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.
לאחרונה, iPSCs משך תשומת לב כמקור חדש של תאים עבור טיפולי משובי. למרות שהשיטה הראשונית לiPSCs יצירה הסתמכה על fibroblasts עורי מתקבל על ידי ביופסיה פולשנית והחדרה הגנומי retroviral של transgenes, היו מאמצים רבים כדי להימנע מחסרונות אלה. תאי T היקפיים אנושיים הם מקור תא ייחודי ליצירת iPSCs. iPSCs שמקורם בתאי T לכלול ארגון מחדש של הקולטן תא T (TCR) גנים והם מקור של תאי T אנטיגן ספציפי. בנוסף, סידור מחדש קולט תא T בגנום יש הפוטנציאל לתייג שורות תאים בודדות ולהבחין בין תאים מושתלים ותורם. ליישום קליני בטוח של iPSCs, חשוב כדי למזער את הסיכון של חשיפת iPSCs חדש שנוצר לגורמים מזיקים. למרות שתאים בסרום ומזין שור עובריים היו חיוניים לתרבות תאי גזע pluripotent, עדיף להסיר אותם ממערכת התרבות כדי להפחית את הסיכוןשל פתוגניות בלתי צפויה. כדי לטפל בזה, הקמנו פרוטוקול להפקת iPSCs מתאי T היקפיים אנושיים באמצעות וירוס סנדאי כדי להפחית את הסיכון של חשיפת iPSCs לפתוגנים לא מוגדרים. למרות שהטיפול בוירוס סנדאי דורש ציוד עם רמת הבטיחות הביולוגית המתאימה, נגיף מדביק סנדאי מופעל תאי T ללא החדרת הגנום, עדיין עם יעילות גבוהה. בפרוטוקול זה, אנחנו מדגימים את הדור של iPSCs מתאי T היקפיים אנושיים בתנאים ללא מזין באמצעות שילוב של תרבית תאי T מופעלת ווירוס סנדאי.
iPSCs משך תשומת לב רבה כמקור פורץ של תאים לרפואת רגנרטיבית 1-3. נכון להיום, שיטות מגוונות ליצירת iPSCs דווחו 4,5. בין אלה, iPSCs שנוצר מתאי T האנושיים היה עניין מיוחד בשל השיטה פחות פולשנית של תא דגימה 6-8. בנוסף, iPSCs שמקורם בתאי T לכלול ארגון מחדש של גן קולט תא T (TCR) ולכן הם מקור לתאי T אנטיגן ספציפי 9,10. לכן, יצירת iPSCs תא נגזר T שימושי להתקדמות רפואת רגנרטיבית בבטחה.
שיטה זו מבוססת על הרעיון של הפחתת הסיכון לפתוגניות בלתי צפויה. ליישום קליני בטוח של iPSCs חשוב כדי להפחית את הסיכון של חשיפה לפתוגנים 11. בעבר במערכות תרבות רבות של תאי גזע pluripotent, תאי סרום ומזין שור עובריים שימשו כמגיב חיוניזה 12. עם זאת, ההסרה של שני חומרים כימיים אלה ממערכת התרבות עדיפה לדור iPSC כדי להפחית את הסיכון של פתוגניות בלתי צפויה.
בנוסף, בשיטה זו יש את היתרון של הימנעות דגימת תאים פולשניים מחולים והכנה מייגע של תאים מזינים. בגלל iPSCs נגזר תא T כבר השתמש בהצלחה במחקר המחלה 13,14, שיטה זו היא גם ישימה ושימושית ליצירת iPSCs הספציפית למחלה של חולים.
בין שיטות תכנות מחדש של תאי T, באמצעות וקטור וירוס סנדאי (שב) ככלי גן הוא שיטה שיכול ליצור iPSCs עם יעילות גבוהה 7,16. בנוסף, בגלל sev הוא וירוס RNA חד-גדילים ולא צריך שלב DNA לשכפול, השימוש בו בדור iPSC ימנע שבירת הגנום מארח 17-19. לכן, הקמנו פרוטוקולים ליצירת iPSCs מתאי T היקפיים אדם בסרום-frוקטורי EE וללא תנאי מזין באמצעות שילוב של matrigel, בינוני mTeSR, ושב.
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.
אנו מודים יושיקו מיאקי, סאיאקה Kanaami, צ'יהאנה Fujita, Miho ימגוצ'י, נאטסוקו Henmi, וריי אונו מבית הספר לרפואה של אוניברסיטת קיו לקבלת סיוע טכני. עבודה זו מומנה בחלקו על ידי תכנית מו"פ מערכות תמיכה כדי להאיץ את השימוש המעשי של תוצאות מחקר בריאות, ותכנית לכביש למימוש רפואת רגנרטיבית.
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 |