Rapid generation of Col7a1−/− mouse model of recessive dystrophic epidermolysis bullosa and partial rescue via immunosuppressive dermal mesenchymal stem cells

Abstract

Recessive dystrophic epidermolysis bullosa (RDEB) is a debilitating and ultimately lethal blistering disease caused by mutations to the Col7a1−/− gene. Development of novel cell therapies for the treatment of RDEB would be fostered by having immunodeficient mouse models able to accept human cell grafts; however, immunodeficient models of many genodermatoses such as RDEB are lacking. To overcome this limitation, we combined the clustered regularly interspaced short palindromic repeats and associated nuclease (CRISPR/Cas9) system with microinjection into NOD/SCID IL2rγcnull (NSG) embryos to rapidly develop an immunodeficient Col7a1−/− mouse model of RDEB. Through dose optimization, we achieve F0 biallelic knockout efficiencies exceeding 80%, allowing us to quickly generate large numbers of RDEB NSG mice for experimental use. Using this strategy, we clearly demonstrate important strain-specific differences in RDEB pathology that could underlie discordant results observed between independent studies and establish the utility of this system in proof-of-concept human cellular transplantation experiments. Importantly, we uncover the ability of a recently identified skin resident immunomodulatory dermal mesenchymal stem cell marked by ABCB5 to reduce RDEB pathology and dramatically extend the lifespan of RDEB NSG mice via reduced skin infiltration of inflammatory myeloid derivatives.

Intradermal Injection of Bone Marrow Mesenchymal Stromal Cells Corrects Recessive Dystrophic Epidermolysis Bullosa in a Xenograft Model

“…However, ID injections could be repeated over time to sustain clinical benefit in RDEB patients. In addition, systemic delivery of hBM-MSCs could be envisaged, although the extent to which systemic delivery of hBM-MSCs allows engraftment of injected cells in the skin and restoration of C7 is not known (Webber et al, 2017). Therefore, if the treatment has to be repeated for a long period, the risk of allo-reactions to allogeneic hBM-MSCs through the semidirect allorecognition pathway (Alegre et al, 2016) may impair the efficacy of these approaches.…”

Stammzell-basierter biologischer Gefäßersatz

“…Seit Mitte der 1980er-Jahre wurde der zu dieser Zeit als hoch innovativ angesehene Forschungs- und Entwicklungsansatz von künstlich generierten biologischen Gefäßsegmenten aus in vitro gezüchteten, humanen Gefäßzellen in biologischen oder synthetischen, biodegradierbaren Grundstrukturen (Scaffolds) ent-scheidend weiterverfolgt [28]. In Bioreaktoren wurden diese künstlichen und anfänglich teils porösen Gefäßsegmente unter Zugabe verschiedener löslicher zellulärerWachstumsfaktoren zu stabilen tubulären Konstrukten weiterentwickelt und einer kontinuierlichen Druck- und Flusskonditionierung unterzogen, um sie mit den notwendigen biologischen Eigenschaften auszustatten.…”

“…ABCB5 ist verantwortlich für die Ausschleusung spezifischer Substanzen aus der Zelle und wird durch die Multidrug-resistence (MDR-)Gene kodiert [5]. Ursprünglich in Vorläuferzellen der Haut aufgezeigt [5, 19, 28], wurden zwischenzeitlich ABCB5-positive Stammund Vorläuferzellen in unterschiedlichsten zusätzlichen Geweben wie der Plazenta, den Kolonkrypten, und dem Limbus der Augenhornhaut beschrieben [9, 26, 27, 29]. ABCB5 reguliert dabei durch antiapoptotische Funktionen die Aufrechterhaltung des Stammzellphänotyps dieser Zellen.…”

“…ABCB5 reguliert dabei durch antiapoptotische Funktionen die Aufrechterhaltung des Stammzellphänotyps dieser Zellen. Zusätzlich besitzen dermale ABCB5-positive Zellen wichtige immunitätsmodulierende und antiinflammatorische Funktionen, die im Rahmen einer möglichen Anwendung im Tissue-Engineering wichtige Vorteile bieten könnten [19, 28]. Möglicherweise stellen dermale ABCB5-positive Stammzellen somit zukünftig eine neue Ressource für autologe, d.h. nicht zu reprogrammierende Stammzellen für ein effektiveres vaskuläres Tissue-Engineering dar.…”

Process data of allogeneic ex vivo-expanded ABCB5+ mesenchymal stromal cells for human use: Off-the-shelf GMP-manufactured donor-independent ATMP

“…Covering all three principal mechanisms (i.e., immunomodulation, adaptive secretion of anti-in ammatory and pro-angiogenic biomolecules, and multilineage differentiation) by which MSCs can contribute to in ammation control and tissue repair, skin-derived ABCB5 + MSCs offer a broad spectrum of potential therapeutic indications associated not only with skin-related but also systemic in ammatory and/or degenerative processes. In preclinical studies, ABCB5 + MSCs delivered signi cant bene t in mouse models of chronic skin wounds [6], epidermolysis bullosa [9] and liver disease [10]. In a rst in-human clinical trial, topically applied ex vivo-expanded ABCB5 + MSCs facilitated wound closure of standard therapy-resistant chronic venous ulcers [11].…”