを可能にする可能性があることを示しています6。ただし、慢性免疫抑制が必要であり、癌や感染症に対する感受性が高まります。さらに、免疫抑制剤は、長期的に移植片に対して細胞毒性があり得る7。免疫抑制の必要性を排除するために、SC膵島を遺伝子組み換えして、移植後の再発性自己免疫および同種免疫から保護することができます。
幹細胞研究は、コストと労力が非常に厳しいものです。マウス細胞株と動物モデルは、移植細胞を自己免疫から保護するための戦略の初期同定と実験的検証に有用なツールです。NODマウスは、ヒトT1D8と多くの類似点を有する自然発生性自己免疫性糖尿病を発症し、NIT-1インスリノーマ細胞株はこのマウス系統9と遺伝的背景を共有している。糖尿病は、複製実験マウス10における糖尿病の発症を時間的に同期させるために、NODマウスからの糖尿病性脾細胞の注射を介して関連する免疫不全NOD-scidマウス系統に養子縁組に移され得る。このモデルは、SC島でのさらなる検証のために、遺伝的標的を比較的迅速かつ安価に特定するために使用できます。最近、この方法は、in vivoでの自己免疫から初代ヒト膵島を保護することが判明した標的であるRNLSおよびin vitroでのベータ細胞ストレスからのiPS細胞由来膵島を同定および検証するために適用されました11。ここでは、遺伝子操作されたNIT-1細胞を移植し、マウスの自己免疫性糖尿病の養子導入モデルでそれらの生存を非侵襲的に監視するための簡単なプロトコルについて説明します。
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図1:マウスの糖尿病の養子移植モデルにおける移植片の移植とイメージングのワークフロー。 ホタル導入遺伝子ルシフェラーゼ(luc2)を発現するNIT-1細胞をNOD-scidマウスに皮下移植する。マウスには、自然糖尿病NODマウスから単離された自己反応性脾細胞を同時に注射する。移植片は、非侵襲的生物発光イメージングによって一定の間隔でイメージングされる。BioRender.com によって作成された図。略語:NOD =非肥満糖尿病患者。SCID =重度の複合免疫不全。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
すべての動物の世話と研究のプロトコルは、ジョスリン糖尿病センターの施設動物管理および使用委員会(IACUC)によって承認され、それに従って実施されました。NODおよびNOD-scidマウスは、市販の供給源から容易に入手することができる。この研究のすべてのマウスは、センチナルモニター施設で維持されています。このプロトコルで使用されるすべての材料、動物、機器、およびソフトウェアに関連する詳細については、 材料の表 を参照してください。
1. NIT-1細胞株のエンジニアリングとメンテナンス
2. 移植用NIT-1細胞の調製
3. NIT-1細胞のNOD-scidマウスへの移植
4. 自己反応性脾細胞の単離・精製
5.外側尾静脈 を介した 糖尿病性脾細胞の静脈内注射
6. NIT-1移植片の 生体 内生物発光イメージング
注:移植片を週に1〜2回画像化します。移植当日は、移植後少なくとも2時間待って、移植片が落ち着いて安定したルシフェラーゼ発現を確保します。時間が制限要因である場合は、代わりに最初の測定を1日目に行うことができます。推奨される初期イメージングスケジュールは、注射後0日目または1日目、5日目、10日目、14日目、18日目、および25日目です。ただし、生物発光シグナルの喪失によって判断される自己免疫の進行に基づいてスケジュールを調整します。
図2:生物発光移植片をイメージングするためのソフトウェアコマンドのスクリーンショット 。 (A)イメージングの前に、 初期化 を選択して機器を準備します。画像は、[ 取得] を選択することで、選択したフォルダに自動保存できます。 自動保存先... (B)イメージングパラメータの概要。マウスを機器に配置したら、 取得を選択します。(C) イメージング中にポップアップするダイアログボックスのスクリーンショット。時点やマウス系統などの詳細をここに入力できます。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
7.データ分析
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プロトコルの概要を 図 1 に示します。変異体および非標的対照などの2つの細胞株の生存率を比較してもよいし、または1つの細胞株の生存を、薬物処理マウス対ビヒクル処理対照などの複数のマウス群で測定してもよい。 図3A は、非標的対照(左)および変異(右)細胞株を移植した3匹の8週齢の雌NOD-scidマウスを示す。マウスはまた、糖尿病を移すた?...
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T1Dは現在治療法が存在しない壊滅的な病気です。ベータ細胞補充療法は、この病気の患者に有望な治療法を提供しますが、この戦略に対する重大な障壁は、移植されたベータ細胞に対する再発性自己免疫攻撃の可能性です。免疫の可視性または感受性を低下させるためのSC-β細胞の遺伝子工学は、この問題に対する1つの潜在的な解決策です。本明細書に記載されるのは、マウスにおける自己?...
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著者は、利益相反がないことを宣言します。
このプロトコルに記載されている方法を開発したエリカ・P・カイ博士と石川祐樹博士に感謝します(参考文献11を参照)。S.K.とP.Y.の研究室での研究は、国立衛生研究所(NIH)(R01DK120445、P30DK036836)、JDRF、ハーバード幹細胞研究所、ビートソン財団からの助成金によってサポートされています。T.S.は国立糖尿病・消化器・腎臓病研究所(NIDDK)(T32 DK007260-45)のポスドクフェローシップによってサポートされ、K.B.はメアリーK.アイアコッカ財団からのフェローシップによって部分的にサポートされました。
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.05% Trypsin, 0.53 mM EDTA | Corning | 25-052-CI | |
293FT | Invitrogen | R70007 | Fast-growing, highly transfectable clonal isolate derived from human embryonal kidney cells transformed with the SV40 large T antigen |
ACK Lysing Buffer | Gibco | A10492-01 | |
Alcohol prep pads, 70% Isopropyl alcohol | Amazon/Ever Ready First Aid | B08NWF31DX | |
BD 5ml Syringe Luer-Lok Tip | BD | 309646 | |
BD PrecisionGlide Needle 26G x 5/8 (0.45 mm x 16 mm) Sub-Q | BD | 305115 | |
BD 1 mL TB Syringe Slip Tip | BD | 309659 | |
Blasticidin S HCl | Corning | 30-100-RB | |
Cell strainer premium SureStrain, 70 µm, sterile | Southern Labware | C4070 | Or use similar sterile strainer with 40-70um pore size |
CellDrop automated cell counter | Denovix | CellDrop BF-PAYG | Or use similar cell counter device |
Corning 100 mL Penicillin-Streptomycin Solution, 100x | Corning | 30-002-CI | |
Disposable Aspirating Pipets, Polystyrene, Sterile, Capacity=2 mL | VWR | 414004-265 | Or use similar aspirating pipette |
D-Luciferin, Potassium Salt , Molecular Biology Grade, Powder, >99% | Goldbio | LUCK-100 | |
DMEM, high glucose, pyruvate, no glutamine | Gibco | 10313039 | |
Falcon BD tubes, 50 mL | Fisher Scientific | 14-959-49A | |
Fetal Bovine Serum | Gibco | 10437-028 | |
Forceps premium for tissues, 1 x 2 teeth 5 in, German Steel | Fisher Scientific | 13-820-074 | |
Glucose urine test strip | California Pet Pharmacy | u-tsg100 | Or use similar test strip for glucose measurments in urine/blood |
GlutaMAX–1 (100x) | Gibco | 35050-061 | |
Infrared heating lamp | Cole Parmer | 03057-00 | Or use similar infrared lamp |
Insulin syringe 0.5 mL, U-100 29 G 0.5 in | Becton Dickinson | 309306 | |
Isoflurane, USP | Piramal Critical Care | 6679401725 | |
IVIS Spectrum in vivo imaging system | Perkin Elmer | 124262 | Instrument for non-invasively collecting bioluminescent images of transplanted cells |
Living Image Analysis Software | Perkin Elmer | 128113 | Software for collecting and quantifying bioluminescent signal |
Microcentrifuge tubes seal-rite, 1.5 mL | USA Scientific | 1615-5510 | Or use similar sterile microcentrifuge tubes |
NIT-1 | ATCC | CRL-2055 | Pancreatic beta-celll line derived from NOD/Lt mice |
NOD.Cg-Prkdcscid/J | The Jackson Laboratory | 001303 | Mice homozygous for the severe combined immune deficiency spontaneous mutation Prkdcscid, commonly referred to as scid, are characterized by an absence of functional T cells and B cells, lymphopenia, hypogammaglobulinemia, and a normal hematopoietic microenvironment. |
NOD/ShiLtJ | The Jackson Laboratory | 001976 | The NOD/ShiLtJ strain of mice (commonly called NOD) is a polygenic model for autoimmune type 1 diabetes |
PBS, pH 7.4 | Thermo Fisher Scientific | 10010031 | No calcium, no magnesium, no phenol red |
pCMV-VSV-G | Addgene | 8454 | |
pLenti-luciferase-blast | Made in-house | Plasmid available upon request | See Supplemental File 1 |
pMD2.G | Addgene | 12259 | |
pMDLg/pRRE | Addgene | 12251 | |
Polyethylenimine, Linear, MW 25,000, Transfection Grade (PEI 25K) | Fisher Scientific | NC1014320 | |
pRSV-Rev | Addgene | 12253 | |
Restrainer for rodents, broome-style round 1 in | Fisher Scientific | 01-288-32A | |
Scissors, sharp-pointed | Fisher Scientific | 08-940 | Or use other scissors made of surgical-grade stainless steel |
Tissue-culture treated culture dishes | Millipore Sigma | CLS430167-20EA | Or use other sterile cell culture-treated Petri dishes |
Tweezers/Forceps, fine precision medium tipped | Fisher Scientific | 12-000-157 |
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