انتقال ژن به سلول‌هاي بنيادي مزانشيمال موشي: بررسي مقايسه‌اي دو روش ويروسي و غير ويروسي

COMPARATIVE EVALUATION OF VIRAL AND NONVIRAL METHODS OF GENE DELIVERY TO MOUSE MESENCHYMAL STEM CELLS

پيش زمينه و هدف: سلول‌هاي بنيادي مزانشيمال به‌علت توانايي تمايز به رده‌هاي سلولي مختلف، گزينه مناسبي جهت سلول‌درماني و انتقال ژن در بيماري‌ها مي‌باشند. از اينرو انتخاب روشي مناسب و كارامد جهت انتقال ژن به اين سلول‌ها اهميت ويژه‌اي دارد. در اين مطالعه، كارايي دو روش رايج انتقال ژن، ويروسي و غيرويروسي، در سلول‌هاي مزانشيمال موشي مقايسه شده است. مواد و روش كار: سلول‌هاي بنيادي مزانشيمال، از مغز استخوان موش‌ها جدا، و از نظر شاخص‌هاي آنتي‌ژني سطحي و توانايي تمايز به سلول‌هاي استخواني و چربي بررسي شدند. سپس ميزان كارايي روش كلسيم فسفات و ليپيدهاي كاتيونيك تجاري ليپوفكتامين و توربوفكت، به‌عنوان روش‌هاي غيرويروسي؛ و وكتور لنتي‌ويروسي، در انتقال پلاسميد پروتيين فلورسانس سبز (GFP) به اين سلول‌ها مقايسه شد. يافته‌ها: سلول‌هاي مزانشيمال مشتق از مغز استخوان توانستند به سلول‌هاي چربي و استخواني تمايز يابند. آن‌ها واجد شاخص‌هاي آنتي‌ژني CD24، CD29 و CD44؛ و فاقد شاخص‌هاي آنتي‌ژني سلول‌هاي خونساز يعني CD11b و CD45 بر سطح خود بودند. روش‌هاي غير ويروسي، در تحويل ژن به سلول‌هاي مزانشيمال موشي كاملا ناكارامد بودند؛ طوري‌كه روش كلسيم فسفات در همه موارد سبب مرگ سلول‌ها شد؛ و ميزان كارايي دو ماده تجاري ترانسفكشن هم در انتقال پلاسميد GFP، زير سه درصد بود. اما، وكتور لنتي‌ويروسي توانست بالاي 70 درصد، پلاسميد مذكور را به سلول‌هاي مزانشيمال منتقل نمايد. نتيجه‌گيري: به‌نظر مي‌رسد سلول‌هاي مزانشيمال موشي نسبت به ترانسفكشن با روش‌هاي غيرويروسي انتقال ژن مقاوم مي‌باشند؛ اما وكتورهاي لنتي‌ويروسي مي‌توانند گزينه مناسبي جهت انتقال ژن به سلول‌هاي مزانشيمال موشي باشند؛ بي‌آنكه تاثيري منفي بر فنوتايپ يا قدرت تمايزي آن‌ها داشته باشند.

Background and Aims: Mesenchymal stem cells (MSCs) are attractive targets for cell and gene therapy, because they can differentiate into many cell lineages. Hence, finding an efficient and suitable method for transferring of genetic materials to these cells is very essential. In this study, we evaluated the efficiency of two methods of gene transferring, viral and nonviral, in transfection of mouse MSCs, comparatively. Materials and methods: MSCs were isolated from mouse bone marrow and their ability to differentiate into osteocyte and adipocyte lineages and their surface markers were evaluated. Then, the efficiency of two methods of nonviral gene transferring; calcium phosphate, and cationic lipid reagents (Lipofectamine™ LTX with Plus™ Reagent and TurbofectTM); and also lentivirus vector were examined in transfection of mouse MSCs with green fluorescent protein (GFP) plasmid. Results: The isolated MSCs successfully differentiated to osteocytes and adipocytes. They were positive for CD24, CD29 and CD44; and negative for CD11b and CD45 cell surface markers. Nonviral gene transferring methods were completely inefficient in transfection of mouse MSCs; whereas calcium phosphate precipitate was completely toxic to mouse MSCs and cationic lipids only transfected less than three percent of the cells. In contrast, high transfection rate and GFP expression (above 70%) was seen with lentivirus vector. Conclusions: it seems that mouse MSCs are refractory to nonviral gene transferring methods. In contrast, lentivirus-mediated gene transfer methods may be an efficient tool for transfection of mouse MSCs without any interference on their phenotype and differentiation potential. Keywords: Mouse mesenchymal stem cells, gene delivery, nonviral methods, lentivirus vector