Summary

Direct Inductie van Human neurale stamcellen uit perifeer bloed hematopoïetische voorlopercellen

Published: January 28, 2015
doi:

Summary

Een werkwijze werd ontwikkeld om direct voort humane neurale stamcellen van hematopoïetische progenitorcellen verrijkte uit perifere bloedcellen.

Abstract

Menselijke ziektespecifieke neuronale cultures zijn essentieel voor het opwekken van in vitro modellen voor menselijke neurologische ziekten. Echter, het gebrek aan toegang tot primaire menselijke adulte neurale culturen verhoogt unieke uitdagingen. Recente ontwikkelingen in geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPSC) biedt een alternatieve benadering om neurale culturen uit de huid fibroblasten af ​​te leiden door de patiënt specifieke iPSC, maar dit is een arbeidsintensief proces, vraagt ​​een specifieke deskundigheid en grote hoeveelheden van de middelen, en kan enkele maanden duren. Dit voorkomt de brede toepassing van deze technologie voor de studie van neurologische aandoeningen. Om deze problemen te overwinnen, hebben wij een methode om neurale stamcellen vloeien rechtstreeks voort uit humane volwassen perifeer bloed ontwikkeld en wordt het iPSC afleiding proces. Hematopoietische stamcellen verrijkt humane volwassen perifeer bloed werden in vitro gekweekt en getransfecteerd met Sendai-virus vectoren die transcriptionele factoren Sox2, oktober04/03, Klf4, en c-Myc. De transfectie resultaten morfologische veranderingen in de cellen die verder met humane neurale medium bevattende basische fibroblastgroeifactor (bFGF) en vasculaire endotheliale groeifactor (VEGF) worden geselecteerd. De resulterende cellen worden gekenmerkt door de expressie van neurale stamcel markers, zoals nestine en SOX2. Deze neurale stamcellen kunnen verder worden gedifferentieerd om neuronen, astroglia en oligodendrocyten in bepaalde differentiatie media. Met gemakkelijk toegankelijke humane perifere bloedmonsters, kan deze werkwijze worden toegepast om neurale stamcellen voor verdere differentiatie neurale cellen in vitro modellen van neurologische aandoeningen afgeleid en kunnen studies met betrekking tot de pathogenese en behandeling van deze ziekten bevorderen.

Introduction

In vitro neuronale culturen gebruikt als een fundamenteel instrument voor studies van neurologische aandoeningen. Primaire dier (meestal knaagdier) neurale cultures 1, 2 en humane neurale cellijnen afgeleid van gliomen of andere tumoren zijn de meest gebruikt in dergelijke studies. Er is echter erkend dat er aanzienlijke verschillen tussen knaagdieren en menselijke cellen. Veel bevindingen op basis van knaagdieren kan niet worden vertaald naar de mens. Bovendien, met de snelle ontwikkelingen in het analyseren van massale genomische informatie en de relatief gemakkelijke gen bewerken en whole genome sequencing, de trend is steeds meer gericht op het ontdekken van de ziekte vatbaar genen en het afbakenen van hun functies en rollen in specifieke ziekten, die de weinige menselijke neuronale maakt cellijnen hebben slechts beperkte gebruik. Theoretisch, humane primaire neurale culturen afkomstig van monsters van de patiënt zenuwstelsel zijn de beste keuze, maar ze zijn onmogelijk te verkrijgen; vandaar alternatief methODS zijn noodzakelijk. De afgelopen jaren zijn enkele benaderingen nagestreefd, met twee het meest onderscheiden. Na de ontwikkeling van de techniek van het genereren van geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPSC) met muis en humane somatische cellen 3, 4, neurale cellen kunnen verder worden gedifferentieerd van hen 5-7. Echter, het genereren en karakteriseren iPSC eist arbeidsintensief, technieken en tijd invoeren, soms zelfs onbetaalbaar. Kort daarna werd een andere benadering ontwikkeld direct transformeren neuronale cellen van somatische cellen 8, 9. Aangezien de resulterende neuronen niet-proliferatieve, beperkt het de toepassing in de intensieve studies en geneesmiddelscreening, die een grote hoeveelheid cellen vereist. Om de voordelen van beide technieken, directe afleiding van neurale stamcellen te nemen / heeft stamcellen uit somatische cellen onderzocht door verschillende groepen 10-12, waarin het moeizame proces van iPSC generatie en karakterisering, maar nog steeds provi omzeiltdes een fatsoenlijk aantal neurale stamcellen voor later neurale differentiatie. We hebben eerder aangetoond dat na de invoering van de Yamanaka transcriptiefactoren in hematopoietische progenitorcellen, neurale stamcellen kunnen direct gegenereerd met een neurale cel selecteren medium 13. Hier melden wij de methode in detail.

Protocol

1. Verrijking van hematopoëtische stamcellen uit volwassen volbloed OPMERKING: Hematopoietische voorlopercellen of CD34 + cellen kunnen worden gezuiverd uit perifeer bloed mononucleaire cellen (PBMC) verkregen uit diverse bronnen waaronder navelstrengbloed, leukaferese materiaal en volbloed met dichtheidsgradiënt centrifugatie gebaseerde methoden. De methode die hier wordt vermeld gebruikt volbloed als voorbeeld. Isolatie van PBMC uit volbloed: Voeg 4,5 ml van lymfocyt …

Representative Results

De kwaliteit van CD34 cellen is cruciaal voor het succes van neurale stamcellen transductie. Hoge kwaliteit CD34 cellen woekeren tijdens de eerste paar dagen van de cultuur en verschijnen als niet-klevende, homogeen ronde cellen, zweven net boven de bodem van de cultuur schepen (Figuur 1A). De succesvolle infectie resultaten in cel aggregaten, die zich uitstrekt over de tijd (Figuur 1B), terwijl de niet-specifieke celaggregaten kan optreden tijdens celkweek, die uit te breiden en …

Discussion

Een gedetailleerd protocol direct genereren neurale stamcellen uit perifeer hematopoïetische voorlopercellen voorzien.

Vergeleken met fibroblastcellen, humane perifeer bloed toegankelijker. De gepresenteerde protocol meer dan 1 x 10 5 hematopoïetische progenitorcellen, of CD34 positieve cellen kunnen worden verrijkt 10 ml volbloed. Hoewel verontreiniging met bloedplaatjes gewoonlijk niet voorkomen, kan het gemakkelijk worden verminderd door lagere snelheid te centrifugeren en he…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

The authors have no conflicts of interest to disclose.

Materials

Material List
Name Company Catalog Number Comments
Lymphocyte Separation Medium Lonza 17-829E 1 X
SepMate Stemcell Technologies 15415 15 mL
Human Serum Invitrogen 34005-100
Antibiotics Gibco 15240-062 1%
CD34 MultiSort Kit Miltenyi Biotec 130-056-701
EDTA Cellgro 46-034-Cl  2mM
MACS LS Column Miltenyi Biotec 130-042-401
StemSpan SFEM Medium Stemcell Technologies 9650 1X
IMDM Quality Biologicals 112-035-101 1X
TPO Peprotech 300-18 100 ng/mL
Flt-3 Peprotech 300-19 100 ng/mL
SCF Peprotech 300-07 100 ng/mL
IL-6 Peprotech 200-06 20 ng/mL
IL-7  Peprotech 200-07 20 ng/mL
IPS Sendai Reprogramming Kit Life technologies A1378001
Cell scraper Sarstedt 83.183
DMSO Sigma D2650
CryoTube vials Thermo 368632
Mr. Frosty container Thermo 5100-0001
DMEM/F12 Life technologies 12400-024 1X
N2 supplement Life technologies 17502-048 1X
Bovine serum albumin Sigma A2934 0.1% (w/v)
bFGF Peprotech 100-18B 20 ng/ml
EGF Peprotech AF-100-15
B27 supplement Life technologies 17504-044 1X
NSC serum free medium Life Technologies A1050901 1X
Poly-D-lysine/laminin coated cover slips BD Bioscences 354087
cAMP Sigma A9501 300 ng/ml
Vitamin C Sigma A0278 0.2 mM
BDNF Peprotech 450-02 10 ng/ml
GDNF Peprotech 450-10 10 ng/ml
Poly-L-Ornithine Sigma P4957 1X
PDGF-AA Peprotech 100-13A 10 ng/ml
NT-3 Peprotech 450-03 2 ng/ml
Shh Peprotech 1314-SH/CF 2 ng/ml
T3 Sigma T6397 3 nM
PFA Sigma P6148 4%
PBS Quality Biological 119-069-101 1X
Goat serum Sigma G9023 4%
TritonX-100 Sigma T9284
Mouse monoclonal anti-Nestin Millipore AB5922 1:1000 dilution
Anti-SOX2  antibody Applied Stemcell ASA0120 Ready to use
Mouse anti-βIII-tubulin antibody Promega G712A 1:1000 dilution
Rabbit anti-GFAP antibody Sigma G4546 1:100 dilution
Anti-O4 antibody R&D Systems MAB1326 IgM; 1 ng/ml
Alexa Fluor 594 goat anti-rabbit antibody Life techniologies A11012 1:400 dilution
Alexa Fluor 488 goat anti-mouse antibody Life techniologies A11001 1:400 dilution
Alexa Fluor 488 goat anti-mouse IgM antibody Life techniologies A21042 1:250 dilution
DAPI Sigma D9542 1 ug/ml

References

  1. Azari, H., et al. Purification of immature neuronal cells from neural stem cell progeny. PLoS ONE. 6, e20941 (2011).
  2. Azari, H., Sharififar, S., Fortin, J. M., Reynolds, B. A. The neuroblast assay: an assay for the generation and enrichment of neuronal progenitor cells from differentiating neural stem cell progeny using flow cytometry. J Vis Exp. (62), (2012).
  3. Takahashi, K., Yamanaka, S. Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors. Cell. 126 (4), 663-676 (2006).
  4. Takahashi, K., et al. Induction of pluripotent stem cells from adult human fibroblasts by defined factors. Cell. 131 (5), 861-872 (2007).
  5. Zhang, N., An, M. C., Montoro, D., Ellerby, L. M. Characterization of Human Huntington’s Disease Cell Model from Induced Pluripotent Stem Cells. PLoSCurr. 2, RRN1193 (2010).
  6. Park, I. H., et al. Disease-Specific Induced Pluripotent Stem Cells. Cell. 134 (5), 877-886 (2008).
  7. Song, B., et al. Neural differentiation of patient specific iPS cells as a novel approach to study the pathophysiology of multiple sclerosis. Stem Cell Research. 8 (2), 259-273 (2012).
  8. Vierbuchen, T., et al. Direct conversion of fibroblasts to functional neurons by defined factors. Nature. 463 (7284), 1035-1041 (2010).
  9. Pfisterer, U., et al. Direct conversion of human fibroblasts to dopaminergic neurons. Proceedings of the National Academy of Sciences. 108, 10343-10348 (2011).
  10. Lee, S. -. T., et al. Direct Generation of Neurosphere-Like Cells from Human Dermal Fibroblasts. PLoS ONE. 6, e21801 (2011).
  11. Thier, M., et al. Direct Conversion of Fibroblasts into Stably Expandable Neural Stem Cells. Cell Stem Cell. 10 (4), 473-479 (2012).
  12. Lujan, E., Chanda, S., Ahlenius, H., Südhof, T. C., Wernig, M. Direct conversion of mouse fibroblasts to self-renewing, tripotent neural precursor cells. Proceedings of the National Academy of Sciences. 109, 2527-2532 (2012).
  13. Wang, T., et al. Derivation of neural stem cells from human adult peripheral CD34+ cells for an autologous model of neuroinflammation. PLoS ONE. 8, e81720 (2013).
  14. Jin, C. H., et al. Recombinant Sendai virus provides a highly efficient gene transfer into human cord blood-derived hematopoietic stem cells. Gene Ther. 10 (3), 272-277 (2003).
  15. Ban, H., et al. Efficient generation of transgene-free human induced pluripotent stem cells (iPSCs) by temperature-sensitive Sendai virus vectors. Proceedings of the National Academy of Sciences. 108, 14234-14239 (2011).
  16. Goolsby, J., et al. Hematopoietic progenitors express neural genes. Proceedings of the National Academy of Sciences. 100, 14926-14931 (2003).

Play Video

Cite This Article
Wang, T., Choi, E., Monaco, M. C. G., Major, E. O., Medynets, M., Nath, A. Direct Induction of Human Neural Stem Cells from Peripheral Blood Hematopoietic Progenitor Cells. J. Vis. Exp. (95), e52298, doi:10.3791/52298 (2015).

View Video