We have developed a protocol to generate aggregates of mouse embryonic stem cells that display self-organization, symmetry breaking and elongation paralleling axial development. This technique allows the study of axial developmental processes and the generation of cell types that are otherwise difficult to perform in monolayer culture.
우리는 현재 배아 바디 (EB) 자기 조직의 연구를 할 수 있습니다 문화, 대칭 파괴, 축 신장 및 현탁 배양에 마우스 배아 줄기 세포 (mESCs)의 집계를 사용하여 세포의 운명 사양을 개선하는 프로토콜을 개발했습니다. mESCs의 작은 번호가 실험 신호에 응답 할 능력이 후 비 조직 문화 처리, U 바닥 96 웰 플레이트에서 48 시간 동안 기초 매체에 집계됩니다. 치료 후, 이러한 응집체는 편광 된 유전자 발현의 흔적이 점차 외부 비대칭 단서의 부재하에 연장 된, 잘 조직 된 세포 구조의 구형 질량에서 자신의 형태를 변경하기 시작한다. 이러한 구조는 단지 세 배엽의 마커를 표시 할 수 있지만, 적극적으로 결정적 장형 구조의 영역에서 발생 집합체로부터 개별 세포의 탈락에 의해 입증 방향성 낭배 같은 움직임을 표시. 이 protocOL이 집계의 재현 형성 등의 Wnt / β-catenin의 활성화와 BMP 억제 및 단일 시간 포인트 또는 시간 경과 형광 현미경으로 자신의 분석과 같은 신호와의 자극에 대한 자세한 방법을 제공한다. 또한, 우리는 고정 된 집합 내의 특정 마커의 면역 세포 화학 분석을 위해 현재 전체 마운트 마우스 배아 염색 절차에 대한 수정을 설명합니다. 형태학, 유전자 발현 및 응집체의 길이 변화는 양적 신호 축 운명을 변경할 수있는 방법에 대한 정보를 제공하고, 측정 될 수있다. 또한이 시스템은 축선 개발 및 조직으로 발달 초기 사건 연구 모두에 적용될 수 있음을 예상하고,보다 광범위하게, 자기 조직화 및 셀룰러 의사 결정 프로세스. 그것은 또한 척수 뉴런과 같은 종래의 모터 부착 배양 물로부터 구할 수있는 본 배아 세포 유형의 생성에 적합한 틈새를 제공 할 수있다.
초기 포유류 개발 연구 및 세포 운명 결정에 대한 이해는 배아 줄기 세포의 배양 물 (는 ESC), 갱신 및 생물체의 모든 종류의 세포로 분화 자체로 기능이 배반포로부터 유도 된 클론 집단을 사용할 수있다, 즉., 그들은 능성 1,2입니다. 이러한 문화가되었습니다 및 세포 운명 결정의 분자 기준의 이해에 도움이 될 것을 계속하는 동안, 그들은 낭 배기 동안 배아에서 생성되는 공간 배치 및 글로벌 행동의 일부를 재현 할 수 없습니다. 배아에서 낭배의 프로세스는 세 가지 배엽으로 단일 상피층 변환하고 명백한 전후 조직 3-5와 배아를 부여한다. 이러한 이벤트 생체 요점을 되풀이하는 시도는 ESC 입체 응집체의 생성에 기초 된, 같은 배아 체 EBS () 라하고, 그들이 t를 실시분화 조건 6,7 오. . 예를 들면, 피도 8 및 원시 생식 세포 (9) 이들 응집체가 얻어 또는 접착 배양에서 낮은 효율로 유도 될 하나 없거나 전혀 생성 될 수없는 일부의 많은 다른 유형의 세포로 분화 할 기른 수있다. 사채의 사용에 제한은 있지만, 이들이 공간적 해체 6,10에서 얻어진 배아의 주요 특징이다 형태 형성 동작, 배아 층 분포 축 또는 조직을 표시 할 수없는 점이다. 한 보고서에서의 Wnt와 사채의 치료는 일부 집계에서 유전자 발현에 약한 편광에 이르게하지만 명확한 형태 형성은 7 관찰되지 않는다. 최근 보고서에서 장기간 배양 된 사채는 배아 대응을 모방 등의 망막, 피질과 내이 감각 세포와 같은 전방 구조를 개발하지만 축 organizat의 맥락없이 개발이온 11-13.
의 보고서는 Marikawa 등. (14), 매달려 드롭 방법에 의해 형성 마우스 P19 배아 암종 (EC) 세포의 집합체로 작업하는 동안, 양서류에 exogastrulae으로 관찰되는 신장의 연상 중배엽 기원의 연장 된 구조의 출현을보고 와 성게 배아 및 켈러는 15 ~ 18 외식. 이 마우스 배아 줄기 세포 (mESCs)으로 관찰되지 않았다, 우리는 P19 EC 세포가 mESCs (19)의 집계를 사용하여 관찰 동작을 재현하려고하고 우리는 그들의 파괴 대칭 및 축 신장으로 이어질 배양 조건을보고합니다. P19 세포와 작업에서 중요한 차이는 여기에 설명 된 통합 프로토콜 대신 방울 매달려, Eiraku 외. (20)에 의해 설명 된 것과 유사한 96- 웰 플레이트에서 수행된다는 점이다. 이러한 변화는 집계 회복과 모두 측면에서 효율성의 결과인트라 간 실험 재현성. 발생하지 않습니다 (매달려 방울에서 집계를 풀링 할 때 공통) 중요한 것은, 개별 우물에 집계를 유지하는 골재 사이의 융합을 보장합니다. 또한, 프로토콜의 주요 기능은 다음과 응집 GSK3 억제제 CHI99021 (CHI)의 Wnt / β 카테닌 신호의 강력한 활성화 제에 24 시간 노출된다.
여기에 기재된 방법은 추론 생체 (19, 21)에 축 방향에 관한 개발 될 수 있도록 배양에서 자기 조직화, 축 조직 및 배아 층 규격의 과정을 이해하기위한 기초를 제공한다. 이러한 이유로이 방법은 배아 유학 어렵다 프로세스의 상세한 기전 분석을 허용 할 수있는 잠재력을 갖는다. 또한, 잠재적 인 응용 인해 구조적 틈새 세포의 부족 등으로 접착 배양에서 쉽게 얻을 수없는 조직과 기관의 발생에척수 (21)와 모터 뉴런을 전구체. 입체 집계 문화가 공간적으로 조직 된 방식으로 배아 계통의 유도에 대한 새로운 접근 방식을 선도, 통상적 인 방법에 의해 달성되지 않을 수 있습니다 물리적 구조 및 신호 환경을 제공합니다.
이 논문에서 설명하는 기술은 효율적이고 재현성 Marikawa 등. (14)와 EB 형성에 의해 설명 모두 매달려 드롭 문화를 결합, 마우스 배아 줄기 세포 (mESCs)이 디스플레이 구성 대칭 깨는과 신장 (19)의 집계를 생성합니다. 이 집계는 광학 컵 (11)과 대뇌 피질 (13) 등의 ES 세포에서 전방 장기의 생성을위한 기존의 방법을 보완, 축 신장 개발을 계속하고있는 디스플레이 낭 배기 동안 유사한 프로세스 세 배엽의 정체성과 세포를 포함 이러한 빠른 세포 이동 (19, 21)로.
그것이 외부 패터닝 조직의 부재하에 발생 접합체 비대칭 19 큐 이래로, 대칭 깨는 이벤트의 성격에 추측하는 것은 흥미 롭다. 초보 축 자발적인 형성은 기존 heterogen에서 발생할 수비대칭의 개발을위한 기초를 형성하는 세포의 배양 개시 eities. 실제로, ESLIF 조건에서 배양 된 세포의 집단이 자기 - 갱신 및 세포 분화의 혼합물을 표시의 상대적 비율은 다른 하나의 집계 다를 수 있습니다. 또한, 우리의 실험실에서 예비 작업은 세포의 전액 만능 인구에서 집계 (DA 터너 및 준비 A. 마르티네즈 아리아) 조직 패턴 형성의 이질성에 대한 역할을 제안, 패턴의 지연 개발 및 결함을 보여주는 것이 좋습니다. 이 반응 – 확산 장치 멀리 집합체의 표면으로부터의 확산 억제제와, 패턴을 생성 할 수 있음을 고려할 가치가있다. Warmflash 등. (41)는 이러한 메커니즘이 세 가지 차원 패터닝 가능한 후보 만들기, 자기편 문화에 방사상 비대칭 개발을 담당 할 수 있음을 시사한다.
initia 중L 48 시간 통합 기간, 셀은 이차 19,21,24 매체로부터의 신호에 응답 할 능력이있는 postimplantation의 epiblast 내의 유사한 상태에 도달한다. 일반적으로, 여기에 설명 된 프로토콜은 신장 충분한 신호를 제공한다 (예를 들면이 Wnt / β 카테닌 작용제와 같은) 요소를 포함 보조 매체의 펄스로 세포를 제공한다. 랭카스터 등에 의해 설명 전 배양 방법.와 (인간는 ESC (13)를 사용하여) Eiraku는 외. (mESCs 11)는 응집 세포 온을 위해 매트 리겔 방울로 옮겼다 96 웰 플레이트 전에 저 밀착성 응집 단기간 사용 문화를 것. 응집 및 마트 리겔 삽입 간의 시간 간의 상이한 연구되었지만, 두 경우 모두, 세포는 다수의 골재 형성 (약 3,000-4,500 세포)를 사용 하였다. 대조적으로, 프로토콜은 19 훨씬 적은 세포 (약 400 셀을 사용하여 여기에 설명신도 대칭 깨는 19을 관찰 분극 처리로 절대적으로 필요한 것으로 판단 된 골재) 당. 또한, 이러한 연장 된 구조는 인공 매트릭스에 포함시키지 않고 더 짧은 시간주기에서 생성 될 수있다 : 랭카스터 동부 등에 의해 정의 된 뇌 영역의 발생과 비교 (> 20~30일) Eiraku 13 및 광섬유 컵. 등의 알. (~ 십일일) 편광 연장 된 구조의 생성에 필요한 오일 11.
그러나 여기에 기술 된 배양 방법에 제한 중 하나는, 그들의 사이즈가 웰의 바닥에 가라 비 심지어 밀착성을 강제하는 중력들을 관할 렌더링 전까지 만 도금가 게시 약 5~6일 배양 될 수 있다는 코팅 된 플라스틱 제품. 이러한 앞서 언급 한 것과 같은 인공 행렬을 사용하여 추가 실험은, 우리가 기간을 증가 할 수있다관찰하고 실험 한 작업에 진행되는 방식으로 골재를 구속 효과를 결정하는 것이다. 이 기술의 또 다른 제한은 응집체를 제거하지 않고 매체를 변경하기 위해서, 매체의 작은 부피가 웰의 바닥에 남아 있어야한다는 것이다. 화학 유전학 접근 방식의 결과가이 희석 및 이전 미디어에서 잔류 효과를 고려할 필요가있다 : 3 μm의 치 펄스의 날을, 2.37 μm의 솔루션을 실제로 전달, 이후 매체의 변화는 0.499의 이월의 결과입니다 μM (72-96 시간) 및 시간 지점 사이 0.105 μM (96-120 시간). 현재 작업은 희석에 대해 보정하지 않았으며 그것은 매일 매체 변경 후유증을 최소화 할 수있는 것으로한다.
인트라 및 인터 두 실험의 재현성을 보장하기 위해 프로토콜의 중요한 단계가 있습니다. 첫째, mESCs의 시작 문화가 잘 유지되지 공동 이상이어야합니다nfluent, 중간은 항상 좋은 품질의 예를해야합니다. 신선하고 잘 혼합 (그림 5A, B). 불쌍한 배양 조건에 악영향을 집계 (그림 5Bi)에 영향을. 큰 집계가 실패로 ~ 400 셀 / 40 μL 세포 현탁액을 얻기 위해 세포의 정확한 계산은 필수적이며 자기 조직하고 작은 집계 올바른 도달 할 수없는 반면, 각 웰 (그림 5Bii) 내에서 두 번 집계를 형성 할 가능성이 높다 그들이 자극 (그림 5Biii)에 응답 할 수 있습니다 밀도. 키 최적화 단계는 세포 현탁액으로부터 오염물을 제거 혈청 제 PBS 세척 (260 단계)를 포함 하였다; 이것은 응집 주파수 개선 약 24 시간에 의해 응집체의 개발을 가속화. 다음으로, 확보 매체 변경은 웰의 표면에 부착 할 가능성이있는 모든 응집물을 제거하기에 충분한 힘이인가된다; 그래서 resu을하지 않으면집계 '충돌'(그림 5Biv)에 LTS. (아래의) 전술 한 바와 같이 또한, 그것은 골재가 현탁 배양에서 유지되고있는 표면에 부착되는 것이 방지되는 것을 보장하기 위해 필수적이다. 응집체가 부착되면, 유전자 발현 및 그 신장 가능성의 패턴은 중단된다.
이 기술은 비교적 간단하고도 양호한 조직 배양 기술을 가진 사람들의 송금 이내로서, 응집과 관련된 문제의 대부분은 상대적으로 빠르게 이러한 중요한 단계를 따르지 않으면 해결 될 수있다; 문제 해결의 전체 테이블을 사용할 수있다 (표 1)입니다. 마스터되면,이 기술은 개발 축 대칭 파괴 및 세포 판정 사건을 연구하는데 사용될 수있다. 보다 구체적으로, 이러한 응집체는 척수 모터 차량 등 종래 배양에서 사용할왔다 세포 풀을 생성 할 수있는 잠재력을 가지고R의 뉴런.
윤리 참고 :이 인간 배아 또는 유도 만능 줄기 세포 배양에이 프로토콜의 변환이 가까운 인간 배아 연구에 십사일 제한, 원시적 행진, 즉 세대의 법적 근거로 실험을 가져올 수 있다고 때문에주의를 주목해야한다, 인간의로 수정 및 발생학 법 2008 (영국) (42)에 설명 된대로. 법에 관계없이 창조의 자신의 방식으로 모든 살아있는 인간 배아를 다루고 있기 때문에, 무대와 같은 원시적 인-행진을 넘어 인간의 gastruloids의 문화는 라이선스 연구의 범위를 벗어나는 것입니다.
The authors have nothing to disclose.
이 작품은 AMA, PB-J와 에라스무스에는 Stichting의 DR에 EPSRC 학생이기로 웰컴 트러스트 (Wellcome Trust)에서 프로젝트 그랜트의 기여와 AMA에 ERC 고급 탐정 상 (DAT, TB)에 의해 지원된다. SCvdB에 헨드릭 뮬러의 Vaderlandsch 퐁과 Fundatie 밴 드 Vrijvrouwe 반 Renswoude 테의-Gravenhage. 우리는 토론과 건설적인 비판에 대해, 제이 브리스 코, 미 노즈 – Descalzo, C. 참조 : Schroeter 및 T. 로드리게스 감사드립니다, 설치 매체 프로토콜에 대한 호아킨 드 Navascués 모두 AK Hadjantonakis와 C Budjan 그들의 실험실의 프로토콜을 공유 전체 마운트 배아의 염색에 관한. 이 문서의 이전 버전은 이전에 bioRxiv 프리 프레스 서버 (29)에 이용할 수있게했다.
2-Mercaptoethanol | Gibco/Invitrogen | 31350-010 | |
25cm2 Cell Culture Flask | Grenier Bio-one | 690 175 | |
Benchtop Centrifuge | MSE | MSB020.CX1.5 | |
BES Buffered Saline (BBS) | Sigma-Aldrich | B2891 | BBS+CaCl2 made by disolving 50 mM BES Sodium Salt, 280 mM NaCl, 1.5 mM Na2HPO4 in distilled water with 1 mM CaCl2 adjusted to pH 6.96 with 1 M HCl |
Centrifuge tubes (15 or 50ml) | Greiner Bio-One | 118271 or 227261 | |
CHIR 99021 (Chi) | CSCR | n/a | Bought through the Wellcome Trust-Medical Research Council Cambridge Stem Cell Institute. Stock concentration: 10mM in DMSO |
Dissection Well (30mm Internal Diameter) | Fisher Scientific | 12678586 | |
ESLIF | 500 mL GMEM, 5mL Sodium Pyruvate, 5 mL Non-Essential Amino Acids, 5 mL Glutamax, 1 mL beta-mercaptoethanol, 50 mL FBS and 550 µL LIF (1000 units). | ||
Foetal Bovine Serum (FBS) | Biosera | FB-1090/500 | |
Gelatin | Sigma-Aldrich | G1890-100G | Dissolved in distilled water to a 1 % (w/v) solution, autoclaved and diluted to 0.1% in PBS (see below) for individual use. |
Glasgow's Minimal Essential Medium (GMEM) | Gibco | 11710-035 | |
GlutaMAX | Gibco | 35050-038 | |
Glycerol | Sigma-Aldrich | G5516 | |
Improved Neubauer Haemocytometer | Hawksley | AS1000 | |
Leukaemia Inhibitory Factor (LIF), Recombinant | CSCR | n/a | Produced in house by the Wellcome Trust-Medical Research Council Cambridge Stem Cell Institute. |
n-Propyl-gallate | Sigma-Aldrich | 02370 | |
N2B27/NDiff 227 | Stemcells, Inc. | SCS-SF-NB-02 | http://www.stemcellsinc.com/_literature_40366/Technical_Specifications_Ndiff |
Non-Essential Amino Acids | Gibco/Invitrogen | 11140-035 | |
Paraformaldehyde powder | Sigma-Aldrich | P6148 | Dissolved in water to form a 8% Formaldehyde stock solution. Diluted with BBS+CaCl2 to give a 4% working solution |
Phosphate Buffered Saline (PBS) | Sigma-Aldrich | D8662 | With Calcium and Magnesium |
Sodium Pyruvate | Invitrogen | 11360-039 | |
Sterile Reservoir | STARLAB | E2310-1010 | |
Sterile, Non-Tissue Culture Treated, U-Bottomed 96-well Plate | Grenier Bio-one | 650185 | |
Triton X-100 | Sigma-Aldrich | X100 | |
Trypsin-EDTA | Gibco | 25300-054 |