DE19900284B4 - Method for the efficient introduction of DNA into eukaryotic cells using an adenoviral vector - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Einschleusen von DNA in Eukaryontenzellen, dadurch gekennzeichnet, dass Adenoviren, die die einzuschleusende DNA enthalten, mit Liposomen vorinkubiert werden und anschließend mit Eukaryontenzellen in Kontakt gebracht werden, wobei die Vorinkubation für etwa 30 Minuten bei etwa 37°C durchgeführt wird, wobei es sich bei den Eukaryontenzellen nicht um menschliche embryonale Stammzellen handelt.method for introducing DNA into eukaryotic cells, characterized that adenoviruses that contain the DNA to be introduced, with liposomes are pre-incubated and subsequently with eukaryotic cells be contacted, the preincubation for about 30 Minutes at about 37 ° C is carried out, where the eukaryotic cells are not human embryonic Stem cells act.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einschleusen von DNA (Desoxyribonukleinsäure) in Eukaryontenzellen, insbesondere Lymphozyten, unter Verwendung eines adenoviralen Vektors und ein Verfahren zur Herstellung einer therapeutisch wirksamen Zellpräparation unter Nutzung des oben genannten Verfahrens.The The present invention relates to a method for introducing DNA (deoxyribonucleic acid) in Eukaryotic cells, especially lymphocytes, using a Adenoviral vector and a method of producing a therapeutic effective cell preparation using the above method.
Der Transfer genetischer Information auf Eukaryontenzellen gehört zu den meistbearbeiteten Arbeitsgebieten der modernen biomedizinischen Forschung. Besonders auf dem Feld der Gentherapie hängen weitere Fortschritte in hohem Maße von der Entwicklung geeigneter Systeme zur Einschleusung exogener DNA in Zielzellen ab, da gentherapeutische Ansätze sowohl einen effizienten Transfer von Genen als auch eine korrekte Expression der Genprodukte in den Zielzellen erfordern. Es sind daher zahlreiche Verfahren zum Gentransfer auf Eukaryontenzellen entwickelt worden.Of the Transfer of genetic information to eukaryotic cells is one of the Most-processed work areas of modern biomedical Research. Especially in the field of gene therapy hang more Progress to a high degree from the development of suitable systems for the introduction of exogenous DNA in target cells, since gene therapy approaches both an efficient Transfer of genes as well as correct expression of the gene products in the target cells. There are therefore many methods have been developed for gene transfer to eukaryotic cells.
Einige dieser Verfahren beruhen auf der Transfektion von Zielzellen unter Zuhilfenahme von Liposomen. Diese Verfahren weisen jedoch den Nachteil auf, daß das Spektrum der damit transfizierbaren Zellen begrenzt ist. So können z.B. Lymphozyten, die besonders aussichtsreiche Zielzellen für gentherapeutische Ansätze darstellen, nach diesen Verfahren nicht mit ausreichender Effizienz transfiziert werden. Ähnliche Einschränkungen gelten auch für Verfahren, die auf der Transfektion von Eukaryontenzellen mittels Elektroporation beruhen.Some These methods are based on the transfection of target cells under Use of liposomes. However, these methods have the disadvantage on that that Spectrum of the transfected cells is limited. Thus, e.g. Lymphocytes, the most promising target cells for gene therapy approaches not sufficiently efficient according to these methods be transfected. Similar restrictions also apply to Procedures based on the transfection of eukaryotic cells by means of Based electroporation.
Wegen ihres hocheffizienten Gentransfers auf Eukaryontenzellen haben sich Vektorsysteme, die auf Viren beruhen, als besonders erfolgversprechend erwiesen. Ein Großteil dieser Systeme beruht auf Retroviren, die eine hohe Transfereffizienz aufweisen, aber nur sich aktiv teilende Zellen infizieren.Because of their highly efficient gene transfer to eukaryotic cells have become Vector systems based on viruses are particularly promising proved. A big part These systems rely on retroviruses that provide high transfer efficiency but infect only actively dividing cells.
Adenovirale Vektoren bieten einige potentielle Vorteile gegenüber retroviralen Vektoren, im speziellen für die Immunmodulation von Lymphomzellen. Mehrere Publikationen kommen jedoch zu dem Ergebnis, daß humane lymphoide Zellen gegenüber adenoviralen Infektionen resistent sind (Prince HM, Dessureault S. Gallinger S, Krajden M, Sutherland DR, Addison C. Zhang Y, Graham FL, Stewart AK: Efficient adenovirus-mediated gene expression in maligant human plasma cells: relative lymphoid cell resistance. Exp. Hematol. 26:27, 1998; Cantwell MJ, Sharma S, Friedmann T. Kipps TJ: Adenovirus vector infection of chronic lymphocytic leukemia B cells. Blond 88:4676, 1996; Silver L, Anderson CW: Interaction of human adenovirus serotype 2 with human lymphoid cells. Virology 165:377, 1988). Darüber hinaus kommen mehrere Autoren zu dem Ergebnis, daß adenovirale Vektoren durch ihre suboptimale Effizienz und durch ihre Toxizität bei hohen Konzentrationen für den Transfer genetischer Information auf Zielzellen nur von eingeschränktem Nutzen sind (Rosenfeld MA, Yoshimura K, Trapnell BC, Yoneyama K, Rosenthal ER, Dalemans W, Fukayama M, Bargon J, Stier LE, Stratford Perricaudet L, et al.: In vivo transfer of the human cystic fibrosis transmembrane conductance regulator gene to the airway epithelium. Cell 68:143, 1992; Rystal RF, McElvaney NG, Rosenfeld MA, Chu CS, Mastrangeli A, Hay JG, Brody SL, Jaffe HA, Eissa NT, Danel C: Administration of an adenovirus containing the human CFTR cDNA to the respiratory tract of individuals with cystic fibrosis. Nat Genet 8:42, 1994; Knowles MR, Hohneker KW, Zhou Z, Olsen JC, Noah TL, Hu PC, Leigh MW, Engelhardt JF, Edwards LJ, Jones KR, et al.: A controlled study of adenoviral-vector-mediated gene transfer in the nasal epithelium of patients with cystic fibrosis. N Engl J Med 333:823, 1995; Schulick AH, Newman KD, Virmani R, Dichek DA: in vivo gene transfer into injured carotid arteries. Optimization and evaluation of acute toxicity. Circulation 91:2407, 1995). Prince et al. (Prince HM, Dessureault S. Gallinger S, Krajden M, Sutherland DR, Addison C. Zhang Y, Graham FL, Stewart AK: Efficient adenovirus-mediated gene expression in maligant human plasma cells: relative lymphoid cell resistance. Exp. Hematol. 26:27, 1998) berichten von einer Transfektionseffizienz für B-Lymphozyten von lediglich 14%. Die Expression von LacZ oder Luciferase war in nach dem Transfektionsverfahren behandelten Lymphomzellen fast 100 mal niedriger als in entsprechend behandelten OCI-My5 Myelomzellen, auch wenn sehr hohe Multiplizitäten der Infektion verwendet wurden.adenoviral Vectors offer some potential advantages over retroviral ones Vectors, in particular for the immunomodulation of lymphoma cells. Several publications are coming but to the conclusion that humane compared to lymphoid cells adenoviral infections are resistant (Prince HM, Dessureault S. Gallinger S, Krajden M, Sutherland DR, Addison C. Zhang Y, Graham FL, Stewart AK: Efficient adenovirus-mediated gene expression in malignant human plasma cells: relative lymphoid cell resistance. Exp. Hematol. 26:27, 1998; Cantwell MJ, Sharma S, Friedmann T. Kipps TJ: adenovirus vector infection of chronic lymphocytic leukemia B cells. Blond 88: 4676, 1996; Silver L, Anderson CW: Interaction of human adenovirus serotype 2 with human lymphoid cells. Virology 165: 377, 1988). Furthermore several authors come to the conclusion that adenoviral vectors by their suboptimal efficiency and their high toxicity Concentrations for the transfer of genetic information to target cells of limited benefit (Rosenfeld MA, Yoshimura K, Trapnell BC, Yoneyama K, Rosenthal ER, Dalemans W, Fukayama M, Bargon J, Taurus LE, Stratford Perricaudet L, et al .: In vivo transfer of the human cystic fibrosis transmembrane conductance regulator gene to the airway epithelium. Cell 68: 143, 1992; Rystal RF, McElvaney NG, Rosenfeld MA, Chu CS, Mastrangeli A, Hay JG, Brody SL, Jaffe HA, Eissa NT, Danel C: Administration of adenovirus containing the human CFTR cDNA to the respiratory tract of individuals with cystic fibrosis. Nat Genet 8:42, 1994; Knowles MR, Hohneker KW, Zhou Z, Olsen JC, Noah TL, Hu PC, Leigh MW, Engelhardt JF, Edwards LJ, Jones KR, et al .: A controlled study of adenoviral vector-mediated gene transfer into the nasal epithelium of patients with cystic fibrosis. N Engl J Med 333: 823, 1995; Schulick AH, Newman KD, Virmani R, Dichek DA: In vivo gene transfer into injured carotid arteries. Optimization and evaluation of acute toxicity. Circulation 91: 2407, 1995). Prince et al. (Prince HM, Dessureault S. Gallinger S, Krajden M, Sutherland DR, Addison C. Zhang Y, Graham FL, Stewart AK: Efficient adenovirus-mediated gene expression in malignant human plasma cells: relative lymphoid cell resistance. Exp. Hematol. 26:27, 1998) report transfection efficiency for B lymphocytes of only 14%. The expression of LacZ or luciferase was in lymphoma cells treated by the transfection method almost 100 times lower than in appropriately treated OCI-My5 myeloma cells, even if very high multiplicities the infection was used.
Die
Die
Qiu C., et al. ("Cationic liposomes enhance adenovirus entry via a pathway independent of the fiber receptor and alpha(v)-integrins", in: Hum Gene Ther. 1998 Mar 1; 9(4):507-20) beschreibt, daß die Fähigkeit von adenoviralen Sektoren, eine effiziente Genübertragung sowohl in vitro als auch in vivo zu ermöglichen, durch das Vorliegen spezifischer Oberflächenrezeptoren begrenzt ist. Des Weiteren wird ausgeführt, dass auch der Einsatz von Liposomen nicht zu einer Verbesserung der adenoviral mediierten Genübertragung auf wichtige Zielzellen geführt hat.Qiu C., et al. ("Cationic liposomes enhance adenovirus entry via a pathway independent of the fiber receptor and alpha (v) integrins ", in: Hum Gene Ther. 1998 Mar 1; 9 (4): 507-20) describes that the ability of adenoviral sectors to allow efficient gene transfer both in vitro and in vivo Furthermore, it is stated that the use of liposomes has not led to an improvement in the adenoviral mediated gene transfer to important target cells.
Ein Überblick über gängige Transfektionsverfahren findet sich in "Human Cancer and Gene Therapy in Ann. Hematol. (1994) 69, 273-279. Die dort geschilderten Verfahren weisen die vorstehend genannten Nachteile auf.An overview of common transfection procedures is found in "Human Cancer and Gene Therapy in Ann. Hematol. (1994) 69, 273-279. The There described methods have the disadvantages mentioned above on.
Demzufolge liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem unter hoher Effizienz DNA in ein breites Spektrum von Eukaryontenzellen eingeschleust werden kann und eine vorteilhafte Verwendung der Verfahrenserzeugnisse vorzuschlagen.As a result, The present invention is based on the object, a method provide high-efficiency DNA into a wide range of DNA Spectrum of eukaryotic cells can be introduced and a propose advantageous use of the processed products.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe zunächst durch ein Verfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß Adenviren, die die einzuschleusende DNA enthalten, mit Liposomen vorinkubiert werden und anschließend mit Eukaryontenzellen in Kontakt gebracht werden, wobei die Vorinkubation für etwa 30 Minuten bei etwa 37°C durchgeführt wird, wobei es sich bei den Eukaryontenzellen nicht um menschliche embryonale Stammzellen handelt. Die Lösung obiger Aufgabe erfolgt auch durch die Verwendung der nach obigem Verfahren erhaltenen modifizierten Eukaryontenzellen zur Herstellung einer therapeutisch wirksamen Zellpräparation.According to the invention this Task first solved by a method which is characterized in that Adenviren, the to be inserted DNA are pre-incubated with liposomes and then with Eukaryotic cells are contacted, with the preincubation for about 30 minutes at about 37 ° C carried out , wherein the eukaryotic cells are not human embryonic stem cells. The solution of the above task is done also by using the modified obtained by the above method Eukaryotic cells for the production of a therapeutically effective Cell preparation.
Das Spektrum der Eukaryontenzellen, die nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung modifiziert werden können, unterliegt keinen prinzipiellen Einschränkungen. Bevorzugte Zielzellen sind dabei Säugerzellen, insbesondere humane Zellen. Im Hinblick auf gentherapeutische Anwendungen sind vorzugsweise Lymphozyten von Interesse. Besonders bevorzugte Zellen sind Lymphomzellen, insbesondere B-Lymphomzellen, die interessante Ansatzpunkte für Gentherapiekonzepte zur Behandlung von Krebserkrankungen darstellen, u.a. aufgrund der Tatsache, daß vergrößerte Lymphknoten leicht zugänglich sind und diese Zellen für immunologische Strategien geeignet erscheinen. So reagieren z.B. viele Lymphome auf eine Behandlung mit Interferon α. EBV (Epstein-Barr-Virus) basierte Vektoren können zum gezielten Gentransfer auf EBV-assoziierte Neoplasmen verwendet werden. In einem anderen Ansatz konnte gezeigt werden, daß die gezielte Zerstörung des beta-1 Integrin-Gens in einer Lymphomzellinie die Fähigkeit dieser, Metastasen auszubilden, stark reduzierte. Lymphomzellen sind resistent gegenüber den meisten bisherigen Verfahren zum Gentransfer, die sich als zu toxisch für diese Zellen erwiesen haben. Insbesondere die Verfahren zur Transfektion mittels Elektroporation oder unter Zuhilfenahme von Liposomen sind bei Lymphomzellen weitgehend wirkungslos.The Spectrum of eukaryotic cells produced by the method of the present invention Invention can be modified is not subject to any fundamental restrictions. Preferred target cells are mammalian cells, especially human cells. With regard to gene therapy applications are preferably lymphocytes of interest. Especially preferred Cells are lymphoma cells, especially B lymphoma cells, which are interesting Starting points for Gene therapy concepts for the treatment of cancers represent, i.a. due to the fact that enlarged lymph nodes easily accessible are and these cells for immunological strategies appear appropriate. Thus, e.g. many lymphomas on treatment with interferon α. EBV (Epstein-Barr virus) based vectors can used for targeted gene transfer to EBV-associated neoplasms become. In another approach could be shown that the targeted Destruction of the beta-1 integrin gene in a lymphoma cell line's ability this, to form metastases, greatly reduced. lymphoma cells are resistant to Most recent methods of gene transfer that prove to be too toxic to these cells have proven. In particular, the methods of transfection by electroporation or with the aid of liposomes in lymphoma cells largely ineffective.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird DNA in Eukaryontenzellen eingeschleust. Hierbei ist das Einschleusen von DNA, die ein oder mehrere Gene umfaßt, von bevorzugtem Interesse. Vorzugsweise umfaßt die DNA zusätzlich regulatorische Elemente. Als regulatorische Elemente sind Promotoren, Polyadenylierungssignale und/oder Replikationsursprünge besonders hervorzuheben. Im Hinblick auf gentherapeutische Anwendungen ist die Übertragung von DNA besonders bevorzugt, die die Expression des entsprechenden Genproduktes in den Zielzellen zur Folge hat. Bei dem exprimierten Genprodukt handelt es sich vorzugsweise um ein Cytokin. Besonders bevorzugte Cytokine sind, insbesondere im Zusammenhang mit gentherapeutischen Ansätzen an Lymphomzellen, die Interleukine IL-2, IL-7 und IL-12.By the inventive method DNA is introduced into eukaryotic cells. Here is the infiltration of DNA comprising one or more genes of preferred interest. Preferably, the DNA in addition regulatory elements. Regulatory elements are promoters, Polyadenylation signals and / or origins of replication, in particular emphasized. With regard to gene therapy applications is the transfer of DNA which expresses the expression of the corresponding gene product in the target cells result. For the expressed gene product it is preferably a cytokine. Especially preferred Cytokines are, especially in the context of gene therapy approaches on lymphoma cells, the interleukins IL-2, IL-7 and IL-12.
Es wird aber auch die Möglichkeit in Betracht gezogen, DNA in Zellen einzuschleusen, um die Expression eines anderen Gens zu unterdrücken. Hierunter fallen vorzugsweise sogenannte "anti-sense"-Gene, die eine "anti-sense"-RNA oder ein Ribozym codieren. In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der "anti-sense"-RNA um eine bcl-2 "anti-sense"-RNA, d.h. um eine RNA, die die Expression des bcl-2-Gens behindert oder unterbindet.It but also the possibility considered to infiltrate DNA into cells for expression to suppress another gene. These preferably include so-called "anti-sense" genes which encode an "antisense" RNA or a ribozyme. In a preferred embodiment For example, the "antisense" RNA is a bcl-2 "anti-sense" RNA, i. one RNA that hinders or prevents the expression of the bcl-2 gene.
Das erfindungsgemäße Verfahren beinhaltet vorzugsweise die Inkubation der Eukaryontenzellen mit Adenviren, die die einzuschleusende DNA enthalten, wobei die Inkubation in einem Inkubationspuffer stattfindet. Bei dem Inkubationspuffer handelt es sich vorzugsweise um PBS (phosphate buffered saline, 10 mmol/l Natrium/Kaliumphosphat-Puffer pH 7,2, 0,8% NaCl und 0,02% KCl) + 1 mmol/l MgCl2/1% Pferdeserum (im folgenden HS, für horse serum, genannt). Ein wichtiger experimenteller Parameter ist dabei das Zahlenverhältnis von Viren zu Zellen. Dieses Zahlenverhältnis wird durch die Multiplizität der Infektion (im folgenden MOI, für multiplicity of infection, genannt) ausgedrückt, die als der Quotient aus der Anzahl der eingesetzten Viren und der Anzahl der zu infizierenden Zellen definiert ist. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt die MOI etwa 1 bis 200.The method according to the invention preferably comprises the incubation of the eukaryotic cells with adenoviruses containing the DNA to be injected, the incubation taking place in an incubation buffer. The incubation buffer is preferably PBS (phosphate buffered saline, 10 mmol / l sodium / potassium phosphate buffer pH 7.2, 0.8% NaCl and 0.02% KCl) + 1 mmol / l MgCl 2 /1%. Horse serum (hereafter HS, for horse serum). An important experimental parameter is the numerical ratio of viruses to cells. This numerical ratio is expressed by the multiplicity of infection (hereinafter referred to as MOI, called multiplicity of infection), which is defined as the quotient of the number of viruses used and the number of cells to be infected. In a preferred embodiment of the present invention, the MOI is about 1 to 200.
Von entscheidender Bedeutung ist auch die Zeitdauer, über die die Inkubation der Eukaryontenzellen mit den Adenviren erfolgt und ein geringes Inkubationsvolumen. Lange Inkubationszeiten erhöhen dabei im allgemeinen die Effizienz des Transfers der genetischen Information und das geringe Volumen erhöht die Anzahl der Treffer von Adenoviren auf die Zelle. Gleichzeitig wachst jedoch auch das Risiko toxischer Wirkungen auf die Zellen. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht lange Inkubationszeiten, ohne daß dabei die Viabilität der Zielzellen beeinträchtigt wird. Vorzugsweise wird nach etwa 2 Stunden Inkubation, beispielsweise bei etwa 37°C, der Zielzellen mit den Adenoviren, die die einzuschleusende DNA enthalten, vollständiges Zellkulturmedium zugegeben und die Inkubation dann für etwa 1 bis 14 Tage fortgesetzt.From Of crucial importance is also the period of time over which the incubation of the eukaryotic cells with the adenoviruses takes place and a low incubation volume. Long incubation times increase In general, the efficiency of the transfer of genetic information and the low volume increases the number of hits of adenoviruses on the cell. simultaneously However, it also increases the risk of toxic effects on the cells. The inventive method allows long incubation times without compromising the viability of the target cells impaired becomes. Preferably, after about 2 hours of incubation, for example at about 37 ° C, the target cells with the adenoviruses, the DNA to be injected included, complete Cell culture medium was added and the incubation then for about 1 continued until 14 days.
Wie oben gesagt, führt die Transfektion von Eukaryontenzellen unter Zuhilfenahme von Liposomen oft zu unbefriedigenden Ergebnissen, insbesondere wenn es um den Transfer genetischer Information auf Lymphozyten geht. Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß das beschriebene Verfahren zu besonders guten Ergebnissen führt, wenn es mit einer Behandlung durch Liposomen kombiniert wird. Daher werden die Adenoviren vor der Inkubation mit den Eukaryontenzellen mit Liposomen vorinkubiert. Diese Vorinkubation findet für etwa 30 Minuten bei etwa 37°C statt.As said above leads the transfection of eukaryotic cells with the help of liposomes often to unsatisfactory results, especially when it comes to the Transfer of genetic information to lymphocytes goes. Surprisingly has been shown that the described method leads to particularly good results, if it is combined with treatment by liposomes. Therefore, be the adenoviruses before incubation with the eukaryotic cells Pre-incubated liposomes. This preincubation takes place for about 30 Minutes at about 37 ° C instead of.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist geeignet, Eukaryontenzellen zu erhalten, die durch den Transfer genetischer Information modifiziert worden sind. Vorzugsweise werden dabei Eukaryontenzellen erhalten, in denen die eingeschleusten Fremdgene exprimiert werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird es möglich, eine therapeutisch wirksame Zellpräparation herzustellen, indem eine Population von Zellen eines Säugers entnommen und nach dem erfindungsgemäßen Verfahren modifiziert wird.The inventive method is suitable to obtain eukaryotic cells by transfer of genetic Information has been modified. Preference is given to eukaryotic cells obtained in which the introduced foreign genes are expressed. By the method according to the invention will it be possible to produce a therapeutically effective cell preparation by taken from a population of cells of a mammal and after the inventive method is modified.
Das vorliegende Verfahren eignet sich zum Transfer genetischer Information auf ein breites Spektrum von Eukaryontenzellen, insbesondere Lymphozyten. Es wurde gefunden, daß ein transferiertes Gen in bis zu 100% der behandelten Zellen exprimiert wurde, ohne daß die so behandelten Zellen in ihren Wachstumseigenschaften in größerem Umfang beeinträchtigt worden sind. Gegenüber Retroviren, deren Einsatz auf sich aktiv teilende Zellen beschränkt ist, bietet das vorliegende adenovirale System den Vorteil, daß es auch bei sich nicht aktiv teilenden Zellen anwendbar ist. Ein weiterer Vorteil von Adenoviren besteht darin, daß von ihnen leicht hohe Titer erhalten werden können. Die Tatsache, daß durch Adenoviren übertragene DNA offensichtlich nicht ins Genom der Zielzelle integriert wird und die daraus resultierende Genexpression daher transient (nicht anhaltend) ist, ist für viele gentherapeutische Ansätze ohne Nachteile bzw. sogar von Vorteil.The present method is suitable for the transfer of genetic information on a wide range of eukaryotic cells, especially lymphocytes. It was found that a transferred gene expressed in up to 100% of the treated cells was, without the so treated cells in their growth properties on a larger scale impaired have been. Across from Retroviruses whose use is restricted to actively dividing cells, The present adenoviral system offers the advantage that it too is applicable to non-actively dividing cells. Another The advantage of adenoviruses is that they produce slightly high titers can be obtained. The fact that through Adenoviruses transferred DNA is apparently not integrated into the genome of the target cell and the resulting gene expression is therefore transient (non-persistent) is, is for many gene therapy approaches without disadvantages or even an advantage.
Zusammenfassend läßt sich sagen, daß die wichtigsten Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens in der hohen Effizienz des Gentransfers, der Anwendbarkeit auf ein breites Spektrum von Eukaryontenzellen und der leichten Durchführbarkeit liegen.In summary let yourself say that the main advantages of the method according to the invention in the high Efficiency of gene transfer, applicability to a wide range of eukaryotic cells and ease of operation.
Dem
Verständnis
der nachfolgenden Beispiele sollen die folgenden Ausführungen
dienen:
In den Beispielen wird die Erfindung zum Transfer genetischer
Information mit bisher üblichen
Verfahren, d.h. Transfektion durch Elektroporation sowie Transfektion
unter Zuhilfenahme von Liposomen, verglichen. Als Zielzellen wurden
die Zellinien Raji (humane Burkitt-Lymphomzellinie, erhalten von
DSMZ, Braunschweig, Deutschland), Daudi (humane Burkitt-Lymphomzellinie,
erhalten von DSMZ, Braunschweig, Deutschland), OCI-Ly8-LAM53 (R.
Levy, Stanford University, USA) und SU-DHL-4 (B-Lymphomzellinie, R. Levy, Stanford University,
USA) verwendet. Die Zellinien wurden in dem Medium RPMI 1640 mit
Glutamax (GIBCO, Berlin, Deutschland), supplementiert mit 10% hitzeinaktiviertem
fötalem
Kälberserum
(FCS (PAA, Martinsried, Deutschland)) und mit 50 μg/ml Penicillin
in einem Feuchtinkubator mit 5% CO2 bei
37°C kultiviert.The following examples serve to understand the following examples:
In the examples, the invention for the transfer of genetic information with conventional methods, ie transfection by electroporation and transfection with the aid of liposomes, compared. The target cells were the cell lines Raji (human Burkitt lymphoma cell line, obtained from DSMZ, Braunschweig, Germany), Daudi (human Burkitt lymphoma cell line, obtained from DSMZ, Braunschweig, Germany), OCI-Ly8-LAM53 (R. Levy, Stanford University, USA) and SU-DHL-4 (B lymphoma cell line, R. Levy, Stanford University, USA). The cell lines were analyzed in the medium RPMI 1640 with Glutamax (GIBCO, Berlin, Germany) supplemented with 10% heat-inactivated fetal calf serum (FCS (PAA, Martinsried, Germany)) and with 50 μg / ml penicillin in a humid incubator with 5% CO 2 cultured at 37 ° C.
Die Vermehrung des Adenvirus erfolgte in der Ad5 E1-transformierten humanen embryonischen Retina-Zellinie 911 (Fallaux FJ, Kranenburg O, Cramer SJ, Houweling A, Van Ormondt H, Hoeben RC, Van Der Eb AJ: Characterization of 911: a new helper cell line for the titration and propagation of early region 1-deleted adenoviral vectors. Hum Gene Ther 7:215, 1996). Diese Zellinie wurde in Dulbeccos modifiziertem Eagle Medium (DMEM, GIBCO) kultiviert, das mit 10% FCS, 50 μg/ml Streptomycin und 50 μg/ml Penicillin supplementiert war.The Propagation of the adenovirus was carried out in the Ad5 E1-transformed human embryonic retinal cell line 911 (Fallaux FJ, Kranenburg O, Cramer SJ, Houweling A, Van Ormondt H, Hoeben RC, Van Der Eb AJ: Characterization of 911: a new cell line for the titration and propagation of early region 1-deleted adenoviral vectors. Hum Gene Ther 7: 215, 1996). This cell line was modified in Dulbecco's Eagle Medium (DMEM, GIBCO) cultured with 10% FCS, 50 μg / ml streptomycin and 50 μg / ml Penicillin was supplemented.
Als
zu transferierendes Gen wurde β-gal
ausgewählt,
das eine einfache Bestimmung der Effizienz des Transfers erlaubt,
da sein Genprodukt bei Inkubation der behandelten Zellen mit X-gal
(5-Brom-4-chlor-3-indolyl-β-D-galactopyranosid, β-Gal staining
kit, Invitrogen, de Schelp, Niederlande) zu einer deutlich sichtbaren und
auswertbaren Blaufärbung
führt.
Zur Auswertung wurden nach jedem Versuch mindestens 400 Zellen ausgezählt. Die
bei den Versuchen verwendeten Plasmide sind in Tabelle 1 beschrieben. Tabelle 1
Die Erfindung soll durch die folgenden Beispiele 1 bis 5 näher erläutert werden.The Invention will be explained in more detail by the following examples 1 to 5.
Beispiel 1example 1
Transfektion durch ElektroporationTransfection by electroporation
Raji- und Daudi-Zellen wurden unter Verwendung des Elektroporationssystems easyject plus® von Eurogentec, Seraing, Belgien, mit dem Plasmid pcDNA3.1/HisB/LacZ transfiziert. Dazu wurden 5 × 106 Zellen in 500 μl komplettem RPMI 1640 Medium inkubiert und mit 30 μg pcDNA3.1/HisB/LacZ gemischt. Diese Mischung wurde in 4 mm Elektroporationsküvetten transferiert, 10 Minuten auf Eis inkubiert und mit einem Einfach- oder Doppel-Pulsprogramm gepulst. Die Parameter für den ersten Puls waren 250 V und 1650 bis 2100 μF. Nach dem Puls wurden die Zellen bei einer Dichte von 1 × 106 Zellen pro ml in komplettes RPMI 1640 Medium transferiert. Die Transfektionseffizienz wurde 24 und 48 Stunden nach der Transfektion bestimmt.Raji and Daudi cells were prepared using the electroporation EASYJECT plus ® from Eurogentec, Seraing, Belgium, transfected with the plasmid pcDNA3.1 / HisB / LacZ. For this 5 × 10 6 cells were incubated in 500 μl complete RPMI 1640 medium and mixed with 30 μg pcDNA3.1 / HisB / LacZ. This mixture was transferred to 4 mm electroporation cuvettes, incubated on ice for 10 minutes and pulsed with a single or double pulse program. The parameters for the first pulse were 250 V and 1650 to 2100 μF. After the pulse, the cells were transferred at a density of 1 x 10 6 cells per ml in complete RPMI 1640 medium. The transfection efficiency was determined 24 and 48 hours after transfection.
Beispiel 2Example 2
Transfer durch LipofectionTransfer by lipofection
Raji-
und Daudi-Zellen wurden mit pcDNA3.1/HisB/LacZ unter Verwendung
verschiedener liposomaler oder liposomen-ähnlicher Reagenzien (Tabelle
2) transfiziert. Die Transfektionen wurden so ausgeführt, wie
es in den jeweiligen Handbüchern
der Reagenzien beschrieben ist. Die Zellen wurden in 24-Napfplatten
bei Dichten zwischen 0,5 bis 5 × 105 Zellen pro ml in RPMI 1640 mit oder ohne
FCS (wie in den jeweiligen Handbüchern beschrieben)
ausgesät.
Die DNA/Transfektionsreagenzmischungen wurden hergestellt, indem
zunächst
getrennt eine geeignete Menge des Reagenzes (0,1 bis 10 μl) und der
DNA (0,1 bis 5 μg)
in serumfreiem Opti-MEM (GIBCO, Berlin, Deutschland) oder RPMI 1640
verdünnt
wurde. Anschließend
wurde die Transfektionslösung
der DNA-Lösung zugegeben
und es wurde für
10 bis 30 Minuten bei 25°C
inkubiert. Nach Bildung des Transfektionsreagenz-/DNA-Komplexes
wurde dieser tropfenweise den Zellen zugegeben. Die Zellen wurden,
wie in den jeweiligen Handbüchern
beschrieben, für
2 bis 24 Stunden bei 37°C
in 5% CO2 inkubiert. In einigen Fällen war
es nicht notwendig, die Transfektionskomplexe zu entfernen. Nach
24 bis 48 Stunden wurden die Zellen auf β-Gal Expression gefärbt. Die
Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefaßt. Tabelle 2
Vergleich der verschiedenen liposomalen Transfektionsreagenzien bezüglich der Transfektionseffizienz von Daudi- und RajizellenComparison of different liposomal Transfection reagents with respect to the transfection efficiency of Daudi and Rajicella
Die Transfektionseffizienz lag sowohl für Daudi- als auch für Rajizellen unter 1%, außer bei Effectene® und Lipofectamine®, die bei Rajizellen Transfektionseffizienzen von bis zu 10% zeigten.The transfection efficiency was both Daudi and for Rajizellen below 1%, except for Effectene ® and lipofectamine ®, the transfection efficiencies of up to 10% showed at Rajizellen.
Beispiel 3Example 3
Adenoviraler Gentransfer (erfindungsgemäßes Verfahren)Adenoviral gene transfer (method according to the invention)
Der rekombinante adenovirale Vektor Ad-β-Gal trägt das E.coli LacZ-Gen, das β-Galactosidase (β-Gal) codiert, unter der Kontrolle des Promotors des Rous-Sarcom-Virus. Ad-β-Gal wurden von Dr. Karsten Brand zur Verfügung gestellt. Plaque Essays wurden im wesentlichen wie von Graham und Prevec beschrieben (Graham F, Prevec L: Manipulation of Adenovirus Vectors. Methods in Molecular Biology 7: Gene Transfer and Expression Protocols; 109, 1991) ausgeführt. Dabei wurden Adenovirusstammtiter einer Serienverdünnung in jeweils 2 ml DMEM (GIBCO) mit 2% Pferdeserum (HS) unterzogen und nahezu konfluenten 911-Zellen in 6-Napfplatten zugegeben. Nach 2 Stunden Inkubation bei Raumtemperatur (25°C) wurde das Medium durch F-15 Minimal-essentiell-Medium (MEM, GIBCO) ersetzt, das 1% Agarose (Sigma, Deisenhofen, Deutschland), 20 mmol/l Hepes pH 7,4, 0,0025% L-Glutamin, 5% Hefeextrakt, 8,4% NaHCO3, 50 μg/ml Streptomycin und 50 μg/ml Penicillin und 2% HS enthielt. Der Plaque-Titer des Ad-β-Gal betrug 3,5 × 109 p.f.u./ml (p.f.u. steht dabei für Plaque forming units, also Plaque-bildende Einheiten). Die Produktion der Adenoviruschargen wurde ausgeführt, wie von Fallaux et al. beschrieben (Fallaux FJ, Kranenburg O, Cramer SJ, Houweling A, Van Ormondt H, Hoeben RC, Van Der Eb AJ: Characterization of 911: a new helper cell line for the titration and propagation of early region 1-deleted adenoviral vectors. Hum Gene Ther 7:215, 1996). Dazu wurden nahezu konfluente 911-Monoschichten in 175 cm2-Kolben in 2 ml PBS, das 1% HS enthielt, mit 5 p.f.u. pro Zelle infiziert. Nach 1 Stunde bei Raumtemperatur wurde das Inoculum durch frisches Medium ersetzt (DMEM/2% HS). Nach 48 Stunden wurden die nahezu vollständig abgelösten Zellen geerntet und in 1 ml PBS/1%HS aufgenommen. Der Virus wurde durch drei Zyklen von schnellem Tieffrieren und Auftauen isoliert. Die Lysate wurden durch Zentrifugation bei 3000 U/min für 10 Minuten geklärt. Die Virusstammchargen wurden in PBS/10% Glycerin bei -80°C aufbewahrt. Die Infektion der Zellen wurde bei 5 × 105 Zellen in 50 μl PBS + 1 mmol/l MgCl2/1%HS, bei verschiedenen MOI (0 bis 200), mit Ad-β-Gal ausgeführt. Nach 2 Stunden Inkubation bei 37°C wurde den infizierten Zellen 1 ml vollständiges Kulturmedium (ein Medium, das neben den essentiellen Verbindungen auch viele Verbindungen enthält, die der Organismus selbst synthetisieren kann, wodurch die Wachstumsrate erhöht wird, ein Beispiel ist RPMI 1640 + Glutamax + 10% hitzeinaktiviertes FCS) zugegeben. Da kein sichtbarer toxischer Effekt im Vergleich zu den Kontrollen (nur PBS + 1 mmol/l MgCl2/1%HS) beobachtet wurde, war es nicht notwendig, die Viren zu entfernen.The recombinant adenoviral vector Ad-β-Gal carries the E. coli LacZ gene encoding β-galactosidase (β-Gal) under the control of the promoter of the Rous sarcoma virus. Ad-β-gal were obtained from Dr. Karsten Brand provided. Plaque essays were performed essentially as described by Graham and Prevec (Graham F, Prevec L: Manipulation of Adenovirus Vectors, Methods in Molecular Biology 7: Gene Transfer and Expression Protocols, 109, 1991). Adenovirus stocks were serially diluted in 2 ml DMEM (GIBCO) containing 2% horse serum (HS) and added to nearly confluent 911 cells in 6-well plates. After 2 hours incubation at room temperature (25 ° C), the medium was replaced by F-15 minimal essential medium (MEM, GIBCO) containing 1% agarose (Sigma, Deisenhofen, Germany), 20 mmol / l Hepes pH 7, 4, 0.0025% L-glutamine, 5% yeast extract, 8.4% NaHCO 3 , 50 μg / ml streptomycin and 50 μg / ml penicillin and 2% HS. The plaque titer of Ad-β-gal was 3.5 × 10 9 pfu / ml (pfu stands for plaque-forming units). The production of adenovirus lots was performed as described by Fallaux et al. Described by the authors of the case study (Fallaux FJ, Kranenburg O, Cramer SJ, Houweling A, Van Ormondt H, Hoeben RC, Van Der Eb AJ: Characterization of 911: a new helper cell line for the titration and propagation of early-1-deleted adenoviral vectors Gene Ther 7: 215, 1996). For this, nearly confluent 911 monolayers in 175 cm 2 flasks in 2 ml PBS containing 1% HS were infected with 5 pfu per cell. After 1 hour at room temperature, the inoculum was replaced with fresh medium (DMEM / 2% HS). After 48 hours, almost completely detached cells were harvested and taken up in 1 ml PBS / 1% HS. The virus was isolated by three cycles of rapid deep freezing and thawing. The lysates were by Zen Purification at 3000 rev / min for 10 minutes clarified. The virus stock lots were stored in PBS / 10% glycerol at -80 ° C. Infection of the cells was carried out at 5 x 10 5 cells in 50 μl PBS + 1 mmol / l MgCl 2 /1% HS, at different MOI (0 to 200), with Ad-β-gal. After incubation for 2 hours at 37 ° C, the infected cells were given 1 ml of complete culture medium (a medium containing, besides the essential compounds, also many compounds which the organism can synthesize itself, thereby increasing the growth rate, for example, RPMI 1640 + glutamax + 10% heat-inactivated FCS). Since no visible toxic effect was observed in comparison to the controls (PBS + 1 mmol / l MgCl 2 /1% HS only), it was not necessary to remove the viruses.
Die Transfektionseffizienz war dosisabhängig. Bei einer MOI von 200 waren 100% sowohl der Daudi- als auch der Rajizellen nach 48 und 72 Stunden transfiziert. Die Daudi- und Rajizellen wurden dem Ad-β-Gal für 1 bis 14 Tage ausgesetzt. X-Gal-Färbung zeigte 100% infizierte Zellen nach 72 Stunden.The Transfection efficiency was dose-dependent. At an MOI of 200 100% of both Daudi and Rajic were 48 and Transfected for 72 hours. The Daudi and Rajic cells were added to the Ad-β-Gal for 1 to 14 days suspended. X-gal staining showed 100% infected cells after 72 hours.
Beispiel 4Example 4
Adenoviraler Gentransfer unter Zuhilfenahme von LiposomenAdenoviral gene transfer with the aid of of liposomes
Die Versuche erfolgten wie in Beispiel 3 beschrieben, jedoch wurde Ad-β-Gal zusätzlich vor der Infektion der Zielzellen mit Lipofectamine® (GIBCO) bei einer Endkonzentration von 20 μg/ml in 50 μl opti-MEM vorinkubiert. Die Virus-Lipid Mischung wurde für 30 Minuten bei 37°C inkubiert, bevor sie den Zielzellen zugesetzt wurde.The experiments were performed as described in Example 3, but Ad-β-Gal was also before the infection of the target cells with Lipofectamine ® (GIBCO) at a final concentration of 20 ug / ml in 50 ul Opti-MEM pre-incubated. The virus-lipid mixture was incubated for 30 minutes at 37 ° C before being added to the target cells.
Im
Vergleich zum Verfahren ohne Liposomen führte die Verwendung kationischer
Liposomen zu mehr transfizierten Zellen bei Infektion mit niedrigeren
Konzentrationen des Adenvirus. Bei niedrigeren Vektorkonzentrationen
(MOI 50) erhöhten
die Liposomen die Transfektionseffizienz (
Beispiel 5Example 5
Wachstumseigenschaften nach der TransfektionGrowth characteristics after transfection
Um eine mögliche Beeinträchtigung des Wachstumsverhaltens der infizierten Zellen zu untersuchen, wurde ihr Wachstumsverhalten mit dem nicht infizierter Zellen verglichen. Die Viabilitätsbestimmung erfolgte durch Trypanblauausschluß. Als Vergleichszellen dienten Zellen, die mit leerem Inkubationspuffer (PBS + 1 mmol/l MgCl2/1%HS) behandelt worden waren. Nicht infizierte und Ad-β-Gal-infizierte Zellen wurden nach der Infektion bis zu 14 Tage lang alle 24 Stunden ausgezählt.In order to investigate a possible impairment of the growth behavior of the infected cells, their growth behavior was compared with the uninfected cells. The viability determination was carried out by trypan blue exclusion. The comparison cells used were cells which had been treated with empty incubation buffer (PBS + 1 mmol / l MgCl 2 /1% HS). Uninfected and Ad-β-gal infected cells were counted after infection for up to 14 days every 24 hours.
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DE1999100284 DE19900284B4 (en) | 1999-01-07 | 1999-01-07 | Method for the efficient introduction of DNA into eukaryotic cells using an adenoviral vector |
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