К.Д. Бозов1, А.Н. Великанов2, В.С. Усатова3, М.А. Берестовой4, М.Е. Илларионова5, Л.С. Гонжал6, С.С. Джауари7, Л.Н. Шкарина8, А.Л. Примак9, Е.В. Семина10, Л.М. Самоходская11, П.С. Климович12, В.С. Попов13, Е.А. Нейфельд14, М.Н. Карагяур15

1,2,5–15 Медицинский научно-образовательный институт ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова» (Москва, Россия)

3,4 ФГБУ «Федеральный центр мозга и нейротехнологий» Федерального медико-биологического агентства (Москва, Россия)

1 kir-bozov@yandex.ru, 2 av-bioem@mail.ru, 3 nikausatova@gmail.com, 4 berestovoy@fccps.ru, 5 mar729i63illar90@yandex.ru, 6 gonzhallev@yandex.ru, 7 stalik.djauari@yandex.ru, 8 shliliyan@mail.ru, 9 primak.msu@mail.ru, 10 e-tal@yandex.ru, 11 samokhodskay@gmail.com, 12 lex2050@mail.ru, 13 galiantus@gmail.com, 14 ea.neyfeld@mail.ru, 15 m.karagyaur@mail.ru

Постановка проблемы. Лентивирусная трансдукция индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (иПСК) и нейральных прогениторных клеток (НПК) является важной, но сложной задачей, часто востребованной при реализации широкого спектра исследований. Лентивирусные векторы с успехом применяют для трансдукции мультипотентных мезенхимных стромальных клеток, однако, иПСК и НПК очень чувствительны к подобным модификациям. По этой причине увеличение эффективности их модификации без значимого изменения жизнеспособности культуры иПСК и НПК через оптимизацию процедуры трансдукции лентивирусными частицами является актуальной экспериментальной задачей.

Цель работы – изучение эффективности различных режимов трансдукции иПСК и НПК человека модельным лентивирусным вектором, несущим ген красного флуоресцентного белка.

Результаты. Оптимальным соотношением эффективности и токсичности в отношении культур иПСК обладает 18-часовой режим трансдукции препаратом лентивирусных частиц, сконцентрированным в 4 раза (MOI 56). В культуре НПК наибольшей эффективностью и наименьшей токсичностью в отношении культур НПК обладает режим трансдукции в течение 4 ч неконцентрированным препаратом лентивирусных частиц (MOI 14).

Практическая значимость. Полученные данные позволят оптимизировать внесение модификаций в геном иПСК и НПК, что облегчит процедуру создания клеточных моделей на их основе и позволит изучать функциональную и клиническую значимость отдельных геномных или биохимических нарушений и разрабатывать перспективные подходы к их терапевтической коррекции.

1. Takahashi K., Yamanaka S. Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors // Cell. 2006. V. 126. № 4. P. 663–676. DOI: 10.1016/j.cell.2006.07.024
2. Vadodaria K.C., Jones J.R., Linker S., Gage F.H. Modeling Brain Disorders Using Induced Pluripotent Stem Cells // Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 2020. V. 12. № 6. P. a035659. DOI: 10.1101/cshperspect.a035659
3. Karagyaur M., Primak A., Efimenko A. et al. The Power of Gene Technologies: 1001 Ways to Create a Cell Model // Cells. 2022.
   V. 11. № 20. P. 3235. DOI: 10.3390/cells11203235
4. Walmsley G.G., Hyun J., McArdle A. et al. Induced pluripotent stem cells in regenerative medicine and disease modelling // Curr. Stem Cell Res. Ther. 2014. V. 9. № 2. P. 73–81. DOI: 10.2174/1574888x09666131217004137
5. Usatova V.S., Mishina N.M., Berestovoy M.A. et al. Hydrogen peroxide is not generated intracellularly in human neural spheroids during ischemia‑reperfusion // Free Radic. Biol. Med. 2024. № 212. P. 234–240. DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2023.12.039
6. Babu S.S., Duvvuru H., Baker J. et al. Characterization of human induced pluripotent stems cells: Current approaches, challenges, and future solutions // Biotechnol. Rep. (Amst). 2023. № 37. P. e00784. DOI: 10.1016/j.btre.2023.e00784
7. Claassen D.A., Desler M.M., Rizzino A. ROCK inhibition enhances the recovery and growth of cryopreserved human embryonic stem cells and human induced pluripotent stem cells // Mol. Reprod. Dev. 2009. V. 76. № 8. P. 722–732. DOI: 10.1002/mrd.21021
8. Gunhanlar N., Shpak G., van der Kroeg M. et al. A simplified protocol for differentiation of electrophysiologically mature neuronal networks from human induced pluripotent stem cells // Mol. Psychiatry. 2018. V. 23. № 5. P. 1336–1344. DOI: 10.1038/mp.2017.56
9. Карагяур М.Н., Примак А.Л., Толстолужинская А.Е. и др. Сравнительный анализ потенциала технологий геномного редактирования и транс-сплайсинга для моделирования искомых геномных вариантов // Технологии живых систем. 2025. Т. 22. № 1. С. 60–78. DOI: 10.18127/j20700997-202501-05
10. https://cdn.origene.com/assets/documents/lentiviral/recommended_lentivirus_moi_for_common_cell_lines.pdf
11. Rapti K., Stillitano F., Karakikes I. et al. Effectiveness of gene delivery systems for pluripotent and differentiated cells // Mol. Ther. Methods Clin. Dev. 2015. № 2. P. 14067. DOI: 10.1038/mtm.2014.67
12. Tyurin-Kuzmin P.A., Karagyaur M.N., Kulebyakin K.Y. et al. Functional Heterogeneity of Protein Kinase A Activation in Multipotent Stromal Cells // Int. J. Mol. Sci. 2020. V. 21. № 12. P. 4442. DOI: 10.3390/ijms21124442
13. Perry C., Rayat A.C.M.E. Lentiviral Vector Bioprocessing // Viruses. 2021. V. 13. № 2. P. 268. DOI: 10.3390/v13020268
14. Liu C., Oikonomopoulos A., Sayed N., Wu J.C. Modeling human diseases with induced pluripotent stem cells: from 2D to 3D and beyond // Development. 2018. V. 145. № 5. P. dev156166. DOI: 10.1242/dev.156166
15. Unternaehrer J.J., Daley G.Q. Induced pluripotent stem cells for modelling human diseases // Philos. Trans. R. Soc. Lond. B Biol. Sci. 2011. V. 366. № 1575. P. 2274–2285. DOI: 10.1098/rstb.2011.0017
16. Gutierrez-Guerrero A., Cosset F.L., Verhoeyen E. Lentiviral Vector Pseudotypes: Precious Tools to Improve Gene Modification of Hematopoietic Cells for Research and Gene Therapy // Viruses. 2020. V. 12. № 9. P. 1016. DOI: 10.3390/v12091016
17. Kumar M., Keller B., Makalou N., Sutton R.E. Systematic determination of the packaging limit of lentiviral vectors // Hum. Gene Ther. 2001. V. 12. № 5. P. 1893–1905. DOI: 10.1089/104303401753153947
18. Zare M., Soleimani M., Mohammadian M. et al. Efficient biotechnological approach for lentiviral transduction of induced pluripotent stem cells // Artif. Cells Nanomed. Biotechnol. 2016. V. 44. № 2. P. 743–748. DOI: 10.3109/21691401.2014.982804