Summary

Um método rápido e eficiente para a purificação de células da endoderme Gerado de células estaminais embrionárias humanas

Published: March 03, 2016
doi:

Summary

Aqui, descrevemos um método para a purificação de células-tronco embrionárias humanas diferenciadas que estão comprometidos para a endoderme definitiva para a melhoria das aplicações a jusante e outras diferenciações.

Abstract

As capacidades de diferenciação de células estaminais pluripotentes, tais como células estaminais embrionárias (CES) permitem uma aplicação terapêutica potencial para terapias de substituição de células. Terminalmente tipos de células diferenciadas pode ser utilizado para o tratamento de várias doenças degenerativas. Diferenciação in vitro destas células no sentido de tecidos do pulmão, fígado e pâncreas requer como um primeiro passo na geração de células da endoderme definitivas. Este passo é para a posterior diferenciação em direcção tipos de células terminalmente maturados tais como células beta produtoras de insulina, hepatócitos, ou outros tipos de células derivadas de endoderme limitante da velocidade. As células que são comprometidas com a linhagem endoderme altamente expressar uma grande variedade de factores de transcrição, tais como Foxa2, Sox17, HNF1B, membros da família GATA, e o receptor da superfície CXCR4. No entanto, os protocolos de diferenciação são raramente de 100% eficiente. Aqui, nós descrevemos um método para a purificação de uma população de células CXCR4 + após a diferenciaçãona DE usando microesferas magnéticas. Esta purificação remove adicionalmente células de linhagens indesejados. O método de purificação suave é rápido e fiável e pode ser usado para melhorar as aplicações a jusante e diferenciações.

Introduction

As células estaminais pluripotentes, tais como células estaminais embrionárias (CES) têm a capacidade de se diferenciar em virtualmente qualquer tipo de células do corpo humano. Assim, os protocolos in vitro de diferenciação podem ser usadas para gerar numerosos tipos de células, tais como adultos cardiomiócitos 1, 2 hepatócitos, células beta 3, 4 ou epitelial de pulmão de células neuronais 5. Isso faz com que os CES uma ferramenta valiosa para o tratamento potencial de várias doenças degenerativas 3.

A diferenciação in vitro dos CES no sentido de tecidos adultos do pulmão, fígado e pâncreas requer um pseudo-gastrulação em células reminiscentes da endoderme definitivo (DE) 6. Uma vez que a diferenciação em direcção a jusante dos tipos de células somáticas atrás referidos é significativamente menos eficiente, uma endoderme diferenciação óptima é considerada como a taxa de limitação 7. As células que estão comprometidos para com a linhagem endoderme submeter chamudanças racteristic em seu perfil de expressão gênica. Genes reguladores mestre pluripotência são regulados negativamente, enquanto que a expressão de outros factores de transcrição tais como Foxa2, Sox17, HNF1B, membros da família GATA e o receptor da superfície CXCR4 é altamente regulada positivamente 6, 8, 9. CXCR4 é conhecido por ser transactivado por Smad2 / 3, a jusante de sinalização Nodal / TGF-β e Sox17 devido a locais de ligação específicos na sua região promotora 10. Assim, é um marcador muito adequado utilizado num certo número de relatórios de 6, 8, 11-13. Estas mudanças de expressão reflete um evento pseudo-gastrulação, em que os CES primeiro adquirir características de uma população de células streak-like primitivo e posteriormente comprometer na camada germinativa endoderme 6.

No entanto, os protocolos de diferenciação são raramente de 100% eficiente como algumas células podem resistir ao processo de diferenciação ou diferenciar em relação a outras linhagens não intencionais 14. Estas células podem Influe negativamentemaior diferenciação nce. Além disso, as células indiferenciadas residuais abrigar grandes riscos para experiências de transplante mais tarde e pode dar origem a teratomas 15-17.

Para remover estas células indesejadas cedo-CXCR4 na superfície marcador pode ser utilizado para a purificação de células que estão comprometidos para a DE 18. Aqui, nós descrevemos um método para a selecção positiva de células CXCR4 + a partir de culturas de diferenciação de ED. Para isso, o CXCR4 marcador de superfície está ligada por um anticorpo o qual, em seguida, por sua vez, liga-se a microesferas magnéticas. Ao contrário das condições adversas durante a separação por FACS, as células como DE-magneticamente marcadas podem então ser facilmente purificadas em um formato de bancada utilizando um método de purificação suave. Este protocolo proporciona um método simples para a remoção das populações de células que resistiram ao processo de diferenciação DE.

Protocol

1. Diferenciação de ESC Humano para o Endoderma Definitive Cultivar as células estaminais embrionárias humanas (CES) em uma incubadora a 37 ° C e 5% de CO 2. Revestimento um novo 6 poços da placa de cultura de células com 1 ml de uma matriz de membrana basal e incubar a cultura-louças durante pelo menos 30 min à temperatura ambiente. Para obter detalhes específicos por favor, ligue com as instruções dos respectivos fabricantes. Confirmar que os CES humanas cultivadas…

Representative Results

Após a diferenciação CES sofrer alterações drásticas no gene e a expressão da proteína. A Figura 1 representa genes marcadores típicos que podem ser utilizados para verificar uma diferenciação endoderme bem sucedida. Alvos principais para a análise de expressão gênica são GSC, Foxa2 e Sox17. Em uma análise de expressão gênica relativa especialmente Foxa2 e Sox17 são aumentados em> 2.000…

Discussion

protocolos de diferenciação utilizados actualmente raramente resultam em células diferenciadas 100%. Por razões que ainda têm de ser abordadas algumas células resistir ao processo de diferenciação. Dependendo da eficiência do protocolo utilizado diferenciação e a propensão do CES alinhar um certo número de células pluripotentes residuais são vulgarmente observadas mesmo após a diferenciação em endoderme definitiva. Estas células residuais pode prejudicar diferenciações a jusante ou uma análise mais…

Offenlegungen

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

A assistência técnica hábil de Jasmin Kresse é reconhecido agradecimento.

Materials

Hues8 human embryonic stem cell line Harvard Department of stem cell & regenerative biology NA Suitable cell line for endoderm generation
Hes3 human embryonic stem cell line ES Cell International NA Suitable and robust cell line for endoderm generation
mTeSR1 Stemcell Technologies 5850 ESC culture medium
FCS Biowest S1860
Advanced RPMI 1640 Life Technologies 12633012
CD184 (CXCR4)-APC, human Miltenyi Biotec 130-098-357
anti-APC MicroBeads Miltenyi Biotec 130-090-855 
OctoMACS Separator Miltenyi Biotec 130-042-109 magnetic field
Y-27632 Selleck Chemicals S1049 ROCK inhibitor
CHIR-99021 Tocris Bioscience 4423
Activin A Peprotech 120-14
Gentle Cell Dissociation Reagent Stemcell Technologies 7174 Enzyme-free passaging solution, alternative: Trypsin/EDTA
Matrigel* Corning 354277 basement membrane matrix
* solve and store in aliquots at -80 °C as outlined in the suppliers manual. Upon use, thaw on ice, dilute in 25 ml ice-cold knockout DMEM/F-12.
Add 1 ml to each well of a 6-well plate and incubate for 45 min at room temperature.
Remove the matrigel and use immediately.
MS Columns Miltenyi Biotec 30-042-201
MACS Separator Miltenyi Biotec 130-042-302
Human FOXA2 FW
gggagcggtgaagatgga
Life Technologies NA
Human FOXA2 REV
tcatgttgctcacggaggagta
Life Technologies NA
Human GSC FW
gaggagaaagtggaggtctggtt
Life Technologies NA
Human GSC REV
ctctgatgaggaccgcttctg
Life Technologies NA
SOX17 TaqMan assay Applied Biosystems Hs00751752_s1
Human SOX7 FW
gatgctgggaaagtcgtggaagg
Life Technologies NA
Human SOX7 REV
tgcgcggccggtacttgtag
Life Technologies NA
Human POU5F1 FW
cttgctgcagaagtgggtggagg
Life Technologies NA
Human POU5F1 REV
ctgcagtgtgggtttcgggca
Life Technologies NA
Human Nanog FW
ccgagggcagacatcatcc
Life Technologies NA
Human Nanog REV
ccatccactgccacatcttct
Life Technologies NA
Human TBP FW
caa cag cct gcc acc tta cgc tc
Life Technologies NA
Human TBP REV
agg ctg tgg ggt cag tcc agt g
Life Technologies NA
Human TUBA1A FW
ggc agt gtt tgt aga ctt gga acc c
Life Technologies NA
Human TUBA1A REV
tgt gat aag ttg ctc agg gtg gaa g
Life Technologies NA
Human G6PD FW
agg ccg tca cca aga aca ttc a
Life Technologies NA
Human G6PD REV
cga tga tgc ggt tcc agc cta t
Life Technologies NA
Anti-SOX2 Santa Cruz Biotechnology sc-17320
Anti-FOXA2 MerckMillipore 07-633
Anti-SOX17 R&D Systems AF1924
NA = not applicable

Referenzen

  1. Sharma, A., Li, G., Rajarajan, K., Hamaguchi, R., Burridge, P. W., Wu, S. M. Derivation of Highly Purified Cardiomyocytes from Human Induced Pluripotent Stem Cells Using Small Molecule-modulated Differentiation and Subsequent Glucose Starvation. J Vis Exp. (97), (2015).
  2. Sgodda, M., et al. Improved hepatic differentiation strategies for human induced pluripotent stem cells. Curr Mol Med. 13 (5), 842-855 (2013).
  3. Naujok, O., Burns, C., Jones, P. M., Lenzen, S. Insulin-producing surrogate beta-cells from embryonic stem cells: are we there yet. Mol Ther. 19 (10), 1759-1768 (2011).
  4. Katsirntaki, K., et al. Bronchoalveolar sublineage specification of pluripotent stem cells: effect of dexamethasone plus cAMP-elevating agents and keratinocyte growth factor. Tissue Eng Part A. 21 (3-4), 669-682 (2015).
  5. Abranches, E., et al. Neural differentiation of embryonic stem cells in vitro: a road map to neurogenesis in the embryo. PLoS One. 4 (7), e6286 (2009).
  6. Naujok, O., Diekmann, U., Lenzen, S. The generation of definitive endoderm from human embryonic stem cells is initially independent from activin A but requires canonical Wnt-signaling. Stem Cell Rev. 10 (4), 480-493 (2014).
  7. D’Amour, K. A., et al. Production of pancreatic hormone-expressing endocrine cells from human embryonic stem cells. Nat Biotechnol. 24 (11), 1392-1401 (2006).
  8. Diekmann, U., Lenzen, S., Naujok, O. A reliable and efficient protocol for human pluripotent stem cell differentiation into the definitive endoderm based on dispersed single cells. Stem Cells Dev. 24 (2), 190-204 (2015).
  9. Kim, P. T., Ong, C. J. Differentiation of definitive endoderm from mouse embryonic stem cells. Results Probl Cell Differ. 55, 303-319 (2012).
  10. Katoh, M., Katoh, M. Integrative genomic analyses of CXCR4: transcriptional regulation of CXCR4 based on TGFbeta, Nodal, Activin signaling and POU5F1, FOXA2, FOXC2, FOXH1, SOX17, and GFI1 transcription factors. Int J Oncol. 36 (2), 415-420 (2010).
  11. Nostro, M. C., et al. Stage-specific signaling through TGFbeta family members and WNT regulates patterning and pancreatic specification of human pluripotent stem cells. Development. 138 (5), 861-871 (2011).
  12. Rezania, A., et al. Maturation of human embryonic stem cell-derived pancreatic progenitors into functional islets capable of treating pre-existing diabetes in mice. Diabetes. 61 (8), 2016-2029 (2012).
  13. Bruin, J. E., et al. Maturation and function of human embryonic stem cell-derived pancreatic progenitors in macroencapsulation devices following transplant into mice. Diabetologia. 56 (9), 1987-1998 (2013).
  14. Fu, W., Wang, S. J., Zhou, G. D., Liu, W., Cao, Y., Zhang, W. J. Residual undifferentiated cells during differentiation of induced pluripotent stem cells in vitro and in vivo. Stem Cells Dev. 21 (4), 521-529 (2012).
  15. Hentze, H., Soong, P. L., Wang, S. T., Phillips, B. W., Putti, T. C., Dunn, N. R. Teratoma formation by human embryonic stem cells: evaluation of essential parameters for future safety studies. Stem Cell Res. 2 (3), 198-210 (2009).
  16. Herberts, C. A., Kwa, M. S., Hermsen, H. P. Risk factors in the development of stem cell therapy. J Transl Med. 9, 29 (2011).
  17. Naujok, O., Kaldrack, J., Taivankhuu, T., Jörns, A., Lenzen, S. Selective removal of undifferentiated embryonic stem cells from differentiation cultures through HSV1 thymidine kinase and ganciclovir treatment. Stem Cell Rev. 6 (3), 450-461 (2010).
  18. Pan, Y., Ouyang, Z., Wong, W. H., Baker, J. C. A new FACS approach isolates hESC derived endoderm using transcription factors. PLoS One. 6 (3), 17536 (2011).

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Diesen Artikel zitieren
Davenport, C., Diekmann, U., Naujok, O. A Quick and Efficient Method for the Purification of Endoderm Cells Generated from Human Embryonic Stem Cells. J. Vis. Exp. (109), e53655, doi:10.3791/53655 (2016).

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