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AAV在肝臟研究中的靶向策略(干貨篇)

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肝(gan)臟是較早(zao)被用于基(ji)因(yin)(yin)治(zhi)療(liao)的(de)器官,現已明確許多肝(gan)病(bing)是由單基(ji)因(yin)(yin)缺陷(xian)引起,因(yin)(yin)此相(xiang)比其他(ta)由多基(ji)因(yin)(yin)缺陷(xian)引起的(de)復雜(za)疾病(bing)更適合開展(zhan)臨床基(ji)因(yin)(yin)治(zhi)療(liao)。肝(gan)靶(ba)向基(ji)因(yin)(yin)治(zhi)療(liao)面臨的(de)挑戰(zhan)在于肝(gan)細胞的(de)有效靶(ba)向、載體基(ji)因(yin)(yin)組的(de)穩定性和持續的(de)高水平表達,rAAV載體的(de)出現及使用使這一難題的(de)解(jie)決(jue)成為可能(neng)。今(jin)天小V就帶大(da)家一起學習一下rAAV在肝(gan)臟應用中的(de)相(xiang)關選擇策略(lve)。

Vol.1

AAV血清型的選擇


在(zai)肝(gan)臟中(zhong)應用較多的有AAV2、AAV5、AAV8、AAV9及AAV-DJ等血清型(xing),研(yan)究(jiu)表(biao)明AAV8、AAV9和AAV-DJ對肝(gan)臟均(jun)具有較強的親嗜(shi)性,其(qi)中(zhong)AAV8嗜(shi)肝(gan)性更(geng)強,用于(yu)活體(ti)動物注射(she)表(biao)現(xian)為免疫原(yuan)性低,感(gan)染效(xiao)(xiao)率(lv)高,AAV-DJ的體(ti)內肝(gan)細胞轉導效(xiao)(xiao)率(lv)與AAV8相近(jin),且(qie)在(zai)體(ti)外(wai)實驗中(zhong)也能(neng)表(biao)現(xian)出較強的感(gan)染效(xiao)(xiao)率(lv)。

研究者還可根據實(shi)驗(yan)目的(de)(de)及動物模型(xing)(xing)的(de)(de)不(bu)同選擇不(bu)同的(de)(de)血(xue)清型(xing)(xing),其中AAV7、AAV8對小鼠(shu)肝臟(zang)感染(ran)具有較(jiao)好效果;而在人體肝臟(zang)中AAV2、AAV5和AAV8親和性較(jiao)強(qiang)。

如下圖所示:無論是(shi)選用門(men)靜脈還是(shi)尾靜脈注射,AAV8均(jun)能(neng)有(you)較高的肝臟轉導水平


AAV8對肝臟的高轉導效率(TV&PV)
我們根據感染(ran)種類的(de)不同對(dui)推薦的(de)血清型做了一個(ge)匯總(zong)供(gong)大家參考:
種(zhong)類 AAV血清型推薦
小鼠肝臟 AAV7、AAV8
高等靈(ling)長類動物肝臟(zang) AAV2、AAV5、AAV8



Vol.2

啟動子的選擇



在肝(gan)臟中(zhong),廣(guang)譜型啟(qi)動子CMV即可高(gao)效表(biao)達,也(ye)可以選擇肝臟特(te)異啟動子增強組織(zhi)靶向性(xing),如ALB、TBG和(he)ApoEHCR-hAAT,其中TBG應用(yong)較多

啟動(dong)子 啟動子 大小(xiao)
廣譜啟動(dong)子 CMV(常(chang)用) 600bp
CAG 944bp
特(te)異(yi)性啟(qi)動子 ALB(較大) 2.4Kb
TBG(常用) 460bp
ApoEHCR-hAAT 1.3Kb


與CMV相比(bi),TBG啟(qi)動子的肝臟特(te)異性更強
(A) Mice received AAV9.CMV.EGFP.T2A.Luc. (B) Mice were injected with AAV9.TBG.EGFP.T2A.Luc.
(Chen SJ et al . Hum Gene Ther Methods. 2013)




Vol.3

常(chang)用的肝臟注射方式(shi)



肝臟對(dui)全(quan)身應用AAV有較高的親合(he)性(xing),AAV在肝臟(zang)中的注射方式分為(wei)直接傳(chuan)送和(he)外(wai)周傳(chuan)送兩種(下(xia)表(biao)所(suo)示(shi)),其中尾靜(jing)脈注(zhu)(zhu)射和腹腔注(zhu)(zhu)射是目前應用比較廣泛的(de)注射方(fang)式,操作者也可根(gen)據實驗目的(de)選擇合適的(de)注射方(fang)式。

注(zhu)射方式(shi) 覆蓋 優點 缺點
直接傳送 肝葉(xie)注射(she)(she)、門靜脈(mo)注射(she)(she)、脾(pi)包(bao)膜(mo)注射(she)(she);肝動脈(mo)注射(she)(she)(大(da)動物與人); 克服了轉(zhuan)導(dao)效率低(di)的問題,靶(ba)向性高,所(suo)需病(bing)毒(du)量少(shao); 侵入性(xing)強,風險大,實驗操作技能要求高;
外周傳送 腹腔(qiang)注射(she)和靜(jing)(jing)脈注射(she)(尾靜(jing)(jing)脈注射(she)和眶(kuang)后靜(jing)(jing)脈竇注射(she)等); 操(cao)作簡單(dan),無須(xu)手術或麻醉; 靶向性較直接傳送稍差(cha),可(ke)能需要較多的注射體(ti)積;


圖(tu)一:小(xiao)鼠肝臟中AAV給(gei)藥途徑示意圖(tu)
(Palaschak, B., R.W. Herzog and D.M. Markusic, Methods Mol Biol, 2019.)
(A)小(xiao)鼠(shu)側視圖,顯(xian)示側尾靜(jing)脈或眶靜(jing)脈竇注射(she)路線;(B)小(xiao)鼠(shu)仰臥(wo)位圖,顯(xian)示非手術腹膜(mo)內和(he)(he)手術肝內、脾內和(he)(he)門靜(jing)脈輸送路徑。



圖二(er):推薦的AAV肝臟注射(she)方式和血清(qing)型種間比(bi)較
(Palaschak, B., R.W. Herzog and D.M. Markusic, Methods Mol Biol, 2019.)


在此,我們介紹一(yi)下幾種常用的(de)注(zhu)射方式,肝(gan)門靜脈注(zhu)射、肝(gan)實質內注(zhu)射、尾靜脈注(zhu)射以及新生小鼠靜脈注(zhu)射的(de)操作步驟供大家參(can)考。



1. 肝門靜脈(mo)注射



1)通(tong)過腹腔注射(she)麻醉劑將成年(nian)小鼠(shu)麻醉,對小鼠腹部(bu)局(ju)部(bu)區域做去毛及消毒處理;

2)距劍(jian)突(tu)軟骨下方(fang)2-3mm處,做一(yi)個2-3cm的中線切(qie)口。

3)暴露門靜(jing)脈,使用30G針頭(tou)在1min內均(jun)勻(yun)緩慢(man)注(zhu)射0.2 ml病毒懸(xuan)液(ye)

注:門靜脈是一(yi)種相對較大的靜脈,提起肝前葉(xie)一(yi)般(ban)即可(ke)看到門靜脈。在手術過程中,用浸泡在生理鹽水中的無菌紗布覆蓋腸(chang)道,保持腸(chang)道濕潤。

(4)注(zhu)射后保持針位約10-20秒。取出(chu)(chu)針(zhen)后,做好(hao)防(fang)出(chu)(chu)血處理;

(5)縫合腹部,將小鼠(shu)放置于加(jia)熱燈(deng)下,直至恢復意識。然后(hou)將其(qi)放回籠子(zi)單獨(du)飼養(yang),直到傷口(kou)完全愈(yu)合。


2. 肝(gan)內注射



1)通過(guo)腹腔注射麻(ma)醉劑(ji)將成年小鼠麻(ma)醉,對小鼠(shu)腹(fu)部局部區(qu)域做去毛及消(xiao)毒(du)處理;

2)在(zai)距(ju)劍突軟(ruan)骨下方2-3mm,做一個2-3cm的中線切口,以露出肝臟(zang)。

3)用(yong)固(gu)定在(zai)結核菌(jun)素(su)注射(she)器(qi)上的30G針頭將病(bing)毒懸(xuan)液(ye)緩慢注入肝實質中(zhong)。

:在注射過程中通過手術立(li)體鏡(jing)監測(ce)注(zhu)射部位,確保(bao)無(wu)出血或外滲。如(ru)果出(chu)現上(shang)述任何一種情況,需(xu)取出(chu)針頭,輕輕按壓止(zhi)血,然后選擇一個新的部(bu)位進行(xing)注射。

(4)取出(chu)針,用無菌紗(sha)布輕輕按壓止(zhi)血。

(5)再選擇其(qi)他部位進行注射。

:一(yi)只成年小鼠(shu)一(yi)次可選(xuan)擇4 ~ 5個不同的(de)注(zhu)射位點(40 ~ 50μl/site),總(zong)劑量可達200μl。

(6)縫(feng)合腹部,將小鼠放(fang)(fang)置于加熱燈(deng)下,直(zhi)至(zhi)恢復(fu)意識。然后將其放(fang)(fang)回籠子(zi)單獨飼養,直(zhi)到傷口完全愈(yu)合。


3. 尾靜脈(mo)注射



(1)將小鼠放(fang)在標(biao)準(zhun)限制器(qi)中,使注射器(qi)能(neng)夠(gou)完(wan)全接觸到整(zheng)個尾巴長(chang)度。

2)將一(yi)根30G的針(zhen)頭(tou)固定在1cc結核菌素(su)注射器上,盡可能(neng)遠(yuan)的插入尾部(bu)側面靜脈(mo)。選(xuan)擇一(yi)個(ge)遠端部位,如果第一(yi)次(ci)注射(she)失敗,可以(yi)選(xuan)擇另(ling)一(yi)個(ge)更近端的注射(she)部位。

注:a:小鼠尾巴(ba)上較容易接觸到的靜脈(mo)位(wei)于尾(wei)巴的側面,且側靜脈(mo)非(fei)常淺無需(xu)進針很深(shen);小鼠尾部(bu)背面(mian)的靜脈很難常規注射(she);尾部(bu)腹面(mian)的血管是動(dong)脈,不(bu)可注射(she)。

b:注射(she)前用溫水輕輕地加熱尾(wei)巴,可以使(shi)血管得到一定程度的舒張,便(bian)于注射(she)。

(3)針頭到位后,緩(huan)慢注射病(bing)毒懸液(ye)。

: 如果注射器由于壓力增加而難以壓下(xia)柱塞,此(ci)時很(hen)可能針頭不(bu)在靜(jing)脈中。在這種情況下(xia),應取下(xia)針頭并選擇一個新(xin)的位置重(zhong)新(xin)注射。

(4)注射完(wan)成后取下針頭,輕輕按壓(ya)止血(xue),然后立即將小(xiao)鼠放回籠中。

注:使用此方法注射(she)成(cheng)年小鼠(shu),病毒(du)用量控制在300 - 400μl較佳。


4. 新生小鼠(shu)靜脈注射



(1)需兩個人配合完成,一人固(gu)定,一人注射;

(2)注射前(qian)將小(xiao)鼠置于干(gan)毛巾上,減(jian)少活動及損傷;

(3)一人輕輕固定小鼠,使(shi)側面朝上(shang)暴露眼睛至頸部(bu)的顳淺(qian)靜(jing)脈,置于放大鏡下;

(4)另一人沿著自頭至(zhi)頸的方向將30G的(de)注射針頭插入靜脈旁的(de)皮(pi)下,慢(man)慢(man)推進靜脈(新生(sheng)鼠皮(pi)膚呈現半(ban)透明,較易觀(guan)察)

(5)慢慢注(zhu)射(she)(she)(she)病毒懸液;(如(ru)(ru)果注(zhu)射(she)(she)(she)成(cheng)(cheng)功,注(zhu)射(she)(she)(she)部位遠端靜脈(mo)會呈白色,如(ru)(ru)果未成(cheng)(cheng)功,皮(pi)下注(zhu)射(she)(she)(she)10μl即可看到明(ming)顯的(de)隆起)

(6)注(zhu)射完成后,取下針頭,輕輕按壓靜脈,通常2-3分鐘(zhong)會停止出(chu)血;

(7)將(jiang)新生鼠(shu)在加(jia)熱燈(deng)下照射后,放回母(mu)鼠(shu)身(shen)邊;

(8)如果注(zhu)射不成(cheng)功,讓小鼠恢復5-10分鐘,然后在(zai)另一側(ce)嘗試第二次注射;

注:使用(yong)此方法注射新生小鼠,病毒用(yong)量控(kong)制(zhi)在100μl以內較佳。





Vol.4

總結


在應用AAV進行(xing)肝(gan)臟研(yan)究時,可以選(xuan)擇靶(ba)向性更強的肝門(men)靜脈注射肝實(shi)質內注(zhu)射方式(shi),如(ru)果實(shi)驗技(ji)能受限或減少侵入性損傷,也可(ke)以(yi)選擇尾靜脈(mo)注射(she)等實(shi)驗技(ji)能要(yao)求稍(shao)低的給藥策略,在這種情(qing)況(kuang)下,就可(ke)以(yi)配(pei)合AAV8等肝臟(zang)嗜性較強(qiang)的血清型以及TBG等肝臟特異性啟動子提高AAV對肝臟的感染效率,以(yi)達(da)到理想的實(shi)驗效果。



Vol.5

參考文獻


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7、Sands M S .AAV-mediated liver-directed gene therapy.[J].Methods Mol Biol, 2011, 807:141-157.

AAV在肝臟研究中的靶向策略【應用篇】(可點擊查看)



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