This protocol describes how to generate induced pluripotent stem cells (iPSCs) from human peripheral T cells in feeder-free conditions using a combination of matrigel and Sendai virus vectors containing reprogramming factors.
Onlangs hebben iPSCs aandacht getrokken als een nieuwe bron van cellen voor regeneratieve therapieën. Hoewel de eerste werkwijze voor het iPSCs aangevoerde huidfibroblasten verkregen door invasieve biopsie en retrovirale genoom inbrengen van transgenen zijn er veel pogingen om deze nadelen te vermijden zijn. Humane perifere T-cellen zijn een unieke cel bron voor het genereren van iPSCs. iPSCs afgeleid van T-cellen bevatten herrangschikkingen van het T cel receptor (TCR) genen en zijn een bron van antigen specifieke T-cellen. Daarnaast T-celreceptor omlegging in het genoom heeft het potentieel om afzonderlijke cellijnen label en onderscheid maken tussen getransplanteerde en donorcellen. Voor een veilige klinische toepassing van iPSCs, is het belangrijk om het risico van blootstelling van nieuw gegenereerde iPSCs aan schadelijke agentia minimaliseren. Hoewel foetaal runderserum en voedingscellen essentieel voor pluripotente stamcellen celkweek zijn, verdient het de voorkeur om ze van het kweeksysteem te verwijderen om het risico te verminderenonvoorspelbare pathogeniciteit. Om dit aan te pakken, hebben we een protocol opgesteld voor het genereren iPSCs uit humane perifere T-cellen middels Sendai virus het risico van blootstelling iPSCs op undefined ziekteverwekkers te verminderen. Hoewel de behandeling van Sendai-virus vereist apparatuur met de juiste bioveiligheid niveau Sendai virus infecteert geactiveerde T-cellen zonder genoom inbrengen, maar met een hoog rendement. In dit protocol tonen we het genereren van iPSCs uit humane perifere T-cellen in voedingsvrije met gebruikmaking van een combinatie van geactiveerde T-celkweek en Sendai virus.
iPSCs hebben aanzienlijke aandacht getrokken als een baanbrekende bron van cellen voor regeneratieve geneeskunde 1-3. Tot op heden hebben diverse werkwijzen voor het genereren iPSCs gemeld 4,5. Hiervan iPSCs gegenereerd uit humane T-cellen zijn van bijzonder belang vanwege de minder invasieve methode van celbemonstering 6-8. Bovendien iPSCs afgeleid van T-cellen bevatten herrangschikkingen van het T cel receptor (TCR) genen en derhalve een bron van antigen specifieke T-cellen 9,10. Daarom is het genereren van T-cel afgeleid iPSCs veilig is nuttig voor vordert regeneratieve geneeskunde.
Deze methode is gebaseerd op het concept van het risico van onvoorspelbare pathogeniciteit. Voor een veilige klinische toepassing van iPSCs is het belangrijk om het risico op blootstelling aan pathogenen 11. Eerder in verschillende kweeksystemen van pluripotente stamcellen hebben foetaal runderserum en voedingscellen gebruikt essentieel reagenss 12. Het wegnemen van beide reagentia uit het kweeksysteem voorkeur dat iPSC genereren om het risico op onvoorspelbare pathogeniciteit verminderen.
Bovendien heeft deze werkwijze het voordeel dat invasieve celbemonstering van patiënten en moeizame bereiding van voedingscellen. Omdat T cel afgeleid iPSCs reeds met succes toegepast bij ziekteonderzoek 13,14, deze werkwijze is ook toepasbaar en nuttig voor het genereren van ziektespecifieke iPSCs van patiënten.
Onder T cel herprogrammering werkwijzen, met het Sendai-virus (SeV) vector een gen voertuig een methode die iPSCs kan genereren met een hoog rendement 7,16. Bovendien, omdat SeV is een enkelstrengs RNA-virus en geen DNA fase nodig voor replicatie, zijn gebruik in iPSC generatie voorkomt het breken van het gastheergenoom 17-19. Daarom hebben we vastgesteld protocollen voor het genereren iPSCs van humane perifere T-cellen in serum-free en voedingsvrije met gebruikmaking van een combinatie van Matrigel, mTeSR medium en SeV vectoren.
We describe a protocol for generating iPSCs from human peripheral T cells in serum-free and feeder-free conditions using a combination of matrigel, mTeSR medium, and SeV vectors. For clinical applications of iPSCs, it is important to have a protocol for stably generating iPSCs and a less-invasive method for cell sampling. Although generating iPSCs with the combination of matrigel and mTeSR medium showed lower reprogramming efficiency than that with knockout serum replacement (KSR) medium and feeder-cells, this combination achieves stable generation of iPSCs from donors16. Stable iPSC generation and less-invasive cell sampling has the advantage of being able to increase the number of donors for iPSC generation.
SeV vectors, a minus-strand RNA virus, is not integrated into the host genome. Therefore the risks of tumorigenesis can be avoided at the step of reprogramming factor induction20-24. Additionally, the feeder-free conditions, which use a combination of defined culture medium and matrigel instead of a feeder layer, make it possible to minimize the potential risks of exposure to unknown exogenous factors. The fusion of these techniques provides a less invasive and safer iPSC technology for regenerative medicine16.
Important steps in this protocol are the step of activating human T cells (Step 1) and infecting them with SeV vectors (Step 2). When no ESC-like colony is obtained in the culture dish at an optimal time after SeV infection, the following should be considered. First, the confluency of the mononuclear cells before T cell activation may not be appropriate because optimal activation of T cells is critical for SeV infection25,26. Too high a density of mononuclear cells leads to cell death, interfering with the proper activation of T cells. Too low a density of mononuclear cells also disturbs the proper activation and proliferation of T cells. Therefore, the confluency of mononuclear cells should be checked and adjusted accordingly. Second, the dosage of SeV vectors may not be sufficient. The induction efficiency of iPSC colonies depends on the dosage of the virus6. If no ESC-like colony is observed after SeV infection, the option of increasing the virus dosage up to an MOI of 15-20 should be considered. If signs of iPSC colony differentiation are observed, the frequency at which medium is changed may be increased up to every other day, or to every day when colonies are larger.
The limitation in this protocol consists of this method not being virus free. Although SeV for cell reprogramming is commercially available with ease, users need to prepare equipment according to the appropriate biosafety level. As another method for generating integration-free iPSCs, episomal vectors have been used until now27-29. Although episomal vectors can be used with equipment with a lower level of biosafety, episomal vectors might insert into the host genome at extremely low rates. Therefore, additional checks are required to confirm the disappearance of transgenes, as when using SeV.
There is another limitation in that this technique is not absolutely free from animal-derived products. Some substrates, such as matrigel, anti-CD3 mAb, dissociation solution and SeV solution are derived from animal products and are therefore associated with a risk of transferring xenogeneic pathogens. However, the reduction of animal-derived substrates in the culture system is meaningful for the clinical application of iPSC technology due to the lower risk.
The authors have nothing to disclose.
Wij danken Yoshiko Miyake, Sayaka Kanaami, Chihana Fujita, Miho Yamaguchi, Natsuko Henmi en Rei Ohno van de Keio University School of Medicine voor technische ondersteuning. Dit werk werd deels gefinancierd door een R & D Systems programma ter ondersteuning van het praktische gebruik van de gezondheid van onderzoeksresultaten te versnellen, en de snelweg programma voor de realisatie van de regeneratieve geneeskunde.
Ficoll-Paque PREMIUM | GE Healthcare | 17-5442-02 | |
Purified NA/LE mouse anti-human CD3 | BD Pharmingen | 555336 | |
KBM502 medium | KOHJIN BIO | 16025020 | Warm in 37 ℃ water bath before use |
Bovine albumin fraction V solution | Gibco | 15260-037 | |
BD Matrigel Matrix Growth Factor Reduced | BD Biosciences | 354230 | Thaw completely at 4℃ overnight and dilute it 50 times with Dulbecco's Modified Eagle's Medium before coating culture dishes |
mTeSR1 medium kit | STEM CELL | 5850 | Warm at room temperature before use |
Dissociation Solution | ReproCELL | RCHETP002 | |
D-PBS(–) | Wako | 045-29795 | |
SeV Vector kit CytoTune-iPS ver.1.0 | DNAVEC | DV-0303c | Thaw on ice before use |
100-mm tissue culture dish | Falcon | 353003 | |
96-well tissue culture plate | Falcon | 353078 | |
6-well tissue culture plate | Falcon | 353046 | |
15ml Centrifuge Tube | Greiner Bio-One | 188271 | |
50ml Centrifuge Tube | Greiner Bio-One | 227261 |