Summary

La inducción directa de las células madre neurales humanas a partir de células de sangre periférica progenitoras hematopoyéticas

Published: January 28, 2015
doi:

Summary

Se desarrolló un método para derivar directamente las células madre neurales humanas a partir de células progenitoras hematopoyéticas enriquecidas a partir de células de sangre periférica.

Abstract

Enfermedad humana cultivos neuronales específicas son esenciales para la generación de modelos in vitro para enfermedades neurológicas humanas. Sin embargo, la falta de acceso a los cultivos primarios neuronales adultas humanas plantea desafíos únicos. La evolución reciente de las células madre pluripotentes inducidas (IPSC) ofrece un enfoque alternativo para derivar culturas neuronales de fibroblastos de la piel a través de paciente específico IPSC, pero este proceso es laborioso, requiere conocimientos especiales y grandes cantidades de recursos, y puede tomar varios meses. Esto impide la amplia aplicación de esta tecnología para el estudio de enfermedades neurológicas. Para superar algunos de estos problemas, hemos desarrollado un método para obtener células madre neurales directamente de la sangre periférica humano adulto, sin pasar por el proceso de derivación de IPSC. Las células progenitoras hematopoyéticas enriquecidas a partir de sangre periférica humana adulta se cultivaron in vitro y se transfectaron con los vectores de virus Sendai que contienen factores de transcripción Sox2, Oct3/4, Klf4 y c-Myc. Los resultados de transfección en cambios morfológicos en las células que se seleccionan aún más mediante el uso de medio progenitora neural humano que contiene factor de crecimiento de fibroblastos básico (bFGF) y factor de crecimiento endotelial vascular (VEGF). Las células resultantes se caracterizan por la expresión de marcadores de células madre neuronales, tales como nestina y SOX2. Estas células madre neurales podrían diferenciarse aún más a las neuronas, oligodendrocitos astroglia y en medio de diferenciación especificado. Usando muestras de sangre periférica humana de fácil acceso, este método podría utilizarse para obtener células madre neuronales para una mayor diferenciación de las células neuronales para el modelado in vitro de los trastornos neurológicos y puede avanzar en estudios relacionados con la patogénesis y el tratamiento de esas enfermedades.

Introduction

In vitro cultivos neuronales se han utilizado como una herramienta fundamental para estudios de enfermedades neurológicas. Primarios de origen animal (principalmente roedores) los cultivos neuronales 1, 2 y líneas de células neurales humanas derivadas de gliomas u otros tumores son los más comúnmente utilizados en tales estudios. Sin embargo, se ha reconocido que existen diferencias significativas entre roedores y células humanas. Muchos hallazgos basados ​​en roedores no pueden ser traducidos a los seres humanos. Por otra parte, con el rápido desarrollo de análisis de la información genómica masiva y la edición de genes relativamente fácil y la secuenciación del genoma, la tendencia es cada vez más orientado a descubrir la enfermedad genes propensos y delinear sus funciones y roles en enfermedades específicas, lo que hace que los pocos neuronal humano líneas celulares sólo han limitado su uso. En teoría, los cultivos neuronales primarios humanos derivadas de muestras de sistema nervioso del paciente son la mejor opción, pero son imposibles de obtener; meth por lo tanto alternativaSAO son necesarios. En los últimos años, se hayan interpuesto algunos enfoques, con dos que son los más distinguibles. Tras el desarrollo de la técnica de generar células madre pluripotentes inducidas (IPSC) a través del ratón y células somáticas humanas 3, 4, células neurales podría estar más diferenciada de ellos 5-7. Sin embargo, la generación y caracterización de IPSC exige mucha mano de obra, las técnicas, y la entrada de tiempo, a veces incluso prohibitivo. Poco después, otro enfoque fue desarrollado para transformar directamente las células neuronales a partir de células somáticas 8, 9. Como las neuronas resultantes son no proliferativa, limita su aplicación en estudios intensivos y la detección de drogas, que requiere una gran cantidad de células. Para aprovechar las ventajas de ambas técnicas, la derivación directa de la madre neurales / células progenitoras a partir de células somáticas ha sido explorado por varios grupos 10-12, que no pasa por el tedioso proceso de generación y caracterización de IPSC pero todavía Provides un buen número de células madre neurales de diferenciación neuronal después. Hemos demostrado previamente que, tras la introducción de los factores de transcripción Yamanaka en células progenitoras hematopoyéticas, células madre neurales pueden ser generados directamente utilizando una célula progenitora neural seleccionando medio 13. Aquí, se presenta el método en detalle.

Protocol

1. Enriquecimiento de las células progenitoras hematopoyéticas de sangre entera adulto NOTA: células progenitoras hematopoyéticas o células CD34 + se pueden purificar a partir de células mononucleares de sangre periférica (PBMCs) derivadas de una variedad de fuentes, incluyendo sangre del cordón umbilical, material de leucaféresis y la sangre entera utilizando métodos basados ​​centrifugación en gradiente de densidad. El método enumerado aquí utiliza la sangre entera como un e…

Representative Results

La calidad de las células CD34 es crítico para el éxito de la transducción de células madre neural. Células CD34 de alta calidad proliferan durante el primer par de días de cultivo y aparecen como no adherente, células homogéneamente redondas, flotando justo por encima de la parte inferior de los recipientes de cultivo (Figura 1). Los resultados de infección exitosas en agregados de células, que se expande a través del tiempo (Figura 1B), mientras que se pueden produci…

Discussion

Se proporciona un protocolo detallado para generar directamente las células madre neurales a partir de células progenitoras hematopoyéticas periféricas.

En comparación con células de fibroblastos, la sangre periférica humana es más accesible. Utilizando el protocolo presentado, más de 1 x 10 5 células progenitoras hematopoyéticas o células CD34 positivas, pueden enriquecerse a partir de 10 ml de sangre entera. Aunque la contaminación con plaquetas por lo general no se…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

The authors have no conflicts of interest to disclose.

Materials

Material List
Name Company Catalog Number Comments
Lymphocyte Separation Medium Lonza 17-829E 1 X
SepMate Stemcell Technologies 15415 15 mL
Human Serum Invitrogen 34005-100
Antibiotics Gibco 15240-062 1%
CD34 MultiSort Kit Miltenyi Biotec 130-056-701
EDTA Cellgro 46-034-Cl  2mM
MACS LS Column Miltenyi Biotec 130-042-401
StemSpan SFEM Medium Stemcell Technologies 9650 1X
IMDM Quality Biologicals 112-035-101 1X
TPO Peprotech 300-18 100 ng/mL
Flt-3 Peprotech 300-19 100 ng/mL
SCF Peprotech 300-07 100 ng/mL
IL-6 Peprotech 200-06 20 ng/mL
IL-7  Peprotech 200-07 20 ng/mL
IPS Sendai Reprogramming Kit Life technologies A1378001
Cell scraper Sarstedt 83.183
DMSO Sigma D2650
CryoTube vials Thermo 368632
Mr. Frosty container Thermo 5100-0001
DMEM/F12 Life technologies 12400-024 1X
N2 supplement Life technologies 17502-048 1X
Bovine serum albumin Sigma A2934 0.1% (w/v)
bFGF Peprotech 100-18B 20 ng/ml
EGF Peprotech AF-100-15
B27 supplement Life technologies 17504-044 1X
NSC serum free medium Life Technologies A1050901 1X
Poly-D-lysine/laminin coated cover slips BD Bioscences 354087
cAMP Sigma A9501 300 ng/ml
Vitamin C Sigma A0278 0.2 mM
BDNF Peprotech 450-02 10 ng/ml
GDNF Peprotech 450-10 10 ng/ml
Poly-L-Ornithine Sigma P4957 1X
PDGF-AA Peprotech 100-13A 10 ng/ml
NT-3 Peprotech 450-03 2 ng/ml
Shh Peprotech 1314-SH/CF 2 ng/ml
T3 Sigma T6397 3 nM
PFA Sigma P6148 4%
PBS Quality Biological 119-069-101 1X
Goat serum Sigma G9023 4%
TritonX-100 Sigma T9284
Mouse monoclonal anti-Nestin Millipore AB5922 1:1000 dilution
Anti-SOX2  antibody Applied Stemcell ASA0120 Ready to use
Mouse anti-βIII-tubulin antibody Promega G712A 1:1000 dilution
Rabbit anti-GFAP antibody Sigma G4546 1:100 dilution
Anti-O4 antibody R&D Systems MAB1326 IgM; 1 ng/ml
Alexa Fluor 594 goat anti-rabbit antibody Life techniologies A11012 1:400 dilution
Alexa Fluor 488 goat anti-mouse antibody Life techniologies A11001 1:400 dilution
Alexa Fluor 488 goat anti-mouse IgM antibody Life techniologies A21042 1:250 dilution
DAPI Sigma D9542 1 ug/ml

References

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Cite This Article
Wang, T., Choi, E., Monaco, M. C. G., Major, E. O., Medynets, M., Nath, A. Direct Induction of Human Neural Stem Cells from Peripheral Blood Hematopoietic Progenitor Cells. J. Vis. Exp. (95), e52298, doi:10.3791/52298 (2015).

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