Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
* Эти авторы внесли равный вклад
Описан подробный протокол подготовки посткриоконсервированных клеток-предшественников фоторецепторов hESC и субретинальной доставки этих клеток у мышей rd10 .
Регенерация фоторецепторных клеток с помощью плюрипотентных стволовых клеток человека является перспективной терапией для лечения как наследственных, так и возрастных заболеваний сетчатки на поздних стадиях. Мы показали, что человеческий рекомбинантный матрица изоформы ламинина, специфичная для сетчатки, способна поддерживать дифференцировку эмбриональных стволовых клеток человека (чЭСК) в прогениторы фоторецепторов. Кроме того, субретинальная инъекция этих клеток также показала частичное восстановление на моделях грызунов и кроликов rd10 . Субретинальная инъекция, как известно, является признанным методом, который используется для доставки фармацевтических соединений в фоторецепторные клетки и слой пигментного эпителия сетчатки (RPE) глаза из-за его близости к целевому пространству. Он также используется для доставки аденоассоциированных вирусных векторов в субретинальное пространство для лечения заболеваний сетчатки. Субретинальная доставка фармацевтических соединений и клеток в мышиной модели затруднена из-за ограничений в размере мышиного глазного яблока. В этом протоколе подробно описана процедура подготовки клеток-предшественников фоторецепторов, полученных из hESC, для инъекции и методика субретинальной доставки этих клеток у мышей с мутацией генетического пигментного ретинита, rd10 . Такой подход позволяет проводить клеточную терапию в целевой области, в частности во внешнем ядерном слое сетчатки, где происходят заболевания, приводящие к дегенерации фоторецепторов.
Наследственные заболевания сетчатки и возрастная макулярная дегенерация приводят к потере фоторецепторных клеток и, в конечном итоге, к слепоте. Фоторецептор сетчатки представляет собой наружный сегментный слой сетчатки, состоящий из специализированных клеток, ответственных за фототрансдукцию (т.е. преобразование света в нейронные сигналы). Палочковидные и колбочковые фоторецепторные клетки примыкают к пигментному слою сетчатки (РПЭ)1. Заместительная терапия фоторецепторными клетками для компенсации потери клеток является новым и развивающимся терапевтическим подходом. Для восстановления поврежденных фоторецепторных клеток использовали эмбриональные стволовые клетки (ЭСК)2,3,4, индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК), полученные из РПЭ, и клетки-предшественники сетчатки (РПК)4,5,6,7,8. Субретинальное пространство, ограниченное пространство между сетчаткой и РПЭ, является привлекательным местом для депонирования этих клеток для замены поврежденных фоторецепторных клеток, РПЭ и клеток Мюллера из-за его близости 9,10,11.
Генная и клеточная терапия использует субретинальное пространство для регенеративной медицины при различных заболеваниях сетчатки в доклинических исследованиях. Это включает в себя доставку функциональных копий гена или инструментов редактирования генов в форме антисмысловой олигонуклеотидной терапии12,13 или CRISPR/Cas9 или редактирования оснований с помощью стратегии 14,15,16, основанной на аденоассоциированном вирусе (AAV), имплантацию материалов (например, листа RPE, протезирования сетчатки 17,18,19) и дифференцированных органоидов сетчатки, полученных из стволовых клеток 20,21,22 для лечения заболеваний сетчатки и РПЭ. Клинические исследования с использованием hESC-RPE31 в субретинальном пространстве для лечения врожденного амавроза Лебера, ассоциированного с RPE65 (LCA)23,24, CNGA3-ассоциированной ахроматопсии25, MERTK-ассоциированного пигментного ретинита26, хороидеремии 27,28,29,30 доказали свою эффективность. Прямое введение клеток в окрестности поврежденного участка значительно повышает вероятность заселения клеток в соответствующей области, синаптической интеграции и, в конечном итоге, улучшения зрения.
Несмотря на то, что субретинальная инъекция в моделях человека и большеглазых животных (т.е. свиньи 32,33,34,35, кролика 36,37,38,39,40 и нечеловекообразного примата 41,42,43) была установлена, такая инъекция в мышиной модели все еще является сложной задачей из-за ограниченного размера глазного яблока и огромных размеров линза, занимающая глаз мыши 44,45,46. Тем не менее, генетически модифицированные модели легко доступны только для мелких животных, а не для крупных животных (т.е. кроликов и нечеловекообразных приматов), поэтому субретинальная инъекция мышам привлекает внимание к исследованию новых терапевтических подходов к генетическим заболеваниям сетчатки. Для доставки клеток или AAV в субретинальное пространство используются три основных подхода, а именно трансроговичный путь, транссклеральный путь и pars plana (см. рис. 2). Трансроговичный и транссклеральный пути связаны с образованием катаракты, синехий, хориоидейальных кровотечений и рефлюкса из места инъекции 11,44,45,47,48,49. Мы приняли подход pars plana в качестве прямой визуализации процесса инъекции, и место инъекции может быть достигнуто в режиме реального времени под микроскопом.
Недавно мы описали метод, который может дифференцировать человеческие эмбриональные стволовые клетки (чЭСК) в фоторецепторы-предшественники в ксеносвободных, химически определенных условиях с использованием рекомбинантной изоформы ламинина LN523, специфичной для сетчатки человека. Поскольку было обнаружено, что LN523 присутствует в сетчатке, мы предположили, что ниша внеклеточного матрикса сетчатки человека может быть рекапитулирована in vitro и тем самым поддерживать дифференцировку фоторецепторов от чЭСК36. Одноклеточный транскриптомный анализ показал, что предшественники фоторецепторов, совместно экспрессирующие конусно-палочковый гомеобокс и рекремен, генерировались через 32 дня. Модель мутантной мыши с дегенерацией сетчатки 10 (rd10), которая имитирует пигментный аутосомный ретинит человека, была использована для оценки эффективности фоторецепторов-предшественников in vivo на 32-й день hESC. Клетки-предшественники фоторецепторов, полученные из hESC, были введены в субретинальное пространство мышей rd10 на P20, где продолжается дисфункция и дегенерация фоторецептора36. В данной статье мы опишем подробный протокол подготовки посткриоконсервированных фоторецепторов-предшественников hESC и их доставки в субретинальное пространство мышей rd10 . Этот метод также может быть использован для введения AAV, клеточных суспензий, пептидов или химических веществ в субретинальное пространство у мышей.
Эксперименты in vivo проводились в соответствии с руководящими принципами и протоколом, утвержденными Комитетом по уходу и использованию животных SingHealth (IACUC) и Заявлением Ассоциации исследований в области зрения и офтальмологии (ARVO) для использования животных в офтальмологических исследованиях и исследованиях зрения. Иммунная супрессия щенков проводилась с P17 (до трансплантации) до P30 (после трансплантации) путем кормления их питьевой водой, содержащей циклоспорин (260 г/л).
1. Подготовка фоторецепторов-предшественников на 32-й день после криоконсервации
2. Субретинальная доставка чЭСК у мышей rd10
Стеклянный шприц объемом 10 мкл был собран в соответствии с инструкциями производителя (рис. 1), а тупая игла, используемая для подачи клеточной суспензии/среды, показана на рисунке 1B. Различные подходы к субретинальной инъекции проиллюстрированы на
Субретинальная инъекция была использована для трансплантации клеточной суспензии для лечения РПЭ и заболеваний сетчатки 23,25,26,27,28,31,40. Этот подход очень важен ...
Хви Гун Тай является соучредителем компании Alder Therapeutics AB. Другие авторы заявляют об отсутствии конкурирующих интересов.
Мы благодарим Вэй Шэн Тана, Луанн Чан, Сюэ Йена, Синьи Ли и Инин Чунг за оказанную техническую помощь в подготовке фоторецепторов-предшественников на 32-й день после криоконсервации. Эта работа была частично поддержана грантами Национального совета по медицинским исследованиям (NMRC/OFYIRG/0042/2017) и грантом24-й конкурсной исследовательской программы Национального исследовательского фонда (CRP24-2020-0083) для H.G.T.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.3% Tobramycin | Novartis | NDC 0078-0813-01 | Tobrex (3.5 g) |
0.3% Tobramycin and 0.1% Dexamethasone | Novartis | NDC 0078-0876-01 | Tobradex (3.5 g) |
0.5% Proparacaine hydrochloride | Alcon | NDC 0998-0016-15 | 0.5% Alcaine (15 mL) |
1 mL Tuberculin syringe | Turemo | SS01T2713 | |
1% Tropicamide | Alcon | NDC 0998-0355-15 | 1% Mydriacyl (15 mL) |
2.5% Phenylephrine hydrochloride | Alcon | NDC 0998-0342-05 | 2.5% Mydfrin (5 mL) |
24-well tissue culture plate | Costar | 3526 | |
30 G Disposable needle | Becton Dickinson (BD) | 305128 | |
33 G, 20 mm length blunt needles | Hamilton | 7803-05 | |
Automated Cell Counter | NanoEnTek | Model: Eve | |
B27 without Vitamin A | Life Technologies | 12587001 | 2%36 |
Buprenorphine | Ceva | Vetergesic vet (0.3 mg/mL) | |
CKI-7 | Sigma | C0742 | 5 µM36 |
Cyclosporine | Novartis | 260 g/L in drinking water | |
Day 32 hESC-derived photoreceptor progenitor cells | DUKE-NUS Medical School | Human embryonic stem cells are differentiated for 32 days. See protocol in Ref 36. | |
Gauze | Winner Industries Co. Ltd. | 1SNW475-4 | |
Glasgow Minimum Essential Medium | Gibco | 11710–035 | |
hESC cell line H1 | WiCell Research Institute | WA01 | |
Human brain-derived neurotrophic factor (BDNF) | Peprotech | 450-02-50 | 10 ng/mL36 |
Human ciliary neurotrophic factor (CNTF) | Prospec-Tany Technogene | CYT-272 | 10 ng/mL36 |
Ketamine hydrochloride (100 mg/mL) | Ceva Santé Animale | KETALAB03 | |
LN-521 | Biolamina | LN521-02 | 1 µg36 |
mFreSR | STEMCELL Technologies | 5854 | |
Microlitre glass syringe (10 mL) | Hamilton | 7653-01 | |
N-[N-(3,5-difluorophenacetyl-L-alanyl)]-S-phenylglycine t-butyl ester (DAPT) | Selleckchem | S2215 | 10 µM36 |
N-2 supplement | Life Technologies | A13707-01 | 1%36 |
Non-essential amino acids (NEAA) | Gibco | 11140–050 | 1x36 |
NutriStem XF Media | Satorius | 05-100-1A | |
Operating microscope | Zeiss | OPMI LUMERA 700 | With Built-in iOCT function |
PRDM (Photoreceptor differentiation medium, 50ml) | DUKE-NUS Medical School | See media composition36. Basal Medium, 10 µM DAPT, 10 ng/mL BDNF, 10 ng/mL CNTF, 0.5 µM Retinoic acid, 2% B27 and 1% N2. Basal Medium: 1x GMEM, 1 mM sodium pyruvate, 0.1 mM B-mercaptoethanol, 1x Non-essential amino acids (NEAA). | |
Pyruvate | Gibco | 11360–070 | 1 mM36 |
Rd10 mice | Jackson Laboratory | B6.CXB1-Pde6brd10/J mice | Gender: male/female, Age: P20 (injection), Weight: 3-6 g |
Retinoic acid | Tocris Bioscience | 0695/50 | 0.5 µM36 |
Round Cover Slip (12 mm) | Fisher Scientific | 12-545-80 | |
SB431542 | Sigma | S4317 | 0.5 µM36 |
Vidisic Gel (10 g) | Dr. Gerhard Mann | ||
Xylazine hydrochloride (20 mg/mL) | Troy Laboratories | LI0605 | |
β-mercaptoethanol | Life Technologies | 21985–023 | 0.1 mM36 |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены