Este trabalho descreve um protocolo in vitro de diferenciação para produzir pigmentadas, melanócitos maduros a partir de células-tronco pluripotentes humanas através de uma crista neural e melanoblasto estágio intermediário usando um protocolo sem alimentador de 25 dias.
Human pluripotent stem cells (hPSCs) represent a platform to study human development in vitro under both normal and disease conditions. Researchers can direct the differentiation of hPSCs into the cell type of interest by manipulating the culture conditions to recapitulate signals seen during development. One such cell type is the melanocyte, a pigment-producing cell of neural crest (NC) origin responsible for protecting the skin against UV irradiation. This protocol presents an extension of a currently available in vitro Neural Crest differentiation protocol from hPSCs to further differentiate NC into fully pigmented melanocytes. Melanocyte precursors can be enriched from the Neural Crest protocol via a timed exposure to activators of WNT, BMP, and EDN3 signaling under dual-SMAD-inhibition conditions. The resultant melanocyte precursors are then purified and matured into fully pigmented melanocytes by culture in a selective medium. The resultant melanocytes are fully pigmented and stain appropriately for proteins characteristic of mature melanocytes.
Células-tronco pluripotentes humanas (hPSCs) fornecer uma plataforma para imitar diferenciação normal em uma forma escalável para modelagem de doença, o rastreio de drogas e terapias de substituição celular 1-6. De particular interesse, hPSCs abrir caminhos para o estudo difícil isolar ou tipos de células raras / transitórios, onde amostras de pacientes são escassos. Células-tronco pluripotentes Além disso, induzidas (iPSCs) permitir aos investigadores estudar o desenvolvimento e modelagem de doença de uma maneira específica paciente para desvendar os mecanismos exclusivos 1,2,7-11. O protocolo previamente publicado para a diferenciação dos melanócitos a partir hPSCs requer até 6 semanas de diferenciações e envolve a cultura de células com meio condicionado de células L-12 Wnt3a. O protocolo apresentado pela primeira vez por Mica et al. E descrito aqui produz células pigmentadas em três semanas e remove a ambiguidade e inconsistências associados com meio condicionado.
ar melanócitose derivados da crista neural, uma população de células migratórias únicas para os vertebrados. A crista neural é definido durante a gastrulação e representa uma população de células na borda da placa neural, na fronteira entre a ectoderme neural e não neurais. Durante neurulação, o tecido nervoso se desenvolve a partir de uma placa neural para formar dobras neurais, que convergem na linha média dorsal, resultando no tubo neural 13,14.
As células da crista neural emergir da placa de tecto do tubo neural, em frente da notocorda, e submetido a uma epitelial para mesenquimal antes de migrar para longe para dar origem a uma população diversa de células diferenciadas. O destino das células da crista são definidas em parte por a localização anatómica da placa para telhado, ao longo do eixo do corpo do embrião. derivados de células da crista neural incluem linhagens característicos de ambos mesoderme (células do músculo liso, os osteoblastos, os adipócitos, condrócitos e células da ectoderme) (melanócitos, C Schwannells, neurônios) 14. células estaminais da crista neural regulam positivamente o factor de transcrição SOX10 e pode ser isolado por meio de células activada por fluorescência, com anticorpos para p75 e HNK1.
As células da crista neural fadado a tornar-se melanócitos passar por uma fase melanoblasto e upregulate KIT e MITF (fator de transcrição associada à microftalmia) 6,21 MITF é um regulador mestre do desenvolvimento de melanócitos e é um fator de transcrição responsável por controlar grande parte do desenvolvimento de melanócitos 22- 24. melanoblastos humanos migram para a camada basal da epiderme, onde residem quer no bojo cabelo ou rodeado pelos queratinócitos na epiderme (unidades de formação de pigmentação) para servir como precursores para os melanócitos maduros, pigmentadas. A diferenciação e maturação de melanoblastos em melanócitos pigmentados ocorre concomitante com a colonização do bulbo capilar e expressão da via de produção de melanina (TYRP1, Tyr, e OCA2PMEL) 25,26.
Isolamento de melanócitos humanos e melanoblastos de pacientes é cara, difícil e limitando a quantidade. Este protocolo permite aos pesquisadores para diferenciar hPSCs (induzido ou embrionária) em melanócitos ou precursores de melanócitos em um método bem definido, rápida, reprodutível, escalável e de baixo custo, sem separação de células. O protocolo foi usado anteriormente para identificar defeitos de doenças específicas ao diferenciar iPSCs de pacientes com distúrbios de pigmentação.
Para a diferenciação de melanócitos bem sucedida de hPSCs as seguintes sugestões deve ser tomado em consideração. Em primeiro lugar, é essencial para trabalhar sob condições de cultura estéreis em todos os momentos. Além disso, é importante para iniciar com pluripotentes, hPSCs totalmente indiferenciadas; se a população começando contém células diferenciadas o rendimento será invariavelmente cair como os contaminantes não pode ser dirigida para melanócitos e pode mesmo perturbar ainda mais as célula…
The authors have nothing to disclose.
Este trabalho foi apoiado por uma bolsa para pesquisadores de melanoma do M. Nicolay Fundação Joanna e pelos Institutos Nacionais de Saúde sob Ruth Service Award L. Kirschstein National Research F31. Este trabalho foi ainda apoiada por meio de doações de NYSTEM ea iniciativa de células estaminais Tri-institucional (Starr Foundation).
Accutase | Innovative Cell Technologies | AT104 | |
apo human transferrin | Sigma | T1147 | |
Ascorbic Acid (L-AA) | Sigma | A4034 | 100 mM |
B27 (B27 Supplement) | Invitrogen | 17504044 | |
β-Mercaptoethanol | Gibco-Life Technologies | 21985-023 | 10 mg/ml |
BMP4 | R&D Systems | 314-bp | |
CHIR99021 | Tocris-R&D Systems | 4423 | 6 mM |
Cholera toxin | Sigma | C8052 | 50 mg/ml |
cAMP (cyclicAMP) | Sigma | D0627 | 100 mM |
Dexamethasone | Sigma | D2915-100MG | 50 μM |
DMEM – Dulbecco's Modified Eagle Medium | Gibco-Life Technologies | 11985-092 | |
DMEM/F12 – Dulbecco's Modified Eagle Medium: Nutrient Mixture F-12 | Gibco-Life Technologies | 1133–032 | |
DMEM/F12 powder | Invitrogen | 12500-096 | |
EDN3 (Endothelin-3, human) | American Peptide Company | 88-5-10B | 100 μM |
Fibronectin | BD Biosciences | 356008 | 200 μg/ml |
gelatin (PBS without Mg/Ca) | in house | 0.1% in PBS | |
Glucose | Sigma | G7021 | |
Human insulin | Sigma | I2643 | |
ITS+ Universal Culture Supplement Premix | BD Biosciences | 354352 | |
KSR (Knockout Serum Replacement) | Gibco-Life Technologies | 10828-028 | |
Knockout DMEM | Gibco-Life Technologies | 10829-018 | |
L-Glutamine | Gibco-Life Technologies | 25030-081 | |
LDN193189 | Stemgent | 04-0074 | 100 mM |
Low glucose DMEM | Invitrogen | 11885-084 | |
Matrigel matrix | BD Biosciences | 354234 | Dissolve 1:20 in DMEM/F12 |
MCDB201 Medium | Sigma | M6770 | |
MEM minimum essential amino acids solution | Gibco-Life Technologies | 11140-080 | |
Mouse embryonic fibroblasts (7 million cells/vial) | GlobalStem | GSC-8105M | |
Mouse Laminin-I | R&D Systems | 3400-010-01 | 1 mg/ml |
Neurobasal medium | Invitrogen | 21103049 | |
Penicilin/Streptomycin | Gibco-Life Technologies | 15140-122 | 10,000 U/ml |
Poly-L Omithin hydrobromide | Sigma | P3655 | 15 mg/ml |
Progesterone | Sigma | P8783 | 0.032g in 100ml 100% ethanol |
Putrescine dihydrochloride | Sigma | P5780 | |
FGF2 (Recombinant human FGF basic) | R&D Systems | 233-FB-001MG/CF | 10 mg/ml |
SB431542 | Tocris-R&D Systems | 1814 | 10 mM |
Selenite | Sigma | S5261 | |
Sodium Bicarbonate | Sigma | S5761 | |
SCF (Stem Cell Factor, recombinant Human) | Peprotech Inc. | 300-07 | 50 μg/ml |
TYRP1 (G-17) Antibody | Santa Cruz | 10443 | 1:200 |
TYRP2 Antibody | Abcam | 74073 | 1:200 |
Trypsin-EDTA (0.05%) | Gibco-Life Technologies | 25300-054 | |
Y-27632 dihydrochloride | Tocris-R&D Systems | 1254 | 10 mM |