『重磅盤點』AAV在腎臟研究中的應用策略-干貨篇-自主發布-資訊-生物在線

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『重磅盤點』AAV在腎臟研究中的應用策略-干貨篇

作者:山東維真生物科技有限公司 2022-04-25T11:11 (訪問量:15484)

腎臟疾病已成為威脅人類健康的主要疾病之一,全球約有13%人口受其影響。已知由基因突變引起的慢性腎臟疾病的發病率可高達千分之一,近80種基因的突變都與各種遺傳性腎臟疾病有關。然而,由于腎臟結構和功能的復雜性,針對腎臟疾病的基因治療的研究和開發滯后于肝臟、神經肌肉和眼睛等。自20世紀90年代末以來,研究人員已經開始利用AAV進行體內外腎臟的基因傳遞研究,并取得一定的成果,然而所帶來的實際轉導效果存在很大程度的不同,這可能與不同的傳遞方式以及不同的AAV血清型等因素有關。如何實現或者更大程度上實現外源基因在腎臟中的轉導成為影響腎臟基因治療發展的關鍵。

1、注射方式的選擇

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圖1. 腎臟結構示意圖和腎皮質的顯微圖像

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(van der Wouden, E.A., et al. J Pharmacol Toxicol Methods, 2004.)
給藥途徑的選擇是基因治療有效性的重要決定因素。哺乳動物的腎臟具有嚴格的過濾功能,排斥大于50kDa的蛋白質,此外,腎小球內的足細胞形成直徑僅為10nm的狹縫橫膈膜,傳統的AAV載體全身給藥難以在腎臟達到足夠的表達水平,即便是高劑量給藥也會導致AAV集中在肝臟等腎外器官中。為了提高病毒載體對腎臟的轉導并降低病毒載體對腎外器官的轉導效率,除了全身給藥方式外,近年來,科學家陸續開發了腎臟局部給藥途徑包括腎動脈注射腎靜脈注射腎實質注射經輸尿管逆行給藥經腎實質腎盂注射等(圖2)。
圖2. 腎臟AAV給藥方式
(A) 腎動脈灌注,通過導管或注射器;(B)腎靜脈逆行灌注;(C)逆行輸尿管灌注;(D)經腎囊壁直接向腎實質注射。
(Rubin, J.D. and M.A. Barry. Mol Diagn Ther, 2020.)

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如下表所列,這些以手術為基礎的AAV給藥方法實現了外源基因在腎臟中不同分布模式,且具有不同的特點。

AAV腎臟給藥方式

基因表達分布

特點

腎靜脈注射

皮質和髓質中表達,主要在腎小球和近端小管中

難以突破腎小球屏障,效率較低

腎動脈注射

近端小管和腎集合管

技術挑戰性強

腎實質注射

僅限于注射針道周圍

操作相對簡單

經輸尿管腎盂逆行注射

腎臟管道系統

克服腎小球屏障限制,操作難度大

經腎實質腎盂注射

皮質和髓質的腎小管上皮細胞中,主要是集合管細胞

新注射方式,操作簡單,基因表達穩定

下面對腎靜脈注射、經輸尿管逆行注射和經腎實質腎盂注射三種注射方式進行簡單分享:

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1. 腎靜脈注射:
①對C57BL/6 小鼠(4-6 周齡,15-20g)進行麻醉手術,并使小鼠呈仰臥姿勢于操作臺上;
②給小鼠左腹剃毛,在小鼠左腹部做一個切口,暴露左腎及腎蒂,并將腎靜脈從腎蒂中游離;
③用顯微止血夾夾住腎靜脈遠端以阻止病毒原液流出腎臟;
④用30G注射針刺入左腎靜脈近端,將50μL液體(含有 5x1010個病毒顆粒基因組拷貝數或 PBS)注入腎靜脈;
⑤5min后,拔出注射針,移去顯微止血夾并壓迫止血片刻,將切口分兩層縫合。
2. 經輸尿管腎盂逆行注射:
①對C57BL/6 小鼠(4-6 周齡,15-20g)進行麻醉手術,并使小鼠呈仰臥姿勢于操作臺上;
②在小鼠左腹部做一個切口并輕輕剖開,找到輸尿管遠端和腎動脈并用顯微止血夾夾住;
③用 30G注射針刺破輸尿管,將注射針貼合于管壁并固定到位,使用 6-0縫線縫合以防液體泄漏;
④將尿液輕輕吸出,將注射器替換為另一個含有約 50μL液體(含有 5x1010個病毒顆粒基因組拷貝數或PBS)的注射器,并緩慢地將液體逆行注入輸尿管;
⑤將注射針撤出,并在注射部位的近端放置一個顯微止血夾以防液體泄漏;
⑥5min后,移去輸尿管遠端、近端及腎動脈上的顯微止血夾,用6-0縫線將切口分兩層縫合。
3. 經腎實質腎盂注射:
①對C57BL/6 小鼠(4-6 周齡,15-20g)進行麻醉手術,并使小鼠呈仰臥姿勢于操作臺上;
②對小鼠左腹進行剃毛處理,切開一個2cm的切口暴露左腎和輸尿管,并將周圍器官和脂肪輕輕分開;
③用顯微止血夾夾住輸尿管上段以阻止病毒原液下流至膀胱;
④用30G注射針刺入左腎中極的腎盂(注意注射針頭不應刺穿腎盂),將50μL液體(含5x1010個病毒顆粒基因組拷貝數或PBS)注入腎盂;

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注:注射針刺入腎盂而不刺穿腎盂的關鍵在于注意比對穿刺針和小鼠腎臟,并且在注射針上做好標記

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⑤5min后移去顯微止血夾,將切口分兩層縫合。

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2、血清型的選擇

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腎臟研究中常用的AAV載體有 AAV2、AAV6、AAV8 和AAV9,其中以AAV9型居多

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1. 在腎臟的尾靜脈注射轉導中,rAAV8和rAAV9的腎臟轉導效率和轉錄活性優于rAAV2,rAAV9更優。
圖3. rAAV2-CMV-GFP、rAAV8-CMV-GFP和rAAV9-CMV-GFP在腎臟中的轉導效率和轉錄活性比較
實驗動物:6周齡雄性129/Sv小鼠
注射方式:尾靜脈注射
注射量:5×1011vg 啟動子:CMV
數據來源于:Combined Paracrine and Endocrine AAV9-mediated Expression of Hepatocyte Growth Factor for the Treatment of Renal Fibrosis.

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2. Rocca

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