УЗИ руководствуясь внутрисердечной введения мезенхимальных стволовых клеток человека увеличить самонаведения для кишечника для использования в мышиных моделях экспериментальных воспалительные заболевания кишечника
Summary
Мышиных исследования в моделях воспаление толстой кишки показали, что небольшой процент (1-5%) мезенхимальных стволовых клеток (МСК) вводят внутривенно или внутрибрюшинно дома воспаление толстой кишки1,2. Это исследование показывает, что УЗИ руководствуясь внутрисердечной инъекции MSCs приведет к увеличению локализации в кишечник.
Abstract
Болезнь Крона (CD) является общей хроническим воспалительным заболеванием малых и толстого кишечника. Мышиных и человека мезенхимальных стволовых клеток (МСК) у иммунодепрессивных потенциал и было показано для подавления воспаления в моделях мыши кишечного воспаления, даже несмотря на то, что маршрут администрации можно ограничить их самонаведения и эффективности 1 , 3 , 4 , 5. Местное применение MSCs толстой травмы модели показали большую эффективность в улучшении воспаления в толстой кишке. Однако существует нехватка данных о методах улучшения локализации человека костный мозг производные MSCs (использования), тонкой кишки, месте воспаления в SAMP-1/YitFc (SAMP) модели экспериментальной крона. Эта работа описывает Роман технику для УЗИ руководствуясь внутрисердечной инъекций использования в SAMP мышей, хорошо изученных спонтанное модель хронического воспаления кишечного. Соответствием пола и возраста, воспаление бесплатно мышей AKR/J (AKR) были использованы в качестве контроля. Чтобы проанализировать накопление и локализации, использования были преобразованы с человека, содержащий тройной репортер. Тройной репортер состояла из Светлячок Люцифераза (fl), для биолюминесцентных изображений; мономерные красным флуоресцентный белок (mrfp), для сортировки клеток; и усеченные герпеса вирус Тимидинкиназа (ТТК), для томографии, позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ). Результаты этого исследования показывают что 24 ч после внутрисердечной администрации, использования локализовать в тонком кишечнике SAMP мышей в отличие от воспаления бесплатно AKR мышей. Этот роман, УЗИ руководствуясь инъекций использования в левом желудочке SAMP мышей гарантирует высокий уровень успеха клеток доставки, что позволяет для быстрого восстановления мышей с минимальными заболеваемости и смертности. Этот метод может быть полезным методом для расширенной локализации MSCs в других моделях малых кишечного воспаления, такие как TNFΔRE6. Будущие исследования будет определять, если увеличение локализации использования, внутри артериальная доставка может привести к увеличению терапевтической эффективности.
Introduction
Болезнь Крона (CD) является общим хроническим воспалительным заболеванием малых и толстого кишечника и считается неадекватную реакцию иммунной системы в результате кишечные микробы7,8. Недавние исследования показали, что мышиных и человека мезенхимальных стволовых клеток (МСК) может подавить воспаление в моделях мыши кишечного воспаления1,3,4,5. Есть несколько текущих клинических испытаний, которые используют для лечения пациентов с воспалительным заболеванием кишечника (IBD), которая включает в себя CD9человека MSCs, полученных из костного мозга и жировой ткани. В этих клинических испытаний были использованы два маршрута для MSC терапии: один предполагает системный инфузии (то есть, внутривенно) MSCs для Люминал IBD (включая CD) и другой предполагает локализованного приложения/инъекции стволовых клеток в свищ тракта больных с перианальной CD. В последних мета анализ MSC терапии для IBD, системные (т.е., внутривенно) MSC терапии для Люминал IBD (включая CD) был эффективным в до 40% (95% ДИ: 7-79%) больных, в то время как эффективность была намного выше, на 61% (95% ДИ: 36-85%), когда MSCs вводили локально в больной свищей CD9. Последний этап III многоцентрового рандомизированных плацебо-контролируемое испытание аллогенной жировых стволовых клеток, вводят непосредственно в перианальной фистулы CD пациентов показали статистически значимого клинического и радиологического перианальной свищи исцеление, подтверждающих результаты мета анализа10. Причины низкой эффективности MSC терапии внутривенно для Люминал CD недостаточно исследовано, но одна из причин может быть неадекватной самонаведения MSCs на сайт воспаления. Мышиных исследования в моделях воспаления кишечника, показали, что только небольшой процент MSCs (1-5%), вводят внутривенно достичь воспаление толстой кишки; остальные MSCs фильтруются легких (эффект первого прохода)1,2 ,5,,1112. Поэтому несколько мышиных исследования использовали внутрибрюшинного маршрут (и.п.) для управления MSC в животных моделях колит4. Однако они также показали, что только небольшая часть клеток достичь и привить толстой кишки и что эффективность относящиеся к секреции паракринными растворимых факторов, таких как фактор некроза опухоли inducible gene 6 белков (ТСГ-6)2. MSC механизм иммунитета и исцеления включает многосторонний подход, который предполагает паракринными; Мобильный близости независимые факторы, как ТСГ-6; и клеточной близости зависимых факторов, как запрограммировано смерть лиганд 1 (PD-L1); или зазубренные 1. Таким образом MSC локализации на сайт воспаления может привести к повышению эффективности9,13. В самом деле недавнее исследование показало, что MSCs, имплантированных непосредственно на месте толстой травмы привели к Исцеление секретирующих ангиогенез содействие Сосудистый эндотелиальный фактор роста (VEGF). С другой стороны было отмечено минимальный лечебный эффект, после внутривенного введения5. Для увеличения их локализации на сайт воспаления (т.е., тонкой кишки в SAMP мышей), был разработан этот метод УЗИ руководствуясь внутрисердечной инъекции для администрирования MSC в левого желудочка. Изображение руководствуясь инъекций гарантирует точную инъекции, что приводит к более высокий уровень успеха и на снижение заболеваемости и смертности. Кроме того инъекции MSCs в левый желудочек доставляет их артериального кровообращения, где они могут достигать воспаление тонкой кишки, прежде чем стать в ловушке в легких.
В этом исследовании человека костный мозг производные MSCs (использования) были использованы для инъекций в SAMP-1/YitFc (SAMP) мышиных модели CD14. SAMP представляет собой хорошо изученных спонтанное мышиных модель хронического воспаления, которая разрабатывает малых кишечного воспаления с почти 100% пенетрантностью14. Воспаление развивается в ответ на микрофлору в отсутствие каких-либо химических, иммунологические или генетических манипуляций и близко напоминает человека CD11. Пол и возраст соответствует воспаления бесплатно AKR/J (AKR) мышей, родительский контроль мышей SAMP, были использованы в этом исследовании.
Использования были изолированы и расширена в лаборатории из образцов костного мозга (БМ), полученные от нормальной, неопознанные доноров после обоснованного согласия с помощью проверки и ранее опубликованные протоколы15,16. После изоляции и расширение, MSC способности в остеогенном, адипогенном и хондрогенном дифференциация была оценена в лаборатории несколько анализов15. Остеогенные функционального анализа была выполнена путем имплантации керамические кубов гидроксиапатита/Трикальцийфосфат фосфат матрицы, содержащие использования подкожно в мышей с ослабленным иммунитетом SCID CB17-Prkdc17. Куб демонстрирует остеогенез и chondrogenesis потенциал и считается конечной тест для оценки отдельных препаратов MSC17. Чтобы визуализировать использования в естественных условиях после инъекции, Лентивирусы был использован для передают использования с тройной Репортер ген конструкцию, которая состоит из Светлячок Люцифераза (fl), мономерные красным флуоресцентный белок (mRFP) и простого герпеса вирусная Тимидинкиназа (ТТК ), обусловлено изменение миелопролиферативных саркома промоутер вирус (МНД)18. Светлячок Люцифераза в тройной репортер является ферментом, что кроющих вводят люциферин в оксилюцеферин в использования и производит фотоны/белый свет. Это определяется чувствительных зарядовой (связью ПЗС) фотоаппарат (биолюминесценции) в в естественных условиях оптических изображений системы, позволяя визуализации живых использования мышей. Биолюминесценции изображений (BLI) является чувствительной технологией, которая может использоваться поочередно для отслеживания клетки и ex vivo анализа. Использование сильной МНД промоутер диски постоянное выражение тройной фьюжн Репортер ген конструкции и позволяет изображения вводят использования для более чем 16 недель19. Использования трудно передают и имеют КПД низкий трансдукции. С помощью оптимизированного протокола, эффективность использования трансдукции была улучшена и трансген выражение было более18. С помощью выражения mRFP (один из генов, тройной репортер) на проточной цитометрии, была продемонстрирована способность передавать использования с высоким КПД до 83%. Дифференциация анализов и в естественных условиях Куба анализов продемонстрировала способность transduced использования дифференцироваться в хрящевые клетки, адипоциты и остеоциты17.
Protocol
Representative Results
Discussion
Это исследование описывает Роман технику для УЗИ руководствуясь внутрисердечной инъекций использования в малых кишечного мыши модели экспериментальной CD. Эта техника имеет очень высокий показатель выживания и успеха, как траектории игла может быть скорректирована основан на реальн?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Maneesh Dave поддерживается грант Министерства обороны PR141774 и крона и колит фонда карьеры развития премию Америки. Лаборатория Фабио Cominelli поддерживается NIH предоставляет DK042191 (ФК), DK055812 (ФК), DK091222 (ФК) и DK07948 (ФК). Лаборатория Арнольд Caplan частично поддерживается Дэвид л и е. Вирджиния Болдуин фонд. Финансирующие учреждения имели никакой роли в анализ исследования или написания манускрипта. Его содержание отвечают исключительно авторов.
Materials
| DMEM-LG | Gibco | 31600-091 | |
| 0.25% trypsin-EDTA | Gibco | 25-200-072 | |
| Proteamine Sulfate | Sigma Aldrich | P4020-1G | |
| D-Luciferin | Goldbio | luck-500 | |
| Fetal Bobine Serum | Gibco | 26140-079 | |
| Antibiotic-Antimycotic | Gibco | 15240-062 | |
| PBS | HyClone | SH30256.01 | |
| 175 cm tissue cutlure flasks | Corning | 431080 | |
| 75 cm tissue cutlure flasks | Corning | 430720 | |
| Centrifuge tubes | Crysalgen | 23-2265 | |
| Tissue-Plus O.C.T. compound | Fisher HealthCare | 4585 | |
| Cryomold Standard | Tissue-Tek | 4557 | |
| Lenti-Pac HIV Expression Packaging System | GeneCopoeia | HPK-LvTR-20 | |
| Povidone Ionidine swabs | Medline | MDS093901 | |
| Hair removal cream | Nair | N/A | |
| Isoflurane | Piramal Helathcare | NDC 66794 013 25 | |
| Forceps | Fine Science Tools | 11200-33 | |
| Dissection scissors (Wagner) | Fine Science Tools | Wagner 14068-12 | |
| Puralube vet ointment | Puralube | NDC 17033-211-38 | |
| Aquasonic 100 ultrasound transmission gel | Parker laboratories | 01 08 | |
| Petri dish | Fisher Scientific | FB0875711A | |
| SAMP mice | Cleveland Digestive Disease Research Core Centre | ||
| AKR mice | Cleveland Digestive Disease Research Core Centre | ||
| Vevo 770 imaging system | Visual Sonics, Toronto, Canada | ||
| IVIS spectrum series system | PerkinElmer, Waltham, MA | ||
| Living image software | CaliperLifeSciences, PerkinElmer, Waltham, MA | ||
| Triple reporter | Kindly provided by Dr. Zheng- Hong Lee, CWRU, (citation 19) | ||
References
- Duijvestein, M., et al. Pretreatment with interferon-gamma enhances the therapeutic activity of mesenchymal stromal cells in animal models of colitis. Stem Cells. 29 (10), 1549-1558 (2011).
- Sala, E., et al. Mesenchymal Stem Cells Reduce Colitis in Mice via Release of TSG6, Independently of Their Localization to the Intestine. Gastroenterology. 149 (1), 163-176 (2015).
- Gonzalez, M. A., Gonzalez-Rey, E., Rico, L., Buscher, D., Delgado, M. Adipose-derived mesenchymal stem cells alleviate experimental colitis by inhibiting inflammatory and autoimmune responses. Gastroenterology. 136 (3), 978-989 (2009).
- Dave, M., et al. Stem cells for murine interstitial cells of cajal suppress cellular immunity and colitis via prostaglandin e2 secretion. Gastroenterology. 148 (5), 978-990 (2015).
- Manieri, N. A., et al. Mucosally transplanted mesenchymal stem cells stimulate intestinal healing by promoting angiogenesis. J. Clin. Invest. 125 (9), 3606-3618 (2015).
- Kontoyiannis, D., Pasparakis, M., Pizarro, T. T., Cominelli, F., Kollias, G. Impaired on/off regulation of TNF biosynthesis in mice lacking TNF AU-rich elements: implications for joint and gut-associated immunopathologies. Immunity. 10 (3), 387-398 (1999).
- Abraham, C., Cho, J. H. Inflammatory bowel disease. N. Engl. J. Med. 361 (21), 2066-2078 (2009).
- Dave, M., Papadakis, K. A., Faubion, W. A. Immunology of inflammatory bowel disease and molecular targets for biologics. Gastroenterol. Clin. North Am. 43 (3), 405-424 (2014).
- Dave, M., et al. Mesenchymal Stem Cell Therapy for Inflammatory Bowel Disease: A Systematic Review and Meta-analysis. Inflamm. Bowel Dis. 21 (11), 2696-2707 (2015).
- Panes, J., et al. Expanded allogeneic adipose-derived mesenchymal stem cells (Cx601) for complex perianal fistulas in Crohn’s disease: a phase 3 randomised, double-blind controlled trial. Lancet. 388 (10051), (2016).
- Lee, R. H., et al. Intravenous hMSCs improve myocardial infarction in mice because cells embolized in lung are activated to secrete the anti-inflammatory protein TSG-6. Cell Stem Cell. 5 (1), 54-63 (2009).
- Gao, J., Dennis, J. E., Muzic, R. F., Lundberg, M., Caplan, A. I. The dynamic in vivo distribution of bone marrow-derived mesenchymal stem cells after infusion. Cells Tissues Organs. 169 (1), 12-20 (2001).
- English, K. Mechanisms of mesenchymal stromal cell immunomodulation. Immunol Cell Biol. 91 (1), 19-26 (2013).
- Pizarro, T. T., et al. SAMP1/YitFc mouse strain: a spontaneous model of Crohn’s disease-like ileitis. Inflamm. Bowel Dis. 17 (12), 2566-2584 (2011).
- Lennon, D. P., Caplan, A. I. Isolation of human marrow-derived mesenchymal stem cells. Exp. Hematol. 34 (11), 1604-1605 (2006).
- Lin, P., et al. Serial transplantation and long-term engraftment of intra-arterially delivered clonally derived mesenchymal stem cells to injured bone marrow. Mol. Ther. 22 (1), 160-168 (2014).
- Dennis, J. E., Caplan, A. I. Porous ceramic vehicles for rat-marrow-derived (Rattus norvegicus) osteogenic cell delivery: effects of pre-treatment with fibronectin or laminin. J. Oral Implantol. 19 (2), 106-115 (1993).
- Lin, P., et al. Efficient lentiviral transduction of human mesenchymal stem cells that preserves proliferation and differentiation capabilities. Stem Cells Transl. Med. 1 (12), 886-897 (2012).
- Love, Z., et al. Imaging of mesenchymal stem cell transplant by bioluminescence and PET. PET. J. Nucl. Med. 48 (12), 2011-2020 (2007).
- Haynesworth, S. E., Goshima, J., Goldberg, V. M., Caplan, A. I. Characterization of cells with osteogenic potential from human marrow. Bone. 13 (1), 81-88 (1992).
- Ishizaka, S., et al. Intra-arterial cell transplantation provides timing-dependent cell distribution and functional recovery after stroke. Stroke. 44 (3), 720-726 (2013).
- Schenk, S., et al. Monocyte chemotactic protein-3 is a myocardial mesenchymal stem cell homing factor. Stem Cells. 25 (1), 245-251 (2007).
- Hayashi, Y., et al. Topical implantation of mesenchymal stem cells has beneficial effects on healing of experimental colitis in rats. J. Pharmacol. Exp. Ther. 326 (2), 523-531 (2008).
- Kodani, T., et al. Flexible colonoscopy in mice to evaluate the severity of colitis and colorectal tumors using a validated endoscopic scoring system. J. Vis. Exp. (80), e50843 (2013).
