Оптимизация технологии лентивирусной трансдукции индуцированных плюрипотентных стволовых клеток и нейральных прогениторов человека

К.Д. Бозов; А.Н. Великанов; В.С. Усатова; М.А. Берестовой; М.Е. Илларионова; Л.С. Гонжал; С.С. Джауари; Л.Н. Шкарина; А.Л. Примак; Е.В. Семина; Л.М. Самоходская; П.С. Климович; В.С. Попов; Е.А. Нейфельд; М.Н. Карагяур

doi:10.18127/j20700997-202602-02

Оптимизация технологии лентивирусной трансдукции индуцированных плюрипотентных стволовых клеток и нейральных прогениторов человека

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

научная статья УДК 577, 616.89 Страницы: 26-36 doi.org/10.18127/j20700997-202602-02

^{1,2,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15} 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)

Ключевые слова: Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки нейральные прогениторные клетки трансдукция лентивирусные частицы

Аннотация

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.

Поступила: 21.11.2025
Одобрена: 21.11.2025
Принята: 04.03.2026

Для цитирования

Бозов К.Д., Великанов А.Н., Усатова В.С., Берестовой М.А., Илларионова М.Е., Гонжал Л.С., Джауари С.С., Шкарина Л.Н., Примак А.Л., Семина Е.В., Самоходская Л.М., Климович П.С., Попов В.С., Нейфельд Е.А., Карагяур М.Н. Оптимизация технологии лентивирусной трансдукции индуцированных плюрипотентных стволовых клеток и нейральных прогениторов человека // Технологии живых систем. 2026. № 2. С. 26–36. DOI: https://doi.org/10.18127/j20700997-202602-02

Список источников

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
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
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
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
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
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
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
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
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
https://cdn.origene.com/assets/documents/lentiviral/recommended_lentivirus_moi_for_common_cell_lines.pdf
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
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
Perry C., Rayat A.C.M.E. Lentiviral Vector Bioprocessing // Viruses. 2021. V. 13. № 2. P. 268. DOI: 10.3390/v13020268
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
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
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
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
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

[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

Аннотация

Для цитирования

Похожие статьи