著者らは、資金調達のためにアメリカ心臓協会国立科学開発グラント（10SDG2600001）、スタンフォード大学のBio-Xの学際的イニシアティブプログラム、スタンフォード医科学者の研究計画を承認したいと思います。

1。ポリマー合成<ol><li>ドラフト内で、ブタンジオールジアクリレート（C）の3,523 mgの秤量し、攪拌棒を含むガラスシンチレーションバイアルに移す。 </li><li>予熱5 - アミノ-1 - ペンタノール（32）が90°Cに塩を可溶化するために、次いでドラフト内で、1,533 mgの32を秤量し、Cを含有するシンチレーションバイアルに追加するこの方法は、モル比をもたらすであろうCの：32 = 1:1.2。 </li><li>すぐに撹拌プレート上に両方のソリューションを含むバイアルを置きます。 600 rpmで撹拌速度を設定します。 </li><li> 90℃に設定したオーブンにシンチレーションバイアルを転送4時間1,000 rpmに攪拌速度を設定します。撹拌棒が動かなくなった場合は、速度を下げる。 4時間後、下300rpmにスピードとは、別の12〜16時間90℃で維持する。 </li><li>攪拌棒を含むガラスシンチレーションバイアル中の無水テトラヒドロフラン（THF）10mlにC32の5グラムを追加します。完全に溶解するまでハイに箔と渦に包みます。 </li><li>別のガラスシンチレーションバイアルのコンタ中攪拌棒ining、Tetraethyleneglycoldiamineの10ミリ（122）を追加します。 THFを40ミリリットルを追加します。 </li><li>一緒になって、その後5分間攪拌プレート上で両方のバイアル（C32および122）を配置します。ホイルで覆い、24時間400 rpmで撹拌し、室温で残す。最終生成物を、C32-122と呼ばれている。 </li><li> C32-122の各5グラムバッチの5×50ミリリットルファルコンチューブを量る。ノートブック内の各管の質量に注意してください。 </li><li>各50mlのFalconチューブに転写無水ジエチルエーテル30mlを。 </li><li>各50ミリリットルファルコンチューブにC32-122の10ミリリットルを転送します。 </li><li>渦ファルコンチューブを激しく次いで、2分間2500rpmで遠心する。注：抽出されたポリマーは、チューブの底部に収集されます。 </li><li>上側の解決策を捨て、ステップ1.9および1.11をさらに2回繰り返します。 </li><li>一晩デシケーターや真空中で抽出されたC32-122を含む、オープンチューブを配置します。すべてのチューブは、光から保護されていることを確認してください。 </li><li>最終的な質量を決定するために、C32-122を含む全てのチューブを量るポリマーを抽出した。 </li><li> 100 mg / mlの濃度で無水DMSO中で抽出された重合体を溶解する。 </li><li>光と水分から保護し、-20℃で溶解したポリマーを保管してください。 </li></ol> 2。細胞播種<ol><li>プレコート0.1％（wt / vol）のゼラチンとT-150組織培養フラスコの底。ゼラチンは30〜45分間フラスコ内で維持する必要があります。ゼラチンコーティングはADSCの接着を支援します。 </li><li>プレコートしたT-150フラスコから吸引ゼラチン。 </li><li> 10％FBSを含有するDMEM 20mlのフラスコに、1％ペニシリン/ストレプトマイシンおよび10 ngの4×10 6のADSC（≤継代3）を追加/ mlのbFGFを。 </li><li> 37℃で、一晩で5％CO 2のインキュベーター内でのT-150フラスコに配置します。 </li><li>翌日、トランスフェクション手順を開始する。 </li></ol> 3。ナノ粒子の調製とトランスフェクション<ol><li>次の手順はあたり16.1μgのプラスミドDNAを含有するナノ粒子の製造のためのものである30:1の重量比は、プラスミド、ポリマーにおける1.0×10 6細胞。 </li><li>希プラスミドDNA（1 mg / mlの、pVEGF165、Aldevron、ND、USA）を15 50mlのFalconチューブ中の酢酸ナトリウム中で120μgの/ mlの最終濃度（25 mM）をする。 </li><li>希C32-122（100 mg / ml）を第15ミリリットルFalconチューブ中の酢酸ナトリウム（25 mM）の中で3.6 mg / mlの最終濃度。 </li><li> 10秒間、直ちに高い所にシングル15ミリリットルファルコンチューブと渦に各ファルコンチューブの中身を兼ね備えています。 </li><li>管が発生するナノ粒子形成のために10分間室温で放置します。 </li><li>インキュベートしながら、トランスフェクト1.0×10 6細胞あたり7.8ミリリットル完全補充したDMEMで、組織培養フラスコ内でメディアを交換してください。 </li><li>組織培養フラスコにナノ粒子溶液を移し、均等に分散するように前後に傾けてください。 </li><li> 4時間37℃、5％CO 2インキュベーター内で組織培養フラスコを置く。 </li><li> 2時間後、nanoparを交換DMEMでメディアを含むticle。 </li><li> 37℃、5％CO 2でさらに2時間インキュベートした後、細胞を、 インビボ注射の準備ができている。 </li></ol> 4。後肢虚血手順<ol><li>すべての実験は、スタンフォード大学の動物実験委員会のガイドラインおよび承認されたAPLACプロトコルに従って行った。後肢虚血のマウスモデルは、前述のように行われて生成する。8詳細な手順については、リファレンスを参照してください。簡単な説明を以下に提供される。 </li><li>吸入および1L /分の酸素流量で1〜3％の投薬イソフルラン麻酔下でマウスを置きます。つま先のピンチ、呼吸数の減少、および嗜眠で麻酔深度を確保する。 </li><li>腹部やシェービングクリームとマウスの両方の後肢領域から毛を削除します。 </li><li>正中線に向かって大腿内側の中心に切開を加えてから、元に脂肪パッドの上に位置を切断大腿動脈を提起する。 </li><li>遠位部位（膝に近い）と近位サイト（鼠径靭帯のすぐ遠位）：2サイトで動脈を結紮。 </li><li>ライゲーションを作成するには、静脈から動脈を分離し、動脈の周り5-0絹縫合糸を通します。ライゲーションを作るために2ノットで動脈を縛る。 </li><li> 2ライゲーション点間の動脈を削除します。 </li><li> PBSで手術領域を洗浄した後、縫合する切開を閉じた。 </li><li>麻酔は削除することができます。再覚醒するまで、マウスを暖かく保つ。術後ケアのために、2〜4 mg / kgのリドカインは、切開部位に皮下再覚醒する前に注入することができる。さらなる疼痛管理は、12および24時間後に0.05〜0.1 mg / kgのブプレノルフィンの皮下送達を含むことができる。呼吸パターン、明白な痛みや苦痛、そして皮膚の色の変化を観察することにより、7日間、一日一回のマウスの健康状態を監視します。 </li><li>レーザードップラー血流イメージングにより後肢虚血​​を確認してください。</li></ol> 5。細胞注射<ol><li>トランスフェクションされた細胞とマウスの準備が整ったら、トリプシン処理し、PBSでトランスフェクトした細胞を洗浄し、遠心分離した後、カウントされます。 </li><li> PBS中ml当たり10×10 6細胞の密度で細胞を再懸濁。 </li><li>細胞懸濁液を110μLの容量で別々のエッペンドルフチュー​​ブに分離してください。これは、各マウスは、細胞の等量を受け取ることを保証する。 </li><li>麻酔下で、各マウスを置き（2.5％イソフルラン、1L /分の酸素流量）。 </li><li>アルコール綿で注射部位を清掃してください。 </li><li> 27のGツベルクリン注射器を利用して、均質な懸濁液が得られることを確認するために注射器には、上下のセルを描画します。シリンジ内に細胞懸濁液容量を100μlを策定。 </li><li>内転筋領域に半細胞懸濁液を注入した後、ふくらはぎの筋肉領域に他の半分を注入する。注入時には、少なくとも15〜30秒のための場所に注射器を残す細胞懸濁液の漏出を防ぐ。 </li><li>動物実験のための適切なコントロールには、次のとおりです。2）細胞単独; 1）非コードプラスミド（生物学的活性を持つ例えば 、プラスミド）でトランスフェクションした細胞を、3）PBS。 </li><li>注射が完了したら、麻酔からマウスを削除し、マウスの再目覚めるまで暖かい保つ。 </li></ol> 6。生物発光画像法<ol><li>生物発光イメージング（BLI）を開始するには、前述したように、マウスを麻酔。 </li><li>アルコール綿で注射部位を清掃してください。 </li><li>利用インスリン注射器、15 mg / mlでのD-ルシフェリン（ホタルルシフェラーゼの基質）の荷重を100μl。光から基板を遠ざけること。 </li><li>腹腔内注射を行うためには、彼らの前方肌がピンと張っ引っ張って自分の背中の皮膚でマウスを押したままにします。腹腔腹部に針を挿入し、基質100μlを注入。 </li><li>麻酔下でIVISルシフェラーゼイメージングチャンバー内にマウスを置きます。 </li><lI&gt; 1.0分の露光時間で画像のマウス。パラメータを設定すると、画像を取得し始める。 </li><li>画像が取得されると、ルシフェラーゼシグナルを測定するように関心領域をマークする。この場合において、細胞注射部位に虚血肢をマーク。 </li><li>信号がピークに達し、減少し始めるまで、ルシフェラーゼシグナルごとに3〜5分を測定し続けています。これは、マウスを横切っていくつかの時間点にわたって比較のために利用される値である。 </li><li>完了すると、室及び麻酔からマウスを外します。再覚醒するまで暖かいマウスを保管してください。 </li></ol> 7。レーザードップラー灌流イメージング<ol><li>レーザードップラー灌流画像化は、以前に記載のように行われる。8手順を簡単に説明する。 </li><li>マウスによる髪へのアーティファクトを防ぐために、後肢と腹部領域の両方の上に位置する領域にきれいに剃っているあるべきイメージングドップラー前に。 </li><li>ドップラ画像に調製される場合、畝前述したように、SEに麻酔されるべきである。 </li><li>直腸温度計で体温を監視しながらホットプレート上で36℃にマウスを温める。 </li><li>非反射黒色の表面にマウスを置き、ノーズ​​コーンにより麻酔維持。マウスが均等にさらされ、その手足との背面に配置する必要があります。 </li><li>約15 CMマウスの上に、マウスの鼠径部地域に向けたセンサからレーザーポインターを向けるレーザードップラーセンサを配置します。 </li><li>マウスおよびドップラーセンサ位置にあるとき、画像は、スタートボタンを押すことによってLDPIwinソフトウェアを利用して撮影することができる。 </li><li>相対潅流測定が利益率（ROI）の領域として両方の後肢（虚血性および非虚血性）を示すことによって取ることができる。非虚血性後肢の虚血性の平均灌流の比率が相対的灌流を示します。 </li></ol> 8。組織の収穫手順<ol><li>収穫マウスTISに調製された場合組織学および/または生化学的処理のために訴訟を起こす、マウスを安楽死させなければならない。ここでは、マウスを頚椎脱臼によりマウスを安楽死して、3〜5分間、5％イソフルランに曝露することによって安楽死させている。 </li><li>後肢の遠位に腹部と近位で円周方向に後肢を取り巻く覆っている皮膚を切った。皮膚は、皮膚が足への後肢上に引き戻すことができるように、背側表面に腹側から切断される。 </li><li>肌を引き戻す際に、四肢、骨盤と大腿骨の関節で切断する鈍い切開はさみを利用することによって切断することができた。 </li><li>二つの主要な組織は、分析のために採取されています。内側転筋および腓腹筋を。 </li><li>組織学のために、凍結切片に最適な切削温度（10月）の1つまたは両方の組織を埋め込む。 </li><li>生化学分析のために、1.5mlのエッペンドルフに一方または両方の組織を収集し、少なくとも2分間液体窒素の浴中に沈める。サンプルは、することができます将来の処理のために-80℃で保存した。 </li></ol>

<ol>
	<li>Deveza, L., Choi, J., Yang, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Therapeutic+angiogenesis+for+treating+cardiovascular+diseases.">Therapeutic angiogenesis for treating cardiovascular diseases.</a> Theranostics. 2, 801-814 (2012).</li><li>Yang, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Genetic+engineering+of+human+stem+cells+for+enhanced+angiogenesis+using+biodegradable+polymeric+nanoparticles.">Genetic engineering of human stem cells for enhanced angiogenesis using biodegradable polymeric nanoparticles.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 107, 3317-3322 (2010).</li><li>Mangi, A. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mesenchymal+stem+cells+modified+with+Akt+prevent+remodeling+and+restore+performance+of+infarcted+hearts.">Mesenchymal stem cells modified with Akt prevent remodeling and restore performance of infarcted hearts.</a> Nat Med. 9, 1195-1201 (2003).</li><li>Lee, J. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhancement+of+bone+healing+based+on+ex+vivo+gene+therapy+using+human+muscle-derived+cells+expressing+bone+morphogenetic+protein+2.">Enhancement of bone healing based on ex vivo gene therapy using human muscle-derived cells expressing bone morphogenetic protein 2.</a> Hum. Gene Ther. 13, 1201-1211 (2002).</li><li>Park, K. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neural+stem+cells+may+be+uniquely+suited+for+combined+gene+therapy+and+cell+replacement:+Evidence+from+engraftment+of+Neurotrophin-3-expressing+stem+cells+in+hypoxic-ischemic+brain+injury.">Neural stem cells may be uniquely suited for combined gene therapy and cell replacement: Evidence from engraftment of Neurotrophin-3-expressing stem cells in hypoxic-ischemic brain injury.</a> Exp. Neurol. 199, 179-190 (2006).</li><li>Green, J. J., Langer, R., Anderson, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+combinatorial+polymer+library+approach+yields+insight+into+nonviral+gene+delivery.">A combinatorial polymer library approach yields insight into nonviral gene delivery.</a> Acc Chem Res. 41, 749-759 (2008).</li><li>Yang, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gene+delivery+to+human+adult+and+embryonic+cell-derived+stem+cells+using+biodegradable+nanoparticulate+polymeric+vectors.">Gene delivery to human adult and embryonic cell-derived stem cells using biodegradable nanoparticulate polymeric vectors.</a> Gene Ther. 16, 533-546 (2009).</li><li>Niiyama, H., Huang, N. F., Rollins, M. D., Cooke, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Murine+model+of+hindlimb+ischemia.">Murine model of hindlimb ischemia.</a> J. Vis. Exp. , e1035 (2009).</li><li>Ceradini, D. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Progenitor+cell+trafficking+is+regulated+by+hypoxic+gradients+through+HIF-1+induction+of+SDF-1.">Progenitor cell trafficking is regulated by hypoxic gradients through HIF-1 induction of SDF-1.</a> Nat. Med. 10, 858-864 (2004).</li><li>Kidd, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+evidence+of+mesenchymal+stem+cell+tropism+for+tumor+and+wounding+microenvironments+using+in+vivo+bioluminescent+imaging.">Direct evidence of mesenchymal stem cell tropism for tumor and wounding microenvironments using in vivo bioluminescent imaging.</a> Stem Cells. 27, 2614-2623 (2009).</li><li>Sunshine, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Small-molecule+end-groups+of+linear+polymer+determine+cell-type+gene-delivery+efficacy.">Small-molecule end-groups of linear polymer determine cell-type gene-delivery efficacy.</a> Adv. Mater. 21, 4947-4951 (2009).</li><li>Sunshine, J. C., Akanda, M. I., Li, D., Kozielski, K. L., Green, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+base+polymer+hydrophobicity+and+end-group+modification+on+polymeric+gene+delivery.">Effects of base polymer hydrophobicity and end-group modification on polymeric gene delivery.</a> Biomacromolecules. 12, 3592-3600 (2011).</li><li>Lynn, D. M., Langer, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Degradable+poly(&#946;-amino+esters):+Synthesis,+characterization,+and+self-assembly+with+plasmid+DNA.">Degradable poly(&#946;-amino esters): Synthesis, characterization, and self-assembly with plasmid DNA.</a> J. Am. Chem. Soc. 122, 10761-10768 (2000).</li><li>Eltoukhy, A. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+molecular+weight+of+amine+end-modified+poly(beta-amino+ester)s+on+gene+delivery+efficiency+and+toxicity.">Effect of molecular weight of amine end-modified poly(beta-amino ester)s on gene delivery efficiency and toxicity.</a> Biomaterials. 33, 3594-3603 (2012).</li><li>Glover, D. J., Lipps, H. J., Jans, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Towards+safe,+non-viral+therapeutic+gene+expression+in+humans.">Towards safe, non-viral therapeutic gene expression in humans.</a> Nat. Rev. Genet. 6, 299-310 (2005).</li><li>Dave, U. P., Jenkins, N. A., Copeland, N. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gene+therapy+insertional+mutagenesis+insights.">Gene therapy insertional mutagenesis insights.</a> Science. 303, 333 (2004).</li></ol>

著者は、彼らが競合する経済的利益を持っていないことを宣言します。

ここでは、非ウイルス性、生分解性ナノ粒子を用いた治療因子を過剰発現する成体幹細胞をプログラムする方法を報告している。このプラットフォームは、例えば、虚血および癌などの、ここで幹細胞が自然に自宅できる疾患を治療するために特に有用である。9-10さらに、非ウイルス遺伝子送達プラットフォームは、ほとんどの組織再生および創傷に適した、治療因子の一過性過剰?...

この技術の全体的な目標は、虚血の部位で治療因子を過剰発現する非ウイルスプログラムされた幹細胞を用いた治療的血管新生を促進することである。幹細胞は、実験室で合成された生分解性ナノ粒子を用いてex vivoで最初に修飾し、次いで血管形成および組織サルベージを高めるためのその可能性を検証するために、後肢虚血のマウスモデルに移植した。 制御された血管増殖に成功した重要な組織再生の成分、ならびに卒中、四肢虚血、および心筋梗塞のような種々の虚血性疾患を治療するためのものである。いくつかの戦略は、成長因子の送達および細胞ベースの治療を含む血管の成長を促進するために開発されてきた。1動物疾患モデルにおいて観察された効力にもかかわらず、これらの方法は未だに不十分な成長因子の送達のための超生理学的用量の必要性などの制約に直面し、又はパラクリン細胞のみでリリースする。上記の制限を克服するための1つの潜在的な戦略は、幹細胞療法及び幹細胞が遺伝的に望ましい治療因子を過剰発現するようにex vivoで移植前にプログラムされることにより、遺伝子治療を組み合わせることである。このアプローチは、 等後肢虚血2、心疾患3、骨治癒4および神経損傷5を含む種々の疾患モデルで実証されている。しかし、ほとんどの遺伝子治療技術は、このような潜在的な免疫原性および挿入突然変異のような安全性の懸念に関連しているウイルスベクターに依存している。非ウイルス遺伝子送達媒介される生体材料は、これらの制限を克服するが、多くの場合、低いトランスフェクション効率に悩まされる可能性がある。効率的な非ウイルス性遺伝子送達のための新規な生体材料の発見を加速するために、最近の研究は、コンビナトリアルケミストリーおよびハイスループットスクリーニングアプローチを採用している。このようなポリ（β-アミノESとして生分解性ポリマーのライブラリTERS）（PBAE）は、従来の高分子のベクトルの対応に比べて格段に強化されたトランスフェクション効率を持つ大手ポリマーの発見につながっている、開発され、上映されている。6-7 ここで、我々は、後肢虚血のマウスモデルにおいて血管内皮増殖因子（VEGF）を過剰発現する遺伝子改変されたADSCのその後の移植に続いて、PBAEの合成およびインビトロで脂肪由来幹細胞（ADSCを）をトランスフェクトする能力の検証を記載。成果は、生物発光イメージングを用いて細胞の運命を追跡するレーザードップラー灌流画像（LDPI）を用いて、組織灌流を評価し、組織学により、血管新生および組織サルベージを決定することによって評価した。

<table border="1">
	<tbody>
		<tr>
			<td>
				Name of the Reagent</td>
			<td>
				Company</td>
			<td>
				Catalogue Number</td>
			<td>
				Comments (optional)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>
				DMEM</td>
			<td>
				Invitrogen</td>
			<td>
				11965</td>
			<td>
				&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>
				Fetal Bovine Serum</td>
			<td>
				Invitrogen</td>
			<td>
				10082</td>
			<td>
				&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>
				Penicillin/Streptomycin</td>
			<td>
				Invitrogen</td>
			<td>
				15070</td>
			<td>
				&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>
				Basic Fibroblast Growth Factor</td>
			<td>
				Peprotech</td>
			<td>
				100-18B</td>
			<td>
				&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>
				1,4-Butanediol Diacrylate (90%)</td>
			<td>
				Sigma Aldrich</td>
			<td>
				411744</td>
			<td>
				Acronym: C</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>
				5-amino-1-pentanol (97%)</td>
			<td>
				Alfa Aesar</td>
			<td>
				2508-29-4</td>
			<td>
				Acronym: 32</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>
				Tetraethyleneglycoldiamine &gt;99%)</td>
			<td>
				Molecular Biosciences</td>
			<td>
				17774</td>
			<td>
				Acronym: 122</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>
				Sodium Acetate</td>
			<td>
				G-Biosciences</td>
			<td>
				R010</td>
			<td>
				&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>
				Phosphate Buffered Saline</td>
			<td>
				Invitrogen</td>
			<td>
				14190-144</td>
			<td>
				&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>
				Tetrahyofuran Anhydrous (&gt;99.9%)</td>
			<td>
				Sigma Aldrich</td>
			<td>
				401757</td>
			<td>
				&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>
				Diethyl Ether Anhydrous (&gt;99%)</td>
			<td>
				Fisher Scientific</td>
			<td>
				E138-4</td>
			<td>
				&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>
				DMSO Anhydrous (&gt;99.9%)</td>
			<td>
				Sigma Aldrich</td>
			<td>
				276855</td>
			<td>
				&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>
				Gelatin</td>
			<td>
				Sigma Aldrich</td>
			<td>
				G9391</td>
			<td>
				&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>
				Trypsin-EDTA</td>
			<td>
				Invitrogen</td>
			<td>
				25200</td>
			<td>
				&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>
				D-luciferin</td>
			<td>
				GoldBio</td>
			<td>
				&nbsp;</td>
			<td>
				&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>
				Optimal Cutting Temperature (O.C.T)</td>
			<td>
				Tissue-Tek</td>
			<td>
				4583</td>
			<td>
				&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>
				Rat anti-Mouse CD31</td>
			<td>
				BD Pharmingen</td>
			<td>
				550274</td>
			<td>
				&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>
				Alexa Fluor 594 anti-rat IgG</td>
			<td>
				Invitrogen</td>
			<td>
				A11007</td>
			<td>
				&nbsp;</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

	&nbsp;

programming stem cells for therapeutic angiogenesis using biodegradable polymeric nanoparticles

制御された血管増殖は、正常組織再生および創傷治癒、ならびに、例えば、脳卒中、心臓発作、または末梢動脈疾患などの虚血性疾患を治療するために重要である。血管新生増殖因子の直接送達は、新たな血管の成長を刺激する潜在能力を有するが、しばしば、標的化および生体内での半減期が短いの欠如などの制限に関連付けられる。遺伝子治療は、血管新生因子をコードする遺伝子を提供することにより、別のアプローチを提供するが、多くの場合、ウイルスを用いる必要があり、安全上の懸念によって制限される。ここでは、生分解性高分子ナノ粒子を用いてin situ での血管新生因子を過剰発現するようにプログラミング幹細胞によって血管成長を刺激するために最近開発された戦略を記載している。具体的には我々の戦略は、 インビボにおける虚血組織に向かって移動する能力を利用することにより、送達ビヒクルとしての幹細胞を利用した。最適化された高分子のベクターを用いて、脂肪由来幹細胞は、血管内皮増殖因子（VEGF）をコードする遺伝子、血管新生を過剰発現するように改変した。我々は、ポリマー合成、ナノ粒子形成、 インビトロで幹細胞をトランスフェクトするだけでなく、マウスの後肢虚血モデルにおける血管新生を促進するVEGFを発現する幹細胞の有効性を検証するための方法のためのプロセスを説明した。

一緒に混合すると、正に帯電したポリマー（C32-122）及び負に荷電したDNAプラスミド自己集合ナノ粒子に変換する。 C32-122とプラスミドDNAとの間の複合体形成は、電気泳動中にDNAの動員を防止する、すなわち 、ナノ粒子の形成は、電気泳動分析を通じて確認することができる。ポリマーは、標的細胞へのDNAの増強された取り込みおよびコードするタンパク質のその後の発現（ 図2?...

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Programming Stem Cells for Therapeutic Angiogenesis Using Biodegradable Polymeric Nanoparticles

我々は、生分解性高分子ナノ粒子を用いて、血管新生のための治療因子を過剰発現するためのプログラミング幹細胞の方法を記載している。記載された方法は、 インビトロで脂肪由来幹細胞をトランスフェクトし、マウス後肢虚血モデルにおける血管新生を促進するためにプログラムされた幹細胞の有効性を検証する、ポリマー合成が挙げられる。

生分解性ポリマーナノ粒子を用いた治療的血管形成のためのプログラミング幹細胞

Controlled vascular growth is critical for successful tissue regeneration and wound healing, as well as for treating ischemic diseases such as stroke, ...

programming-stem-cells-for-therapeutic-angiogenesis-using

Research

JoVE Journal

Bioengineering

11.0K ビュー.  Stanford University. 我々は、生分解性高分子ナノ粒子を用いて、血管新生のための治療因子を過剰発現するためのプログラミング幹細胞の方法を記載している。記載された方法は、 インビトロで脂肪由来幹細胞をトランスフェクトし、マウス後肢虚血モデルにおける血管新生を促進するためにプログラムされた幹細胞の有効性を検証する、ポリマー合成が挙げられる?...

ビデオ: Programming Stem Cells for Therapeutic Angiogenesis Using Biodegradable Polymeric Nanoparticles

Formulation of Diblock Polymeric Nanoparticles through Nanoprecipitation Technique

Nanotechnology is a relatively new branch of science that involves harnessing the unique properties of particles that are nanometers in scale (nanoparticles). Nanoparticles can be engineered in a precise fashion where their size, composition and surface chemistry can be carefully controlled. This enables unprecedented freedom to modify some of the fundamental properties of their cargo, such as solubility, diffusivity, biodistribution, release characteristics and immunogenicity. Since their inception, nanoparticles have been utilized in many areas of science and medicine, including drug delivery, imaging, and cell biology1-4. However, it has not been fully utilized outside of "nanotechnology laboratories" due to perceived technical barrier. In this article, we describe a simple method to synthesize a polymer based nanoparticle platform that has a wide range of potential applications. 
The first step is to synthesize a diblock co-polymer that has both a hydrophobic domain and hydrophilic domain. Using PLGA and PEG as model polymers, we described a conjugation reaction using EDC/NHS chemistry5 (Fig 1). We also discuss the polymer purification process. The synthesized diblock co-polymer can self-assemble into nanoparticles in the nanoprecipitation process through hydrophobic-hydrophilic interactions.
The described polymer nanoparticle is very versatile. The hydrophobic core of the nanoparticle can be utilized to carry poorly soluble drugs for drug delivery experiments6. Furthermore, the nanoparticles can overcome the problem of toxic solvents for poorly soluble molecular biology reagents, such as wortmannin, which requires a solvent like DMSO. However, DMSO can be toxic to cells and interfere with the experiment. These poorly soluble drugs and reagents can be effectively delivered using polymer nanoparticles with minimal toxicity. Polymer nanoparticles can also be loaded with fluorescent dye and utilized for intracellular trafficking studies. Lastly, these polymer nanoparticles can be conjugated to targeting ligands through surface PEG. Such targeted nanoparticles can be utilized to label specific epitopes on or in cells7-10.

This article describes a nanoprecipitation method to synthesize polymer-based nanoparticles using diblock co-polymers. We will discuss the synthesis of diblock co-polymers, the nanoprecipitation technique, and potential applications.

ナノ析出法を通じて、ジブロック高分子ナノ粒子の製剤

Nanotechnology is a relatively new branch of science that involves harnessing the unique properties of particles that are nanometers in scale ...

生物工学

Therapeutic Gene Delivery and Transfection in Human Pancreatic Cancer Cells using Epidermal Growth Factor Receptor-targeted Gelatin Nanoparticles

More than 32,000 patients are diagnosed with pancreatic cancer in the United States per year and the disease is associated with very high mortality 1. Urgent need exists to develop novel clinically-translatable therapeutic strategies that can improve on the dismal survival statistics of pancreatic cancer patients. Although gene therapy in cancer has shown a tremendous promise, the major challenge is in the development of safe and effective delivery system, which can lead to sustained transgene expression. 
Gelatin is one of the most versatile natural biopolymer, widely used in food and pharmaceutical products. Previous studies from our laboratory have shown that type B gelatin could physical encapsulate DNA, which preserved the supercoiled structure of the plasmid and improved transfection efficiency upon intracellular delivery. By thiolation of gelatin, the sulfhydryl groups could be introduced into the polymer and would form disulfide bond within nanoparticles, which stabilizes the whole complex and once disulfide bond is broken due to the presence of glutathione in cytosol, payload would be released 2-5. Poly(ethylene glycol) (PEG)-modified GENS, when administered into the systemic circulation, provides long-circulation times and preferentially targets to the tumor mass due to the hyper-permeability of the neovasculature by the enhanced permeability and retention effect 6. Studies have shown over-expression of the epidermal growth factor receptor (EGFR) on Panc-1 human pancreatic adenocarcinoma cells 7. In order to actively target pancreatic cancer cell line, EGFR specific peptide was conjugated on the particle surface through a PEG spacer.8
Most anti-tumor gene therapies are focused on administration of the tumor suppressor genes, such as wild-type p53 (wt-p53), to restore the pro-apoptotic function in the cells 9. The p53 mechanism functions as a critical signaling pathway in cell growth, which regulates apoptosis, cell cycle arrest, metabolism and other processes 10. In pancreatic cancer, most cells have mutations in p53 protein, causing the loss of apoptotic activity. With the introduction of wt-p53, the apoptosis could be repaired and further triggers cell death in cancer cells 11. 
Based on the above rationale, we have designed EGFR targeting peptide-modified thiolated gelatin nanoparticles for wt-p53 gene delivery and evaluated delivery efficiency and transfection in Panc-1 cells.

Type B gelatin-based engineered nanovectors system (GENS) was developed for systemic gene delivery and transfection in the treatment of pancreatic cancer. By modification with epidermal growth factor receptor (EGFR) specific peptide on the surface of nanparticles, they could target on EGFR receptor and release plasmid under reducing environment, such as high intracellular glutathione concentrations.

上皮成長因子受容体をターゲットとしたゼラチンベースのエンジニアNanovectorsを使用してヒト膵臓癌細胞における遺伝子デリバリーとトランスフェクション

More than 32,000 patients are diagnosed with pancreatic cancer in the United States per year and the disease is associated with very high mortality 1. ...

Evaluation of Polymeric Gene Delivery Nanoparticles by Nanoparticle Tracking Analysis and High-throughput Flow Cytometry

Non-viral gene delivery using polymeric nanoparticles has emerged as an attractive approach for gene therapy to treat genetic diseases1 and as a technology for regenerative medicine2. Unlike viruses, which have significant safety issues, polymeric nanoparticles can be designed to be non-toxic, non-immunogenic, non-mutagenic, easier to synthesize, chemically versatile, capable of carrying larger nucleic acid cargo and biodegradable and/or environmentally responsive. Cationic polymers self-assemble with negatively charged DNA via electrostatic interaction to form complexes on the order of 100 nm that are commonly termed polymeric nanoparticles. Examples of biomaterials used to form nanoscale polycationic gene delivery nanoparticles include polylysine, polyphosphoesters, poly(amidoamines)s and polyethylenimine (PEI), which is a non-degradable off-the-shelf cationic polymer commonly used for nucleic acid delivery1,3 . Poly(beta-amino ester)s (PBAEs) are a newer class of cationic polymers4 that are hydrolytically degradable5,6 and have been shown to be effective at gene delivery to hard-to-transfect cell types such as human retinal endothelial cells (HRECs)7, mouse mammary epithelial cells8, human brain cancer cells9 and macrovascular (human umbilical vein, HUVECs) endothelial cells10.
A new protocol to characterize polymeric nanoparticles utilizing nanoparticle tracking analysis (NTA) is described. In this approach, both the particle size distribution and the distribution of the number of plasmids per particle are obtained11. In addition, a high-throughput 96-well plate transfection assay for rapid screening of the transfection efficacy of polymeric nanoparticles is presented. In this protocol, poly(beta-amino ester)s (PBAEs) are used as model polymers and human retinal endothelial cells (HRECs) are used as model human cells. This protocol can be easily adapted to evaluate any polymeric nanoparticle and any cell type of interest in a multi-well plate format.

A protocol for nanoparticle tracking analysis (NTA) and high-throughput flow cytometry to evaluate polymeric gene delivery nanoparticles is described. NTA is utilized to characterize the nanoparticle particle size distribution and the plasmid per particle distribution. High-throughput flow cytometry enables quantitative transfection efficacy evaluation for a library of gene delivery biomaterials.

ナノ粒子トラッキング分析とハイスループットフローサイトメトリーによる高分子遺伝子デリバリーナノ粒子の評価

Non-viral gene delivery using polymeric nanoparticles has emerged as an attractive approach for gene therapy to treat genetic diseases1 and as a ...

Transplantation of Induced Pluripotent Stem Cell-derived Mesoangioblast-like Myogenic Progenitors in Mouse Models of Muscle Regeneration

Patient-derived iPSCs could be an invaluable source of cells for future autologous cell therapy protocols. iPSC-derived myogenic stem/progenitor cells similar to pericyte-derived mesoangioblasts (iPSC-derived mesoangioblast-like stem/progenitor cells: IDEMs) can be established from iPSCs generated from patients affected by different forms of muscular dystrophy. Patient-specific IDEMs can be genetically corrected with different strategies (e.g. lentiviral vectors, human artificial chromosomes) and enhanced in their myogenic differentiation potential upon overexpression of the myogenesis regulator MyoD. This myogenic potential is then assessed in vitro with specific differentiation assays and analyzed by immunofluorescence. The regenerative potential of IDEMs is further evaluated in vivo, upon intramuscular and intra-arterial transplantation in two representative mouse models displaying acute and chronic muscle regeneration. The contribution of IDEMs to the host skeletal muscle is then confirmed by different functional tests in transplanted mice. In particular, the amelioration of the motor capacity of the animals is studied with treadmill tests. Cell engraftment and differentiation are then assessed by a number of histological and immunofluorescence assays on transplanted muscles. Overall, this paper describes the assays and tools currently utilized to evaluate the differentiation capacity of IDEMs, focusing on the transplantation methods and subsequent outcome measures to analyze the efficacy of cell transplantation.

Induced pluripotent stem cell (iPSC)-derived myogenic progenitors are promising candidates for cell therapy strategies to treat muscular dystrophies. This protocol describes transplantation and functional measurements required to evaluate the engraftment and differentiation of iPSC-derived mesoangioblasts (a type of muscle progenitors) in mouse models of acute and chronic muscle regeneration.

筋肉再生のマウスモデルにおける誘導多能性幹細胞由来メソアンジオ芽細胞様筋原性前駆細胞の移植

Patient-derived iPSCs could be an invaluable source of cells for future autologous cell therapy protocols. iPSC-derived myogenic stem/progenitor cells ...

Ordering Single Cells and Single Embryos in 3D Confinement: A New Device for High Content Screening

Biological cells are usually observed on flat (2D) surfaces. This condition is not physiological, and phenotypes and shapes are highly variable. Screening based on cells in such environments have therefore serious limitations: cell organelles show extreme phenotypes, cell morphologies and sizes are heterogeneous and/or specific cell organelles cannot be properly visualized. In addition, cells in vivo are located in a 3D environment; in this situation, cells show different phenotypes mainly because of their interaction with the surrounding extracellular matrix of the tissue. In order to standardize and generate order of single cells in a physiologically-relevant 3D environment for cell-based assays, we report here the microfabrication and applications of a device for in vitro 3D cell culture. This device consists of a 2D array of microcavities (typically 105 cavities/cm2), each filled with single cells or embryos. Cell position, shape, polarity and internal cell organization become then normalized showing a 3D architecture. We used replica molding to pattern an array of microcavities, &#8216;eggcups&#8217;, onto a thin polydimethylsiloxane (PDMS) layer adhered on a coverslip. Cavities were covered with fibronectin to facilitate adhesion. Cells were inserted by centrifugation. Filling percentage was optimized for each system allowing up to 80%. Cells and embryos viability was confirmed. We applied this methodology for the visualization of cellular organelles, such as nucleus and Golgi apparatus, and to study active processes, such as the closure of the cytokinetic ring during cell mitosis. This device allowed the identification of new features, such as periodic accumulations and inhomogeneities of myosin and actin during the cytokinetic ring closure and compacted phenotypes for Golgi and nucleus alignment. We characterized the method for mammalian cells, fission yeast, budding yeast, C. elegans with specific adaptation in each case. Finally, the characteristics of this device make it particularly interesting for drug screening assays and personalized medicine.

We report a device and a new method to study cells and embryos. Single cells are precisely ordered in microcavity arrays. Their 3D confinement is a step towards 3D environments encountered in physiological conditions and allows organelle orientation. By controlling cell shape, this setup minimizes variability reported in standard assays.

シングルセルおよび3D閉じ込めにおける単一胚を注文：ハイコンテントスクリーニングのための新しいデバイスを

Biological cells are usually observed on flat (2D) surfaces. This condition is not physiological, and phenotypes and shapes are highly variable. Screening ...

Polymeric Microneedle Array Fabrication by Photolithography

This manuscript describes the fabrication of polymeric microneedle (MN) arrays by photolithography. It involves a simple mold-free process by using a photomask consisting of embedded micro-lenses. Embedded micro-lenses were found to influence MN geometry (sharpness). Robust MN arrays with tip diameters ranging between 41.5 &#181;m &#177; 8.4 &#181;m and 71.6 &#181;m &#177; 13.7 &#181;m, with two different lengths (1,336 &#181;m &#177; 193 &#181;m and 957 &#181;m &#177; 171 &#181;m) were fabricated. These MN arrays may provide potential applications in delivery of low molecular and macromolecular therapeutic agents through skin.

Here, we present a protocol describing a mold-free fabrication process of the polymeric microneedles by photolithography.

フォトリソグラフィ法により高分子マイクロニードルアレイの作製

This manuscript describes the fabrication of polymeric microneedle (MN) arrays by photolithography. It involves a simple mold-free process by using a ...

Fabricating Superhydrophobic Polymeric Materials for Biomedical Applications

Superhydrophobic materials, with surfaces possessing permanent or metastable non-wetted states, are of interest for a number of biomedical and industrial applications. Here we describe how electrospinning or electrospraying a polymer mixture containing a biodegradable, biocompatible aliphatic polyester (e.g., polycaprolactone and poly(lactide-co-glycolide)), as the major component, doped with a hydrophobic copolymer composed of the polyester and a stearate-modified poly(glycerol carbonate) affords a superhydrophobic biomaterial. The fabrication techniques of electrospinning or electrospraying provide the enhanced surface roughness and porosity on and within the fibers or the particles, respectively. The use of a low surface energy copolymer dopant that blends with the polyester and can be stably electrospun or electrosprayed affords these superhydrophobic materials. Important parameters such as fiber size, copolymer dopant composition and/or concentration, and their effects on wettability are discussed. This combination of polymer chemistry and process engineering affords a versatile approach to develop application-specific materials using scalable techniques, which are likely generalizable to a wider class of polymers for a variety of applications.

Two- and three-dimensional superhydrophobic polymeric materials are prepared by electrospinning or electrospraying biodegradable polymers blended with a lower surface energy polymer of similar composition.

バイオメディカル応用のための超疎水性高分子材料を製造します

Superhydrophobic materials, with surfaces possessing permanent or metastable non-wetted states, are of interest for a number of biomedical and industrial ...

Multicolor Fluorescence Detection for Droplet Microfluidics Using Optical Fibers

Fluorescence assays are the most common readouts used in droplet microfluidics due to their bright signals and fast time response. Applications such as multiplex assays, enzyme evolution, and molecular biology enhanced cell sorting require the detection of two or more colors of fluorescence. Standard multicolor detection systems that couple free space lasers to epifluorescence microscopes are bulky, expensive, and difficult to maintain. In this paper, we describe a scheme to perform multicolor detection by exciting discrete regions of a microfluidic channel with lasers coupled to optical fibers. Emitted light is collected by an optical fiber coupled to a single photodetector. Because the excitation occurs at different spatial locations, the identity of emitted light can be encoded as a temporal shift, eliminating the need for more complicated light filtering schemes. The system has been used to detect droplet populations containing four unique combinations of dyes and to detect sub-nanomolar concentrations of fluorescein.

Multicolor fluorescence detection in droplet microfluidics typically involves bulky and complex epifluorescence microscope-based detection systems. Here we describe a compact and modular multicolor detection scheme that utilizes an array of optical fibers to temporally encode multicolor data collected by a single photodetector.

光ファイバを用いて、液滴マイクロフルイディクスのための多色蛍光検出

Fluorescence assays are the most common readouts used in droplet microfluidics due to their bright signals and fast time response. Applications such as ...

Flash NanoPrecipitation for the Encapsulation of Hydrophobic and Hydrophilic Compounds in Polymeric Nanoparticles

The formulation of a therapeutic compound into nanoparticles (NPs) can impart unique properties. For poorly water-soluble drugs, NP formulations can improve bioavailability and modify drug distribution within the body. For hydrophilic drugs like peptides or proteins, encapsulation within NPs can also provide protection from natural clearance mechanisms. There are few techniques for the production of polymeric NPs that are scalable. Flash NanoPrecipitation (FNP) is a process that uses engineered mixing geometries to produce NPs with narrow size distributions and tunable sizes between 30 and 400 nm. This protocol provides instructions on the laboratory-scale production of core-shell polymeric nanoparticles of a target size using FNP. The protocol can be implemented to encapsulate either hydrophilic or hydrophobic compounds with only minor modifications. The technique can be readily employed in the laboratory at milligram scale to screen formulations. Lead hits can directly be scaled up to gram- and kilogram-scale. As a continuous process, scale-up involves longer mixing process run time rather than translation to new process vessels. NPs produced by FNP are highly loaded with therapeutic, feature a dense stabilizing polymer brush, and have a size reproducibility of &#177; 6%.

Flash NanoPrecipitation (FNP) is a scalable approach to produce polymeric core-shell nanoparticles. Lab-scale formulations for the encapsulation of hydrophobic or hydrophilic therapeutics are described.

高分子ナノ粒子の疎水性および親水性化合物のカプセル化のため NanoPrecipitation をフラッシュします。

The formulation of a therapeutic compound into nanoparticles (NPs) can impart unique properties. For poorly water-soluble drugs, NP formulations can ...

Uptake of New Lipid-coated Nanoparticles Containing Falcarindiol by Human Mesenchymal Stem Cells

Nanoparticles are the focus of an increased interest in drug delivery systems for cancer therapy. Lipid-coated nanoparticles are inspired in structure and size by low-density lipoproteins (LDLs) because cancer cells have an increased need for cholesterol to proliferate, and this has been exploited as a mechanism for delivering anticancer drugs to cancer cells. Moreover, depending on drug chemistry, encapsulating the drug can be advantageous to avoid degradation of the drug during circulation in vivo. Therefore, in this&#160;study, this design is used to fabricate lipid-coated nanoparticles of the anticancer drug falcarindiol, providing a potential new delivery system of falcarindiol in order to stabilize its chemical structure against degradation and improve its uptake by tumors. Falcarindiol nanoparticles, with a phospholipid and cholesterol monolayer encapsulating the purified drug core of the particle, were designed. The lipid monolayer coating consists of 1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DSPC), cholesterol (Chol), and 1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine-N-[methoxy(polyethylene glycol)-2000] (DSPE PEG 2000) along with the fluorescent label DiI (molar ratios of 43:50:5:2). The nanoparticles are fabricated using the rapid injection method, which is a fast and simple technique to precipitate nanoparticles by good-solvent for anti-solvent exchange. It consists of a rapid injection of an ethanol solution containing the nanoparticle components into an aqueous phase. The size of the fluorescent nanoparticles is measured using dynamic light scattering (DLS) at 74.1 &#177; 6.7 nm. The uptake of the nanoparticles is tested in human mesenchymal stem cells (hMSCs) and imaged using fluorescence and confocal microscopy. The uptake of the nanoparticles is observed in hMSCs, suggesting the potential for such a stable drug delivery system for falcarindiol.

This article describes the encapsulation of falcarindiol in lipid-coated 74 nm nanoparticles. The cellular uptake of the nanoparticles&#160;by human stem cells into lipid droplets is monitored by fluorescent and confocal imaging. Nanoparticles are fabricated by the rapid injection method of solvent shifting, and their size is measured with the dynamic light scattering technique.

ヒト間葉系幹細胞によって Falcarindiol を含む新しい脂質被覆ナノ粒子の取り込み

Nanoparticles are the focus of an increased interest in drug delivery systems for cancer therapy. Lipid-coated nanoparticles are inspired in structure and ...