Name: hydrodynamic renal pelvis injection for non-viral expression of proteins in the kidney
Uploaded: 2018-01-08T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Hydrodynamic Renal Pelvis Injection for Non-viral Expression of Proteins in the Kidney at JoVE.com

Une bourse de développement de carrière du ministère des anciens combattants [BX002797] soutenu L.E.W. et le National Institutes of Health [R01-DK095867] et American Heart Association [15GRNT25700209] soutenu J.C. Le National Institutes of Health [DK093660], ministère des anciens combattants [BX002190] et le centre de Vanderbilt pour une maladie rénale, prise en charge M.H.W. Ce matériau est le résultat d’un travail soutenu avec les ressources et l’utilisation des installations du système de soins de santé VA Tennessee Valley.

Toutes les méthodes décrites ici ont été approuvés par l’utilisation de comités (IACUCs) du Baylor College of Medicine et Vanderbilt University Medical Center et d’institutionnels animalier.
1. préparer la solution d’ADN pour injection
<ol><li>Sélectionnez le plasmid(s) d’exprimer les transgènes soigneusement afin de maximiser les caractéristiques souhaitables pour améliorer l’efficacité de la transfection et l’expression du transgène. NOTE : Injection hydrodynam...

<ol>
	<li>Liu, F., Song, Y., Liu, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrodynamics-based+transfection+in+animals+by+systemic+administration+of+plasmid+DNA.">Hydrodynamics-based transfection in animals by systemic administration of plasmid DNA.</a> Gene Ther. 6 (7), 1258-1266 (1999).</li><li>Zhang, G., Budker, V., Wolff, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+levels+of+foreign+gene+expression+in+hepatocytes+after+tail+vein+injections+of+naked+plasmid+DNA.">High levels of foreign gene expression in hepatocytes after tail vein injections of naked plasmid DNA.</a> Human Gene Therapy. 10, 1735-1737 (1999).</li><li>Fumoto, S., Nishimura, K., Nishida, K., Kawakami, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-Dimensional+Imaging+of+the+Intracellular+Fate+of+Plasmid+DNA+and+Transgene+Expression:+ZsGreen1+and+Tissue+Clearing+Method+CUBIC+Are+an+Optimal+Combination+for+Multicolor+Deep+Imaging+in+Murine+Tissues.">Three-Dimensional Imaging of the Intracellular Fate of Plasmid DNA and Transgene Expression: ZsGreen1 and Tissue Clearing Method CUBIC Are an Optimal Combination for Multicolor Deep Imaging in Murine Tissues.</a> PLoS One. 11 (1), e0148233 (2016).</li><li>Yoshino, H., Hashizume, K., Kobayashi, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Naked+plasmid+DNA+transfer+to+the+porcine+liver+using+rapid+injection+with+large+volume.">Naked plasmid DNA transfer to the porcine liver using rapid injection with large volume.</a> Gene Ther. 13 (24), 1696-1702 (2006).</li><li>Kamimura, K., Suda, T., Xu, W., Zhang, G., Liu, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Image-guided,+lobe-specific+hydrodynamic+gene+delivery+to+swine+liver.">Image-guided, lobe-specific hydrodynamic gene delivery to swine liver.</a> Mol Ther. 17 (3), 491-499 (2009).</li><li>Kamimura, K., Zhang, G., Liu, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Image-guided,intravascular+hydrodynamic+gene+delivery+to+skeletal+muscle+in+pigs.">Image-guided,intravascular hydrodynamic gene delivery to skeletal muscle in pigs.</a> Mol Ther. 18 (1), 93-100 (2010).</li><li>Suda, T., Liu, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrodynamic+gene+delivery:+its+principles+and+applications.">Hydrodynamic gene delivery: its principles and applications.</a> Mol.Ther. 15 (12), 2063-2069 (2007).</li><li>Alino, S. 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=Naked+DNA+delivery+to+whole+pig+cardiac+tissue+by+coronary+sinus+retrograde+injection+employing+non-invasive+catheterization.">Naked DNA delivery to whole pig cardiac tissue by coronary sinus retrograde injection employing non-invasive catheterization.</a> J Gene Med. 12 (11), 920-926 (2010).</li><li>Suda, T., Gao, X., Stolz, D. B., Liu, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+impact+of+hydrodynamic+injection+on+mouse+liver.">Structural impact of hydrodynamic injection on mouse liver.</a> Gene Ther. 14 (2), 129-137 (2007).</li><li>Skrypnyk, N. I., Harris, R. C., de Caestecker, M. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ischemia-reperfusion+model+of+acute+kidney+injury+and+post+injury+fibrosis+in+mice.">Ischemia-reperfusion model of acute kidney injury and post injury fibrosis in mice.</a> J Vis Exp. (78), (2013).</li><li>Woodard, L. E., 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=Kidney-specific+transposon-mediated+gene+transfer+in+vivo.">Kidney-specific transposon-mediated gene transfer in vivo.</a> Sci Rep. 7, 44904 (2017).</li><li>Liang, 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=Loss+of+glutathione+S-transferase+A4+accelerates+obstruction-induced+tubule+damage+and+renal+fibrosis.">Loss of glutathione S-transferase A4 accelerates obstruction-induced tubule damage and renal fibrosis.</a> Journal of Pathology. 228 (4), 448-458 (2012).</li><li>Liang, M., 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=Protective+role+of+insulin-like+growth+factor-1+receptor+in+endothelial+cells+against+unilateral+ureteral+obstruction-induced+renal+fibrosis.">Protective role of insulin-like growth factor-1 receptor in endothelial cells against unilateral ureteral obstruction-induced renal fibrosis.</a> Am J Pathol. 185 (5), 1234-1250 (2015).</li><li>Corridon, P. R., 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=A+method+to+facilitate+and+monitor+expression+of+exogenous+genes+in+the+rat+kidney+using+plasmid+and+viral+vectors.">A method to facilitate and monitor expression of exogenous genes in the rat kidney using plasmid and viral vectors.</a> Am J Physiol Renal Physiol. 304 (9), F1217-F1229 (2013).</li><li>Wallace, D. P., 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=Tracking+kidney+volume+in+mice+with+polycystic+kidney+disease+by+magnetic+resonance+imaging.">Tracking kidney volume in mice with polycystic kidney disease by magnetic resonance imaging.</a> Kidney Int. 73 (6), 778-781 (2008).</li><li>Woodard, L. E., Wilson, M. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=piggyBac-ing+models+and+new+therapeutic+strategies.">piggyBac-ing models and new therapeutic strategies.</a> Trends Biotechnol. 33 (9), 525-533 (2015).</li><li>Yeikilis, R., 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=Hydrodynamics+based+transfection+in+normal+and+fibrotic+rats.">Hydrodynamics based transfection in normal and fibrotic rats.</a> World J Gastroenterol. 12 (38), 6149-6155 (2006).</li><li>Thalhofer, C. 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=In+vivo+imaging+of+transgenic+Leishmania+parasites+in+a+live+host.">In vivo imaging of transgenic Leishmania parasites in a live host.</a> J Vis Exp. (41), (2010).</li><li>Wooddell, C. 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=Muscle+damage+after+delivery+of+naked+plasmid+DNA+into+skeletal+muscles+is+batch+dependent.">Muscle damage after delivery of naked plasmid DNA into skeletal muscles is batch dependent.</a> Hum Gene Ther. 22 (2), 225-235 (2011).</li><li>Crespo, 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=Hydrodynamic+liver+gene+transfer+mechanism+involves+transient+sinusoidal+blood+stasis+and+massive+hepatocyte+endocytic+vesicles.">Hydrodynamic liver gene transfer mechanism involves transient sinusoidal blood stasis and massive hepatocyte endocytic vesicles.</a> Gene Ther. 12 (11), 927-935 (2005).</li><li>Rocca, C. J., Ur, S. N., Harrison, F., Cherqui, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=rAAV9+combined+with+renal+vein+injection+is+optimal+for+kidney-targeted+gene+delivery:+conclusion+of+a+comparative+study.">rAAV9 combined with renal vein injection is optimal for kidney-targeted gene delivery: conclusion of a comparative study.</a> Gene Ther. 21 (6), 618-628 (2014).</li></ol>

Dans le présent protocole est décrit une méthode robuste pour parvenir à l’expression des gènes reproductible expressément dans le rein. Dans les mains d’un chirurgien moyennement expérimenté, nous avons trouvé le pourcentage de souris transfectées par cette technique d’être dans la gamme de 50 à 100 %, selon l’âge de la souris et la sensibilité de la lecture du transgène. Le niveau d’expression de gène de luciférase dépassait de fond pendant plusieurs mois chez les souris recevant les transpo...

La technique d’injection hydrodynamique queue veineuse est devenu un moyen couramment utilisé pour atteindre de hauts niveaux d’expression des gènes chez les souris du foie1,2. Les reins sont également transfectées par cette technique à un niveau beaucoup plus faible, environ 100 fois moins3. L’injection hydrodynamique bassinet décrite ici offre un moyen simple pour contrôler la spécificité d’expression organe par des moyens physiques, selon les mêmes principes d’hydrodynamiques qui ont été établies précédemment dans le foie4,5 , muscle6et autres organes7,8. Cette méthode transfects cellules d’animaux vivants en vivo à l’aide de la pression et la vitesse pour forcer le liquide contenant de l’ADN dans les cellules, en même temps induisant des dommages à l’organe qui est rapidement résolu9. À l’aide de techniques chirurgicales bien établies pour visualiser le rein via une incision de flanc10 avec une seule injection par seringue à insuline, nous avons trouvé une transfection réussie de divers types de cellules de rein, principalement les fibroblastes interstitielles, les tubules et perception conduit11. Dissection de ces souris a montré que les autres organes sont transfectées pas à des niveaux suffisamment élevés pour visualiser de la luciférase imaging techniques11. La technique étant non viraux, utilisation d’ADN plasmidique pour la transfection permet une préparation rapide et facile des réactifs nécessaires pour injection.
Nous avons utilisé les injections localisées de l’hydrodynamiques pour exprimer l’antioxydant glutathion S-transférase A4, le récepteur du facteur de croissance 1 analogue à l’insuline et l’hormone érythropoïétine dans le rein, tous avec les effets biologiques attendus11, 12 , 13. une évaluation détaillée de la voie d’administration, volume d’injection, dosage de l’ADN et choix du promoteur a été effectué11. En outre, les deux le piggyBac transposon système cyclophosphamide traitement et/ou de supprimer la réaction immunitaire du transgène a été démontré pour améliorer à long terme gene expression résultats11. Autres chercheurs ont utilisé une approche de la veine rénale chez le rat avec succès, accroître l’efficacité élevée de transfection pour des périodes supérieures à un mois14. Cependant, correction génétique des phénotypes imitant des maladies humaines sont généralement effectués chez des souris tout d’abord comme une preuve de concept car plus de mammifères modèles génétiques sont des modèles de souris. Nous avons comparé injection dans la veine rénale à l’injection de bassinet du rein et constaté que l’injection dans le bassinet était supérieure à la veine rénale pour l’expression des gènes (environ dix fois plus élevée) et11de la survie. Le bassinet est une voie idéale de pénétration dans le rein car il est assez souple pour supporter les fluctuations dans la production d’urine et est souvent en mesure de conserver son intégrité structurelle même quand dilaté pendant une hydronéphrose. En outre, l’injection dans le bassinet autorisé à accéder à du rein sans percer la capsule rénale, permettant ainsi le fluide injecté sera visiblement conservé par le rein mieux qu’intraparenchymateuses injection. Autres organes de souris n’ont pas d’itinéraire d’entrée autres que le système vasculaire, mais l’espace urinaire du rein est un site d’injection idéale. En outre, injection dans la veine rénale a entraîné la fuite de sang dans la cavité abdominale. Le volume total de rein des reins de souris sauvage a été estimé par imagerie par résonance magnétique à environ 0,2 cm3, donc le volume d’un seul rein est approximativement égal à la quantité de liquide injecté par bassinet hydrodynamique injection (100 µL)15. Ici, nous proposons toutes les nuances détaillées du protocole injection hydrodynamique bassinet pour réaliser une transfection reproductible du rein.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>AnaSed Xylazine</td>
			<td>Patterson Veterinary</td>
			<td>07-808-1947</td>
			<td>Anesthetic - Not controlled substance</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BD Insulin Syringe 0.5 mL 29G 1/2 Inch</td>
			<td>Cardinal Health</td>
			<td>309306</td>
			<td>Required syringes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Buprenex</td>
			<td>Pharmacist/Veterinarian</td>
			<td></td>
			<td>Analgesia - Controlled Substance</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dynarex Disposable Towel Drape</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>19-310-671</td>
			<td>Place over heat pad</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EndoFree Plasmid Maxi Kit</td>
			<td>Qiagen</td>
			<td>12362</td>
			<td>Use only endotoxin-free plasmid DNA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Endosafe Gel-Clot LAL Rapid Positive Control</td>
			<td>Charles River</td>
			<td>PC200</td>
			<td>Positive control for endotoxin test</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Endosafe Gel-Clot LAL Rapid Single Test Vial</td>
			<td>Charles River</td>
			<td>R13500</td>
			<td>Endotoxin test</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Extra Fine Micro Dissecting Scissors</td>
			<td>Roboz Surgical Instrument</td>
			<td>RS-5882</td>
			<td>Surgical tool</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fisherbrand Instant Sealing Sterilization Pouch - 9&#34;</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>01-812-51</td>
			<td>For autoclaving surgical tools</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gaymar Heat Pump</td>
			<td>Paragon Medical</td>
			<td>TP-700</td>
			<td>Water-circulating heat pump</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Germinator 500</td>
			<td>Roboz Surgical Instrument</td>
			<td>DS-401</td>
			<td>To reuse surgical tools during surgery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Graefe Forceps</td>
			<td>Roboz Surgical Instrument</td>
			<td>RS-5136</td>
			<td>Surgical tool</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Graefe Tissue Forceps</td>
			<td>Roboz Surgical Instrument</td>
			<td>RS-5153</td>
			<td>Surgical tool</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Halsey Needle Holder, 5&#34; Length</td>
			<td>Roboz Surgical Instrument</td>
			<td>RS-7841</td>
			<td>Surgical tool</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heat pads - 15&#34; x 21&#34; - need at least 3</td>
			<td>Paragon Medical</td>
			<td>TP22G</td>
			<td>For use with Gaymar Heat Pump</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IsoFlo (Isoflurane, USP)</td>
			<td>Abbott Animal Health</td>
			<td>5260-04-05</td>
			<td>For imaging and euthanasia</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isotec Isoflurane Delivery System Vaporizor</td>
			<td>Smiths Medical</td>
			<td>VCT3K2</td>
			<td>For imaging and euthanasia</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ketamine</td>
			<td>Pharmacist/Veterinarian</td>
			<td></td>
			<td>Anesthetic - Controlled Substance</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Kimwipes</td>
			<td>Kimberly-Clark Professional</td>
			<td>34120</td>
			<td>Laboratory tissues</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Living Image software</td>
			<td>Caliper Life Sciences</td>
			<td></td>
			<td>For live animal imaging</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Luciferin</td>
			<td>Perkin Elmer</td>
			<td>122796</td>
			<td>For live animal imaging</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nanodrop 2000</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>ND-2000-US-CAN</td>
			<td>Spectrophotometer for DNA measurement</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Prevantics Swabs</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>23-100-110</td>
			<td>For skin surgery prep</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Prolene 5-0 sutures Taper 30&#34;</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>NC0256891</td>
			<td>Non-absorbable sutures for skin</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Puralube Brand Opthalmic Ointment</td>
			<td>Patterson Veterinary</td>
			<td>07-888-2572</td>
			<td>To keep eyes moist during surgery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trans IT - QR Hydrodynamic Delivery Solution</td>
			<td>Mirus Bio</td>
			<td>MIR-5240</td>
			<td>Hydrodynamic delivery buffer for diluting DNA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vicryl 5-0 Sutures J303H</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>NC9816710</td>
			<td>Absorbable sutures for muscle layer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wahl Mini Arco Clipper</td>
			<td>Med-Vet International</td>
			<td>8787-1550</td>
			<td>Shaver for skin prep</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Xenogen IVIS 200</td>
			<td>Caliper Life Sciences</td>
			<td></td>
			<td>For live animal imaging</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

hydrodynamic renal pelvis injection for non-viral expression of proteins in the kidney

Injection hydrodynamique crée un environnement local et à haute pression de transfecter divers tissus avec l’ADN de plasmide et d’autres substances. Injection dans la veine queue hydrodynamiques, par exemple, est une méthode bien établie par lequel le foie peut être transfecté. Ce manuscrit décrit l’application de principes hydrodynamiques par injection du rein souris directement avec l’ADN de plasmide pour l’expression des gènes spécifiques rein. Souris sont anesthésiés et le rein est exposé par une incision du flanc suivie d’une injection rapide d’une solution contenant de l’ADN de plasmide directement dans le bassinet. L’aiguille est maintenue en place pendant dix secondes, et l’incision est suturée. Le jour suivant, vivre l’imagerie animaux, Western blot ou immunohistochimie peut être utilisé pour analyser l’expression des gènes ou autres dosages adaptés pour le transgène de choix sont utilisés pour la détection de la protéine d’intérêt. Méthodes publiées pour prolonger l’expression des gènes comprennent le transgène induite par le transposon intégration et cyclophosphamide traitement pour inhiber la réponse immunitaire pour le transgène.

La technique d’injection et de la chirurgie sont simples à effectuer une fois maîtrisé, nécessitant pas de matériel lourd ou matériaux coûteux. Si la nouvelle à la chirurgie rénale flanc-incision, une journée de formation sur plusieurs souris, à la demande d’euthanasie devrait pouvoir dans laquelle les souris ne sont pas récupérée après une chirurgie parce que la première tentative à cette chirurgie peut prendre beaucoup plus longtemps que la normale. Par ailleurs, en...

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Hydrodynamic Renal Pelvis Injection for Non-viral Expression of Proteins in the Kidney

Injection hydrodynamique bassinet non-virale expression des protéines dans le rein

Ce protocole décrit une méthode pour injecter de l’ADN de plasmide dans le rein de souris via le bassinet pour produire l’expression du transgène spécifiquement dans le rein.

Hydrodynamic injection creates a local, high-pressure environment to transfect various tissues with plasmid DNA and other substances. Hydrodynamic tail ...

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