This publication demonstrates methods for successful sampling and culture of nasal epithelial mucosa from children, and reprogramming these cells to induced Pluripotent Stem Cells (iPSCs).
Nasal epithelial cells (NECs) are the part of the airways that respond to air pollutants and are the first cells infected with respiratory viruses. They are also involved in many airway diseases through their innate immune response and interaction with immune and airway stromal cells. NECs are of particular interest for studies in children due to their accessibility during clinical visits. Human induced pluripotent stem cells (iPSCs) have been generated from multiple cell types and are a powerful tool for modeling human development and disease, as well as for their potential applications in regenerative medicine. This is the first protocol to lay out methods for successful generation of iPSCs from NECs derived from pediatric participants for research purposes. It describes how to obtain nasal epithelial cells from children, how to generate primary NEC cultures from these samples, and how to reprogram primary NECs into well-characterized iPSCs. Nasal mucosa samples are useful in epidemiological studies related to the effects of air pollution in children, and provide an important tool for studying airway disease. Primary nasal cells and iPSCs derived from them can be a tool for providing unlimited material for patient-specific research in diverse areas of airway epithelial biology, including asthma and COPD research.
Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки из человеческих образцов (hiPSCs) являются быстро развивающейся технологии исследований стволовых клеток. Они предлагают альтернативу эмбриональных стволовых клеток (чЭСК) исследования с гораздо меньшим количеством этических и моральных недостатков 1,2. Несмотря на то, что они не эпигенетически идентичны ЭСК 3-5, hiPSCs предлагают уникальный способ моделирования развития и болезней фенотип, и они могут быть получены из тканей , имеющих отношение к болезненному состоянию 5-8. Новые методы генерации hiPSCs постоянно изучается в целях определения оптимальных типов клеток для начала, как способ подготовки GMP качества ИПСК подходящие для трансплантации, а также для повышения оперативности и эффективности процесса перепрограммирования 6,9-11.
Эпителиальных клеток дыхательных путей имеют решающее значение в развитии аллергического воспаления 12, и эпителий является основной движущей силой аллергических реакций и ремоделирования дыхательных путей через взаимодействие с Immunе и стромальных клеток. Эпителий дыхательных путях играет существенную роль в возникновении и настойчивости легочных заболеваний, таких как астма. Тем не менее, нижних дыхательных путей эпителиальные клетки трудно получить в клинической практике, особенно у здоровых пациентов контрольной группы и детей. Данные нескольких исследований подтверждают предположение , что эпителиальные клетки слизистой оболочки носа являются действительным и практичным прокси – сервер для нижних дыхательных путей эпителиальных клеток 13-20, особенно при изучении ответов на загрязнителей воздуха и аллергенов. Слизистую оболочку носа состоит из более чем 90% ресничная эпителиальных клеток дыхательных путей и отбор проб эти носовые эпителиальные клетки (НИКС) могут быть легко выполнены в детей в возрасте четырех лет или пять, так как она является менее инвазивным, чем другие методы отбора проб клеток / тканей и связано с минимальным риском развития побочных эффектов , таких как инфекции 20-23. Он предлагает быстрый и простой способ попробовать как здоровых, так и больных детей, оставшихся без длительного, ненужного, и часто болезненного бронхоскопии процедуры, применяемыеРез, которые требуют седации. Предыдущие исследования показали , что болезнь подтипы , связанные с тяжестью астмы можно выделить как в слизистой оболочке носа, а также образцы бронхиальных клеток , взятых у детей , страдающих астмой, и экспрессия генов между этими двумя типами тканей была одинаковой в примерно 90% не повсеместным генов 22 , 24. В качестве источника для ИПСК, НПВ, имеют преимущества перед другими часто используемыми типами клеток. Фибробласты часто используются для генерации иПСК, но хотя эти клетки могут легко быть выращены из биопсии кожи, этот процесс обычно требует местной анестезии, надрез, и шовные материалы, и связано с некоторым риском инфицирования. Таким образом, получения информированного согласия пациентов для этого типа биопсии может быть трудно 25. Одной из альтернатив фибробластов является мононуклеарных клеток периферической крови (РВМС). Тем не менее, это может быть трудно получить достаточное количество крови для генерации иПСК от педиатрических больных. Кроме того, существуют ограничения нижнего течения ардля фибробластов складки и производных ИПСК клеток крови, в особенности их дифференциации способности к определенным типам клеток 5,26. Поэтому, учитывая относительную доступность и низкий риск побочных эффектов после их сбора, НИКС представляют собой идеальный источник клеток для генерации иПСК из педиатрической популяции.
иПСК получили много внимания в последнее время в качестве платформы для изучения развития человеческого потенциала, создавая новые модели заболеваний, и как потенциальный источник клеток для персонализированной терапии. Перед тем как полный потенциал этой технологии могут быть реализованы, молекулярные основ процесса перепрограммирования должны быть выяснены, но сейчас этот протокол и процедуры, изложенные в поясняют исследования исследований, направленных на дыхательных путях воздействия, а также обеспечить платформу для изучая эффекты персонализированной медицины с участием иПСК.
Совместная работа нескольких лабораторий привела к Generatioп успешной методики не только отбор проб слизистой оболочки носа, но и культивированием НИКС и перепрограммирования эти клетки ИПСК 23. В данной статье приводится краткое описание протокола для оптимального отбора образцов, культивирования и условий перепрограммирования.
Носовые эпителиальные клетки (НПВ) являются доступными платформой для изучения заболеваний дыхательных путей, а также NEC-иПСК предлагают захватывающий авеню , чтобы исследовать развитие болезни, лечение и терапию 1,31,32. НИКС могут быть легко получены без стрессовых или потенциаль…
The authors have nothing to disclose.
Авторы хотели бы отметить плюрипотентных стволовых клеток Facility и конфокальной микроскопии керн при Детской больницы Цинциннати. Эта работа была поддержана R21AI119236 (HJ), R21AI101375 (HJ), NIH / NCATS 8UL1TR000077-04 (HJ), U19 AI070412 (HJ) и 2U19AI70235 (GKKH).
15mL conical | Fisher Scientific | 14-959-49D | Protocol Step 1.1. |
BEGM | Lonza | CC-3170 | Protocol Step 1.1. |
Penn/Strep/Fungicide | Life Technologies | 15240-062 | Protocol Step 1.1. |
Penn/Strep | Life Technologies | 15140-122 | Protocol Step 4.a. |
cytosoft cytology brush | Fisher Scientific | 22-263-357 | Protocol Step 1.2. |
trypan blue | Fisher Scientific | MT-25-900-CI | Protocol Step 2.1. |
hemacytometer | Fisher Scientific | 02-671-54 | Protocol Step 2.1. |
PBS | Fisher Scientific | BP2438-4 | Protocol Step 2.2. |
Cytology Funnel Clips | Fisher Scientific | 10-357 | Protocol Step 2.2. |
cytospin funnel | Fisher Scientific | 23-640-320 | Protocol Step 2.2. |
Cytospin 4 | Fisher Scientific | A78300003 | Protocol Step 2.2. |
blank slide | Fisher Scientific | S95933 | Protocol Step 2.2. |
hema 3 stain kit | Fisher Scientific | 22-122-911 | Protocol Step 2.2. |
Bovine Dermal Colagen, type 1 | Life Technologies | A1064401 | Protocol Step 3.2. |
T25 flask | Fisher Scientific | 08-772-45 | Protocol Step 3.3. |
Trypsin | Lonza | CC-5012 | Protocol Step 5.2. |
Trypsin Neutralizing Solution | Lonza | CC-5002 | Protocol Step 5.2. |
Fetal Bovine Serum (FBS), heat sterilized at 65°C for 30min | Sigma-Aldrich | F2442 | Protocol Step 5.5. |
Dimethyl sulfoxide Hybri-Max™, sterile-filtered, BioReagent, suitable for hybridoma, ≥99.7% - | Sigma-Aldrich | D2650 | Protocol Step 5.5. |
polycistonic lentivirus* | e.g. Millipore | SCR511 | Protocol Step 6.4. A commercial source of reprogramming vector is listed. We routinely use the 4-in-1 plasmid reported by Voelkel et al (PMID: 20385817) to generate VSV-G-pseudotyped polycistronic reprogramming lentivirus in-house. This plasmid can be obtained by contacting |
polybrene | Santa Cruz Biotechnology | sc-134220 | Protocol Step 6.4. |
Irradiated CF1 MEFs | GlobalStem | GSC-6301G | Protocol Step 6.4. |
hESC media | See recipe included in protocol | Protocol Step 6.11. | |
SB431542 | Stemgent | 04-0010 | Protocol Step 6.11. |
PD0325901 | Stemgent | 04-0006 | Protocol Step 6.11. |
Thiazovivin | Stemgent | 04-0017 | Protocol Step 6.11. |
hESC-qualified Matrigel | BD Biosciences | 354277 | Protocol Step 6.13. |
Corning plate, 6 well | Fisher Scientific | 08-772-1B | Protocol Step 6.13. |
mTeSR1 | StemCell | 5850 | Protocol Step 6.13. |
250mL disposable filter flask (0.22µm) | Fisher | SCGP-U02-RE | |
dispase | StemCell | 7923 | Protocol Step 7.3. |
DMEM/F12 | Life Technologies | 11320-033 | Protocol Step 7.3. |
cell lifter | Fisher Scientific | 08-100-240 | Protocol Step 7.4. |
hESC Media** | Protocol Step 6.11. components should be mixed and then filter sterilized. Media can be kept at 4°C for up to two weeks. When warming media, do not leave at 37°C longer than 15 min |
||
DMEM-F12 50/50 media | Invitrogen | 11330-032 | Final Concentration |
KO replacement serum (KO-SR) | Invitrogen | 10828-028 | 0.2 |
200mM L-glutamine | Invitrogen | 25030-081 | 1mM |
55mM ß-mercaptoethanol | Invitrogen | 21985-023 | 0.1mM |
100x non-essential amino acids | Invitrogen | 11140-050 | 1x |
2ug/mL Basic-Fibroblast Growth Factor (b-FGF) | Invitrogen | 13256-029 | 4ng/mL |