Здесь мы представляем протокол, чтобы точно сформировать гемогенный эндотелий из человеческих плюрипотентных стволовых клеток в кормушки и ксено-свободного состояния. Этот метод будет иметь широкое применение в моделировании заболеваний и скрининге терапевтических соединений.
Получение функциональных гематопоитических стволовых клеток и клеток-прародителей (HSPCs) из плюрипотентных стволовых клеток человека (ПСК) было неуловимой целью для аутологичных трансплантаций для лечения гематологических и злокачественных расстройств. Гемогенный эндотелий (HE) является поддающейся платформе для производства функциональных HSPCs по транскрипции факторов или индуцировать лимфоциты в надежной манере. Тем не менее, текущие методы получения HE являются дорогостоящими или переменной в выходе. В этом протоколе мы разработали экономичный и точный метод получения HE в течение 4 дней в фидер- и ксено-свободноопределенном состоянии. В результате он прошел эндотелиальный к гематопоическому переходу и произвел CD34иCD45– клоногенные гематопоиетические прародители. Потенциальная способность нашей платформы для генерации функциональных HSPCs будет иметь широкое применение в моделировании заболеваний и скрининге терапевтических соединений.
Разработка новых терапевтических средств для лечения гематологических и иммунологических расстройств затруднена отсутствием надежных платформ для моделирования заболеваний и высокой пропускной проликворемой скрининга лекарственных средств с аутологичными гематопоитическими стволовыми клетками (ГСК), полученными от пациента плюрипотентных стволовых клеток (ПСЦ). Прорыв индуцированной (i)PSC технологии обещает моделировать болезни из клеток пациентов, но создание функциональных HSCs от пациента iPSCs было неуловимым. Для того, чтобы получить HSCs из человека PSCs, надлежащей индукцииэмбриональных моделей и транскрипционных программ является ключевым 1,2,3,4,5,6, 7,8. Недавний прогресс в гематопоическом развитии продемонстрировал роль гемогенного эндотелия (HE) в развитии HSC9. Он может быть индуцирован из PSCs и поддается вниз по течению вмешательства, такие как передача генов10,11,12,13. Используя HE в качестве платформы, сочетание 5 транскрипционных факторов(ERG, HOXA5, HOXA9, LCOR, RUNX1) успешно индуцированных функциональных HSCs, которые прививают долгосрочные и дифференцировать в несколько линий14. Однако переменная и неэффективная генерация ЛГ из ЧоС препятствует систематическому манипуляции и анализу клеток наряду с готовым производством и крупномасштабной индукцией гематопогетических клеток для клинического использования.
Здесь мы описываем экономически эффективный и точный метод получения he в течение 4 дней с фидером- и ксено-свободного определенного состояния. В этом методе, сфероид образования и спонтанного повторного уплощения на iMarix-511 обеспечивает последовательную плотность psC колоний, что имеет решающее значение для эффективной индукции клеток ЕГ.
Наш метод индукции без фидера и ксено предлагает точную и экономичную платформу для вывоза клеток HE масштабируемым образом. Точное образование гемогенного эндотелия в обычных протоколах10,11,12,13,14 было затруднено из-за отсутствия точного контроля плотности и размера колонии ПСК, которая влияет на эффективность дифференциации направленной на основе морфогена/цитокинов. Мы испытали несоответствие индукции гемогенного эндотелия в каждой независимой партии от обычных протоколов. Новый протокол позволяет жестко регулировать плотность и размер колонии PSC, таким образом, преодолевает несоответствие индукции гемогенного эндотелия.
Мы использовали униформу формирования сфероидов, а затем передал фидер- и ксено-свободного определенного состояния, чтобы сформировать его в общей сложности 4 дней. Мы подтвердили, используя три независимые клеточные линии, что сфероид образования обеспечивает последовательное образование клеток He. В результате 409B2 клеточные линии дали 12,7%-23,6% эффективности клеток CD34 на основе трех независимых экспериментов. Критическим фактором для плитки PSC сфероидов является LM511-E8. Мы не рекомендуем заменять это с другими матрицами, такими как Matrigel или полнометражные продукты ламинина в нашем опыте. Мы испытали, что мезодермальные органоиды были легко отделены от Matrigel и потеряны в процессе дифференциации. И ни matrigel, ни полнометражный ламинин не закрепляют клетки без предварительного покрытия.
Потенциальное ограничение этого протокола заключается в том, что мы зависим от среды обслуживания PSC для поддержания PSCs. Мы протестировали другие носители, такие как StemFit, но мы скомпрометировали гемогенную индукцию. Предположительно клетки были устойчивы к выходу из плюрипотентного состояния в нашем коротком времени (4 дня) индукционного протокола. Если один поддерживает PSCs в других средствах массовой информации, мы рекомендуем адаптировать клетки в среде обслуживания PSC и провести несколько проходов до дифференциации. Эта платформа позволит систематические манипуляции и анализа клеток, а также готовые производства и крупномасштабной индукции гематопоэтиных клеток для потенциального клинического использования. Долгосрочной целью этой системы является моделирование заболеваний иммунодефицита в гуманизированных моделях мышей для исследования ответственных клеточных и молекулярных механизмов и проведения скринингов лекарственных средств.
The authors have nothing to disclose.
Мы благодарны Алине Ли и Сейко Бенно за техническую помощь. Мы также хотели бы поблагодарить г-жу Харуми Ватанабэ за оказание административной помощи и д-ра Питера Карагианниса за редактирование документа. Эта работа была поддержана основным Центром исследований ячеек IPS Исследовательского центра сети по реализации регенеративной медицины от Японского агентства медицинских исследований и разработок (AMED) «M.K.S.», Программы исследований неразрешимых болезней Используя. Специфические для болезней клетки iPS AMED (17935423) «M.K.S.» и Программа Центра инноваций Японского научно-технического агентства (JST) «R.O. и M.K.S.».
0.5 M EDTA | Thermo Fisher Scientific | 15575 | 0.5M EDTA |
40 μm cell strainer | Corning | 352340 | 40μM cell strainer |
6 well plate | Corning | 353046 | 6 well plate |
Antibiotic-antimycotic | Thermo Fisher Scientific | 15240-112 | Penicillin/ Streptomycin/Amphotericin B |
anti-CD34 antibody | Beckman Coulter | A07776 | anti-CD34 antibody |
anti-CD45 antibody | Biolegend | 304012 | anti-CD45 antibody |
BMP4 | R&D Systems | 314-BP-010 | BMP4 |
CD34 microbeads | Miltenyi | 130-046-703 | CD34 microbeads |
CHIR99021 | Wako | 038-23101 | CHIR99021 |
Essential 6 | Thermo Fisher Scientific | A15165-01 | Hemogenic basal medium |
Essential 8 | Thermo Fisher Scientific | A15169-01 | Mesodermal basal medium |
Ezsphere SP Microplate 96well | AGC | 4860-900SP | micro-fabricated plastic vessel |
FCS | Biosera | FB-1365/500 | FCS |
Fibronectin | Millipore | FC010-100MG | Fibronectin |
Flt-3L | R&D Systems | 308-FK-005 | Flt-3L |
Glutamax | Thermo Fisher Scientific | 35050-061 | L-Glutamine |
IL-6/IL-6Rα | R&D Systems | 8954-SR | IL-6/IL-6Rα |
iMatrix-511 | Matrixome | 892 001 | LM511-E8 |
ITS-X | Thermo Fisher Scientific | 51500-056 | Insulin-Transferrin-Selenium-Ethanolamine |
MACS buffer | Miltenyi | 130-091-221 | magnetic separation buffer |
Methocult 4435MethoCult™ H4435 Enriched | STEMCELL TECHNOLOGIES | 04435 | Methylcellulose-based media |
mTeSR1 | STEMCELL TECHNOLOGIES | 85850 | PSC maintenance medium |
PBS | nacalai tesque | 14249-24 | PBS |
SB431542 | Wako | 031-24291 | SB431542 |
SCF | R&D Systems | 255-SC-010 | SCF |
Stemline Ⅱ Hematopoietic Stem Cell Expansion Medium | Sigma Aldrich | S0192-500ML | Hematopoietic basal medium |
TPO | R&D Systems | 288-TPN | TPO |
TrypLE Express | Thermo Fisher Scientific | 12604-021 | dissociation solution |
VEGF | R&D Systems | 293-VE-010 | VEGF |
Y-27632 | Wako | 253-00513 | Y-27632 |