Gelecekteki hastalığı modelleme uygulamaları olan kimyasal olarak tanımlanan koşullarda, burada İnsan İndüklenmiş pluripotent kök hücre farklılaşma içine her somite türev (myotome, sclerotome, dermatome ve syndetome) için bir iletişim kuralı mevcut ve Ortopedik cerrahi hücre tabanlı terapiler.
Buna karşılık sinyalleri WNTs gibi kemik morfogenetik proteinler (BMP) ve dokuları çevreleyen salgılanan sonic kirpi (SHH), somites (SMs) myotome (MYO), sclerotome (SCL), dermatome (D) ve syndetome (SYN) de dahil olmak üzere birden çok hücre tipleri ortaya çıkmasına neden , hangi sırayla geliştirmek kas iskelet, axial iskelet, dorsal dermis ve Aksiyel tendon/bağ, sırasıyla. Bu nedenle, SMs ve onların türevleri İnsan İndüklenmiş pluripotent kök hücreler (iPSCs) üzerinden nesil pluripotent kök hücreler (PSC) ortopedik cerrahi alanında hastalığı araştırma ve rejeneratif tıp uygulamasında için elde etmek için önemlidir. Her ne kadar daha önce çeşitli araştırmacılar tarafından rapor MYO ve SCL PSC’ler üzerinden indüksiyon protokollerde, hiçbir çalışma henüz iPSCs SYN ve D indüksiyon göstermiştir. Bu nedenle, tam yetkili SMs verimli indüksiyon büyük bir meydan okuma olarak kalır. Burada, sinyal çevre piliç/fare SM geliştirme ve rapor yöntemleri SM türevlerinin (MYO, SCL, D ve SYN) altında insan iPSCs sistematik indüksiyon sırasında kimyasal olarak taklit ederek insan SM desenlendirme insan iPSCs tüp bebek ile özetlemek tanımlanmış koşulları presomitic mesoderm (PSM) ve SM Birleşik. Civciv/fare SM geliştirme ile ilgili bilgi için SMs indüksiyon ile insan iPSCs başarıyla uygulandı. Bu yöntem insan somitogenesis okuyan ve hücre tabanlı tedavi ve hastalık modelleme için embriyo ve kullanımı olmadan desenlendirme için bir roman araç olabilir.
Yönlendirilmiş farklılaşma yöntemi PSC’ler istenen hücre türünden için geliştirmek PSC kaynaklı hücreler çalışma klinik uygulamalara çeviri için gerekli bir adımdır. Zorla ifade anahtar genlerin organ-hücre farklılaşması PSC’ler üzerinden için umut verici bir stratejidir ve genetik düzenleme hücre kader tayini, organ morfogenez ve organizasyon embriyogenez1sırasında bizim anlayış geliştirdi. Ayrıca, fare ve civciv embriyo gelişimi bir yol haritası kullanarak endojen sinyal ortamlar recapitulating PSC’ler yönlendirilmiş farklılaşma için temel olarak kabul edilir. Bu gen düzenleme gerektirmez çünkü ancak, uygulama PSC türetilmiş hücre hücre tabanlı terapiler gibi klinik çalışmalarda göz önüne alındığında, ikinci strateji daha uygundur.
Çeşitli çalışmalarda insan dan mesoderm indüksiyon bildirdin ve fare PSC’ler kimyasal koşullar tanımlanan. Genellikle, bu yöntemler aktivin/nodal/dönüştürme büyüme faktörü β (TGFβ) sinyal üzerinde yararlanmıştır ve kemik morfogenetik protein (BMP) sinyal, Mezo-endoderm ve mesoderm farklılaşması, içinde bir düşük indüksiyon verimliliğini kaynaklanan gerçekleştirmek için inanıyordu paraxial mesoderm (yaklaşık % 20)2. Başka bir deyişle, bu sinyal yolları tarafından indüklenen PSC kaynaklı mesoderm esas olarak yan plaka mesoderm ve paraxial mesoderm oldu. Son zamanlarda, farklı stratejiler3,4,5,6,7,8 dayalı PSC kaynaklı paraxial mesoderm verimli üretim birkaç çalışmalar göstermiştir . Bu çalışmalarda PSC’ler glikojen sentaz kinaz 3 (GSK3) nispeten yüksek konsantrasyonları ile kültürlü inhibitörleri (WNT sinyal harekete geçirmek), sonuç olarak paraxial mesoderm indüksiyon verimliliğini %70-%956,7 ulaştı .
Somitogenesis, paraxial mesoderm ilk presomitic mesoderm (PSM) özafagusu oluşturur ve sonra ön bölümü ile Mezenşim epitel geçiş9,10somites (SMs) oluşturur. SM segmentasyon salınım DLL1 ifade, mRNA ve protein seviyesinde, her ikisi de kontrolünü düzenleyen gibi çentik ligand Delta benzeri 1 (DLL1) bir rol somitogenesis sırasında sahip olduğu bilinmektedir. SMs sonunda alt bölümlere iki parça, dorsally dermomyotome (DM) sebebiyet veren ve sclerotome (SCL) ventrally11. Daha sonra DM dermatome (D), dermis ve myotome (MYO), kas iskelet habercisi habercisi ayırır; Ayrıca, syndetome (SYN), tendon ve bağ12 (şekil 1) habercisi SCL ventral bir bölümünü oluşturur. Bazı araştırmacılar PSC kaynaklı SM türevleri MYO4,13 ve SCL14gibi indüksiyon bildirdin; Ancak, bu çalışmalarda bazı sınırlamaları vardır. D ve SYN sinyal ortamları ile ilgili bilgilerimizi parçalar halinde olduğu için özellikle, D ve SYN indüksiyon protokollerde henüz sistematik olarak kurulmuş değil. SMs tam yetki indüklenen PSC’ler göstermek için çoklu farklılaşma göstermek için esastır kapasite tüm dört türevleri (D, MYO, SCL ve SYN) içine indüklenen SMS’nin önceki çalışmalarda sadece belirli SM türevleri üzerinde odaklanmış iken. Burada, biz nasıl D ve SYN, insan iPSCs15PSM ve SM kader dahil olmak üzere, tüm dört SM türevleri oluşturmak için rapor. İnandığımız bir tüp bebek kademeli yöntemi bu modelleri SM geliştirme süreci nasıl insan SM çalışma odasına katkıda bulunabileceğini kurulması embriyogenez sırasında embriyolar kullanmadan gelişir.
PSC kaynaklı SM PSM aracılığıyla indüksiyon için iyi bilinen bir yöntem CHIR99021 + A83-01 (TGFβ inhibitörü) PSC üzerinden PSM indüksiyon sırasında ama PSM olgunlaşma süreci6sırasında birleşimidir. Bu da çalışmanın, WNT/beta-catenin sinyal, SM PSM üzerinden ikna etmek için C59 kullanarak inhibe. Ancak, WNT yolu SM farklılaşma sırasında etkinleştirmek için CHIR99021 kullanımı tanıtıldı. Bu kararı birkaç WNTs SM çevre dokular ifade ve WNT gazetecilere SM20dakika sonra etkin olduğu gerçeği göz önüne alındığında bulgu üzerinde temel alınmıştır. Sonuç olarak, biz epithelialization, SM içinde vivo, yalnızca koşulu ile CHIR99021, altında bir karakteristik CDH11 birikimi hücre-hücre kavşak (şekil 2E) temel alarak gözlenen. Bu gözlem sırasında PSM farklılaşma ve SM epithelialization, bu nedenle bizim iletişim kuralı daha iyi endojen sinyal çevre özetlemek sinyal WNT kritik tutulumu gösterir. Ancak, sağlamlık ve verimliliği farklılaşma hücre tipleri, hücre satırları ve çeşitli bağlı olarak önemli ölçüde değişebilir çünkü WNT/beta-catenin yol ayrımında sırasında sinyal ince ayar başka bir olasılık da ima WNT-indükleyicileri her araştırmacı tarafından kullanılan kimyasal bileşikler.
Bu yöntem aynı zamanda tüm dört SM türevleri, MYO, D, SCL ve SYN, insan iPSCs oluşturmak bize izin verir. Kademeli protokolümüze CDM kullanarak insan somitogenesis/biçimlenme somite sırasında sinyal gereksinimleri tanımlamak için kullanılan ve insan SM gelişme içine önemli bilgiler sağlar. Örneğin, bizim yöntemleri segmentasyon saat mekanizmaları, SM oluşumunu düzenleyen moleküler salınım sistemi eğitim için yararlı olabilir. Bunu iyice fareler, civciv ve Zebra balığı ama uygun deneysel araçları eksikliği nedeniyle değil insanlarda araştırmış.
Ayrıca, bizim yöntemi gelecekteki klinik hücre tabanlı terapiler için geçerli olabilir. Örneğin, insan IPSC türetilmiş D veya SYN ağır yaralı deri içine nakledilen veya rejenerasyon ve tedavi için tendonlar yırtıldı. Ancak, bazı sınırlamaları bu yöntem hemen hemen uygulanabilir önce giderilmesi gerekiyor. Bu da çalışmanın, SNL besleyici hücreler IPSC bakım ve Engelbreth-Holm-Swarm fare sarkomu indüksiyon sırasında çanak üzerinde yüzey bir kat olarak ayıklanır ECM çözümü için kullandığımız rağmen bu insan hayvan kaynaklı reaktifler olmalıdır Klinik kalitesini artırmak için kaldırıldı. Buna ek olarak, hücre miktarı ve kalitesi, saflık ve olgunlaşma istediğiniz hücreleri içeren aynı zamanda iyileştirilmesi gerektiği. Ayrıca, sadece cep numarası aynı zamanda hücre gücü tendon/bağ rejenerasyon için önemli bir özelliği değildir. Ayrıca, arıtma için yüzey işaretleyicileri ve 3D sulandırma için yeni bir yöntem geliştirilmesi amacıyla protokolümüze klinik hücre tabanlı terapiler için ilerlemek için vazgeçilmez.
The authors have nothing to disclose.
Biz Dr Junya Toguchida (CiRA) için proje yönetimi ve satın alma, Bay Mitsuaki Shibata (CiRA) ve Bayan Mei Terashima (CiRA) onların teknik destek için Dr Yayoi Toyooka (CiRA) ve Dr. Daisuke Kamiya (CiRA) finansman ile onun yardım için teşekkür etmek istiyorum onların el yazması ve Bay Masaya Todani (CiRA) bir örnek (şekil 1) sağlamak için yazım denetleme. Biz de bu çalışma sırasında Ikeya ve Toguchida Laboratuvarları (CiRA) desteklerinden dolayı tüm üyeleri teşekkür ederiz. Bu eser Grants-in-aid tarafından Japonya Derneği bilimsel araştırma için promosyon, bilim (JSP’ler) (26670661), dirençli hastalıklar araştırma kullanan hastalığa özgü IP’leri hücrelerden Japonya bilim ve teknoloji için Program desteklenmiştir Ajansı (JST) ve tıbbi araştırma ve geliştirme (AMED) Japonya ajansı, çekirdek Merkezi IP’leri hücre araştırma Araştırma Merkezi ağ, rejeneratif tıp gerçekleşme (JST/AMED) için ve IPS Hücre Araştırma Fonu (kısmen Makoto Ikeya için ve JUNYA Toguchida). Makoto Ikeya Ayrıca Grants-in-aid tarafından bilimsel araştırma (JSP’ler) (16 H 05447) ve Hızlandırma programı için dirençli hastalıklar hastalığa özgü IP’leri hücreleri (AMED) kullanan araştırma için desteklenen bir durumdu.
ALX4_Goat antibody | Santacruz | sc-22066 | |
Apo-transferrin | Sigma | T1147 | |
BMP4 | R&D | 314-BP-010 | |
BMP7 | R&D | 354-BP-010 | |
Bovine serum albumin | Sigma | A8806 | |
Calcium chloride | Nacalai tesque | 067730-15 | |
CDH11_Mouse antibody | Cell signaling | 13577 | |
Cell streching device | Strex | STB-140 | |
Chemically defined lipid concentrate | Gibco | 11905-031 | |
CHIR99021 | Axon | 1386 | |
COL1A1_Rabbit antibody | Abcam | ab34710 | |
COL2A1_Mouse antibody | Thermo scientific | MS-235 | |
Collagenase IV | Thermofisher | 17104019 | |
DLL1 APC-conjugated_Mouse antibody | R&D | FAB1818A | For FACS |
DMEM | Sigma | D6046 | |
DMEM/F12 | Gibco | 11320-082 | |
DMH1 | Tocris | 4126 | |
EN1_Rabbit antibody | Abcam | ab70993 | |
Fetal bovine serum | Nichirei | 171012 | |
FGF2 | Wako | 060-04543 | |
FGF8 | Peprotech | 100-25 | |
Human dermal fibroblast | Cell applications | 160-05a | |
Human tenocyte | Angio proteomie | cAP-0041 | |
Insulin | Wako | 090-06474 | |
Iscove’s modified Dulbecco’s medium/Ham’s F12 | Gibco | 21056023 | |
Knockout SR | Gibco | 10828028 | |
LDN193189 | Axon | 1509 | |
Matrigel | BD bioscience | 354230 | Artificial extracellular matrix |
MEOX1_Rabbit antibody | Abcam | ab75895 | |
MHC_Rabbit antibody | Santacruz | sc-20641 | |
MKX_Rabbit antibody | Atlas antibodies | A83377 | |
Monothioglycerol | Sigma | M6145 | |
mTeSR1 | Stemcell tech | 85850 | |
Multi well-type silicon rubber chamber | Strex | STB-CH-4W | |
MYOD_Rabbit antibody | Abcam | ab133627 | |
MYOG_Mouse antibody | Santacruz | sc-12732 | |
NKX3.2_Rabbit antibody | Sigma | HPA027564 | |
Novex Donkey anti Goat IgG(H+L) secondary antibody555 | Invitrogen | A21432 | |
Novex Donkey anti Goat IgG(H+L) secondary antibody647 | Invitrogen | A21447 | |
Novex Goat anti Mouse IgG(H+L) secondary antibody555 | Invitrogen | A21422 | |
Novex Goat anti Rabbit IgG(H+L) secondary antibody555 | Invitrogen | A21428 | |
Novex Goat anti Rabbit IgG(H+L) secondary antibody647 | Invitrogen | A21245 | |
PARAXIS_Rabbit antibody | Santacruz | sc-98796 | |
PAX1_Rabbit antibody | Abcam | ab95227 | |
PAX9_Rabbit antibody | Gene tex | GTX104454 | |
PBS | – | – | |
PDGFRa_Goat | R&D | AF307 | |
Penicillin/Streptomycin | Invitrogen | 15140-122 | |
Primate ES cell medium | Reprocell | RCHEMD001 | |
SAG | Calbiochem | 566661 | |
SB431542 | Selleckchem | SEL-S1067-10 | |
SCX_Rabbit antibody | Abcam | ab58655 | |
TBX6_Goat antibody | R&D | AF4744 | |
Tendon cell growth medium | Angio-proteomie | cAP-40 | Tenocytes growth medium |
TGFβ3 | R&D | 243-B3-200 | |
Trypsin | Gibco | 15090046 |