Ce protocole décrit comment produire les cellules épithéliales pigmentaire rétinien (EPR) de cellules souches pluripotentes. La méthode utilise une combinaison de facteurs de croissance et de petites molécules pour diriger la différenciation des cellules souches en RPE immature en quatorze jours et RPE mature et fonctionnel après trois mois.
Les auteurs décrivent une méthode robuste pour diriger la différenciation des cellules souches pluripotentes dans la rétine des pigments des cellules épithéliales (RPE). Le but de fournir un protocole détaillé et complet est de démontrer clairement chaque étape et à rendre cela accessible aux chercheurs dans le domaine. Ce protocole donne une couche homogène de RPE avec dissection minime ou aucun manuelle nécessaire. La méthode présentée ici s’est avérée être efficace pour induite par les cellules souches pluripotentes (iPSC) et les cellules souches embryonnaires humaines. En outre, nous décrivons des méthodes pour la cryoconservation de banques de cellules intermédiaires qui permettent le stockage à long terme. RPE générée à l’aide de ce protocole pourrait être utile pour la modélisation de la maladie-dans-un-plat iPSC ou application clinique.
L’épithélium pigmentaire rétinien est une monocouche de cellules pigmentées qui fournit un soutien crucial pour les photorécepteurs. Cellules épithéliales pigmentaire rétinien (RPE) ont de nombreuses fonctions dans la vision, y compris l’absorption de la lumière, transport des éléments nutritifs et ion, rétinoïdes, cyclisme, phagocytose de photorécepteur de segment externe, et1de la sécrétion de facteur de croissance. Il existe une variété des dystrophies rétiniennes qui affectent la fonction des RPE et entraînent une perte de vision, notamment la dégénérescence maculaire liée à l’âge et une rétinite pigmentaire. Génération de RPE de cellules souches pluripotentes peut-être faciliter la recherche pour comprendre ces maladies de l’oeil et peut fournir une source illimitée de RPE pour cellule thérapies2. En fait, plusieurs essais cliniques sont en cours utilisant RPE dérivé de cellules souches pluripotentes3.
Ce protocole de différenciation a été initialement décrite par Buchholz4 et reposait sur la méthode précédemment publiée de Clegg5. La procédure imite le processus de développement normal en vivo directe de cellules souches pluripotentes indifférenciées vers un destin RPE par manipulation des facteurs de croissance insuline (IGF), facteur de croissance basique des fibroblastes (FGF-2 ; FGF-basic), transformant le facteur de croissance bêta (TGF-β) et WNT voies4,5. Le protocole a été considérablement amélioré par l’addition d’un agoniste de la voie WNT tard dans le protocole, qui a donné 97,77 % ± 0,1 % pré-mélanosomes protéine (PMEL) cellules positives et a été adapté aux conditions sans xeno6,7. La RPE qui en résulte ont démontré d’exprimer les marqueurs RPE niveaux transcription et protéines, sécrètent des facteurs de croissance connus RPE avec polarité appropriée, et mener de phagocytose des photorécepteurs segments externes8. Ce protocole est plus rapide et plus fiable que les protocoles « spontanée » de différenciation qui impliquent l’effi cacité du facteur de croissance de fibroblaste de base8. En outre, séquençage RNA, les données montrent que les RPE obtenue à l’aide de ce protocole sont très similaires à ceux obtenus en utilisant le plus commun de l’approche spontanée8. La méthode 14 jours génère RPE qui correspondent à la « 5 P » mentionné par Mazzoni9 (pigmentées, polarisée, phagocytaires, post-mitotiques, polygonale)9. Alors que cette procédure s’est avéré pour être reproductibles dans plusieurs laboratoires, nous tenons à souligner plusieurs méthodes de différenciation dirigée supplémentaires qui ont été publiées au cours des dernières années10,11,12 , 13.
Ce protocole décrit comment produire des cellules épithéliales pigmentaire rétinien de cellules souches pluripotentes. La méthode a été optimisée à l’aide de deux des cellules souches pluripotentes embryonnaires et induits par une méthode de culture sans sérum exempt d’engraissement. Depuis l’isolement initial de cellules souches embryonnaires humaines en 1998 et la dérivation des cellules souches pluripotentes induites (iPSC) en 2007, une multitude de culture de cellules souches méthodes ont été mis au point14,15,16, 17. Ces méthodes doivent être suffisantes pour produire des colonies de cellules souches qui sont sensibles à cette différenciation. Il n’y a pas de limitation connue à l’applicabilité de cette méthode pour les cellules souches pluripotentes correctement dérivées et entretenu.
Les étapes plus critiques sont le passage des cellules souches au jour 0 de différenciation (étape 2.5) et la nécessité éventuelle de dissection manuelle au 14e jour du processus (étape 4.5). Lors de la cueillette pour éliminer les cellules différenciées des colonies de cellules souches, voir les images dans le Kent,18. Comme indiqué, les cellules fibroblastiques entre les colonies et les cellules opaques au sein de colonies indiquent des cellules différenciées qui doivent être supprimés avant de commencer ce protocole18. Seules colonies indifférenciées, serrés avec bords définis doivent être repiquées pour la différenciation.
Le nombre de cellules souches ensemencées par puits (étape 2.6.7) est compliqué par le fait que les cellules souches ne peut pas être triturés dans une suspension de cellules du même passage et ne peut pas compter avec précision à l’aide d’un hémocytomètre. Le rapprochement des cellules souches confluentes de 80 % est indiqué pour 1 passage bien d’une plaque de 6 puits en 4 puits d’une plaque de 12 puits. Différences entre les lignées de cellules souches, tels que les taux de croissance, peuvent affecter la rapidité la RPE immature atteignent confluence entre jours 0 à 4. Les cellules souches produit RPE indépendamment de confluence précis, mais le rendement de la cellule sera négativement affecté si les cellules sont trop rares à ce stade. Les cellules immatures de la RPE devraient être environ 40-50 % anastomosé les jours 1 et presque 100 % anastomosé par jour 4. Si les cellules ne produisent pas une monocouche confluente par jour 4 ou 6, le protocole doit être répété à une densité de semis plus élevée au jour 0. Par exemple, si 1 bien sur une plaque de 6 puits a été repiquées sur 4 puits d’une plaque de 12 puits au jour 0 et le RPE immature ne sont pas 100 % anastomosé au jour 4, réduisez l’ensemencement d’un passage de 1 / 3 ou 1 / 2 jour 0 ou permettre les cellules souches devenir plus confluentes avant le passage. Il est essentiel d’établir une densité de semis uniforme lorsqu’on compare plusieurs lignées cellulaires.
L’étape de dissection manuelle au 14e jour est nécessaire uniquement lorsque les cellules non-RPE sont présentes dans la culture (Figure 2). Depuis l’ajout de CHIR99021 au protocole, plusieurs lignées de cellules souches pluripotentes ne nécessitent peu ou aucun dissection manuelle. Certaines préparations ont une incidence plus élevée des patchs neurones et il est essentiel d’éliminer ces cellules. Si le RPE n’est pas viable à passage 0 passage 3, il est possible de répéter le protocole de différenciation prendre suffisamment de temps pour enlever toutes les cellules non-RPE. Ce n’est pas fréquent, mais il est mentionné ici de noter que l’étape de dissection au jour 14 peut être optimisée lorsque nécessaire.
Il existe une variété de protocoles de différenciation RPE qui varient en coût ainsi que les méthodes de culture, efficacité, quantification et évaluation fonctionnelle, laquelle a été examiné soigneusement2. Nous préférons la méthode 14 jours détaillée ici en raison de son efficacité, adaptabilité et l’applicabilité à un large éventail de cell lines4,7,8. L’étape de cryoconservation dans le présent protocole fournit également un atout majeur dans la création d’une banque de cellules intermédiaires pour une utilisation future, en évitant de lot à lot variabilité dans les expériences. À partir de seulement 4 puits d’une plaque de 12 puits, il est possible de développer en plaques 6 puits au passage 0 et T75 flacons au passage 1 et 2. Au passage 2 jours 3 à 5, lorsque les cellules sont encore sont et n’ont pas retrouvé de pigment, il est possible de cryopréserver des dizaines de millions de cellules et décongeler puis le pre mature, désigné passage 30 3 jours, pour vérifier l’expression RNA, expression de la protéine, facteur de croissance sécrétion, phagocytose, etc.. Nous avons également établi des protocoles visant à étendre les RPE pour jusqu’à 13 passages 19.
Impatient, cette méthode sera utile pour iPSC modélisation des maladies oculaires et génération de RPE thérapie cellulaire. En ce qui concerne la modélisation de maladies iPSC, ce protocole est actuellement utilisé en laboratoire pour produire des RPE de lignes CRISPR-corrigé avec contrôles non corrigées chez le même patient. En outre, ce protocole est adaptable aux substrats synthétiques et des conditions sans xeno qui sont utiles pour respecter les bonnes pratiques de fabrication requis pour une thérapie cellulaire.
The authors have nothing to disclose.
Ce travail a été soutenu par l’Initiative de Garland pour la Vision, le California Institute pour la médecine régénérative (CIRM ; subventions DR1-01444, CL1-00521, TB1-01177, FA1-00616 et TG2-01151), The Vermont Community Foundation, la Fondation Breaux, ainsi que la Fondation lutte contre Wynn-Gund programme d’accélération de la recherche translationnelle de la cécité.
SterilGARD III laminar flow biosafety cabinet | Baker | model: SG603A-HE, type: A2, class: 2 | 6' Baker laminar flow biosafety cabinet |
Dissection Hood | Labconco | Model 3970405 | laminar flow bench top |
dissecting microscope | Nikon | SMZ 1500 | heated stage |
air-jacketed CO2 incubator | Sanyo | MCO-17AIC | 37 oC and 5% CO2 |
inverted phase contrast microscope | Olympus | IX53 | |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Media Components | |||
DMEM/F12 | Gibco | 10565042 | |
N2 Supplement | Gibco | 17502048 | |
B27 Supplement | Gibco | 17504044 | |
NEAA | Gibco | 11140050 | |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Growth Factors and Reagents | |||
Nicotinamide | Sigma | N0636 | |
Recombinant mouse noggin | R&D systems | 1967-NG-025 | |
Recombinant human DKK-1 | R&D systems | 5439-DK-010 | |
Recombinant IGF-1 | R&D systems | 291-G1-200 | |
FGF-basic | Peprotech | 100-18B | |
Recombinant human/mouse/rat Activin A | Peprotech | 120-14E | |
SU5402 FGF inhibitor | Santa Cruz Biotechnology | sc-204308 | |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Substrates | |||
Matrigel Basement Membrane Matrix, Phenol Red-Free, LDEV-Free | Corning | 356237 | extracellular matrix-based hydrogel (ECMH) |
Matrigel hESC-Qualified Matrix, LDEV-Free | Corning | 354277 | growth factor reduced ECMH |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Other reagents | |||
1X Versene (EDTA) | Gibco | 15040066 | |
DPBS | Gibco | 14190250 | |
1X PBS (no calcium, no magnesium) | Gibco | 10010023 | |
TrypLE (trypsin-like dissociation enzyme, TDE) | Gibco | 12563011 | |
X-VIVO 10 (RPE supporting medium) | Lonza | BW04-743Q | |
Y-27632 | Tocris | 12-541-0 (1254) | |
CryoStor CS10 | BioLife Solutions | 210102 | cryopreservation medium |
1.2 mL Cryogenic Vial | Corning | 430487 | |
Mr. Frosty (freezing container) | Nalgene | 5100-0001 | freezing container |
Normocin | Invivogen | ant-nr-2 | antimicrobial reagent |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Other Equipment | |||
Pipet-aid | Drummond | 4-000-101 | |
12-well culture plate | Corning | CLS3516 | Used during differentiation. |
T75 flask | Corning | 430641 | Used during RPE maturation. |
6-well culture plate | Corning | CLS3513 | Used during RPE maturation. |
cell scraper | Corning | 08-771-1A | Used during passages. |
cell strainer | Falcon | 352340 | Used during passages before cell count. |