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.
Recentemente, iPSCs hanno attirato l'attenzione come una nuova fonte di cellule per terapie rigenerative. Sebbene il metodo iniziale per iPSCs generano invocata fibroblasti dermici ottenuti mediante biopsia invasiva e retrovirali inserimento genomica di transgeni, ci sono stati molti sforzi per evitare questi inconvenienti. Le cellule T periferiche umani sono una fonte di cellule unico per la generazione di iPSCs. iPSCs derivati da cellule T contengono riarrangiamenti del recettore delle cellule T (TCR) geni e sono una fonte di cellule T antigene-specifiche. Inoltre, T cell receptor riarrangiamento nel genoma ha il potenziale di etichettare linee di cellule individuali e di distinguere tra le cellule trapiantate e donatori. Per applicazione clinica sicura di iPSCs, è importante ridurre al minimo il rischio di esporre iPSCs appena generato ad agenti nocivi. Anche se le cellule di siero fetale bovino e di alimentazione sono stati fondamentali per la coltura di cellule staminali pluripotenti, è preferibile rimuoverli dal sistema di coltura per ridurre il rischiodi patogenicità imprevedibile. Per far fronte a questo, abbiamo stabilito un protocollo per la generazione di iPSCs dalle cellule T periferico umano mediante virus di Sendai per ridurre il rischio di esposizione agli agenti patogeni iPSCs indefiniti. Anche se la gestione Sendai virus richiede attrezzature con il livello di biosicurezza adeguato, virus infetta Sendai cellule T attivate, senza inserimento del genoma, ma con alta efficienza. In questo protocollo, dimostriamo la generazione di iPSCs dalle cellule T periferici umani in condizioni di assenza di alimentazione utilizzando una combinazione di attivo coltura delle cellule T e virus di Sendai.
iPSCs hanno suscitato notevole attenzione come fonte innovativa di cellule per la medicina rigenerativa 1-3. Ad oggi, diversi metodi per la generazione di iPSCs sono stati segnalati 4,5. Tra questi, iPSCs generato da cellule T umane sono stati di particolare interesse a causa del metodo meno invasivo del campionamento delle cellule 6-8. Inoltre, iPSCs derivati da cellule T contiene riarrangiamenti del gene del recettore delle cellule T (TCR) e sono quindi una fonte di cellule T antigene-specifiche 9,10. Pertanto, generando cellule derivate iPSCs T è sicuro utile per progredire la medicina rigenerativa.
Questo metodo si basa sul concetto di ridurre il rischio di patogenicità imprevedibile. Per applicazione clinica sicura di iPSCs è importante ridurre il rischio di esposizione ad agenti patogeni 11. Precedentemente in molti sistemi di coltura di cellule staminali pluripotenti, cellule di siero fetale bovino e alimentatore sono stati utilizzati come reagente essenziales 12. Tuttavia, la rimozione di entrambi questi reagenti del sistema di coltura è preferibile per la generazione COPSI per ridurre il rischio di patogenicità imprevedibile.
Inoltre, questo metodo ha il vantaggio di evitare il campionamento delle cellule invasive da pazienti e laboriosa preparazione di cellule feeder. Perché cellule T iPSCs derivati sono già stati utilizzati con successo nella ricerca sulle malattie 13,14, questo metodo è applicabile e utile per generare iPSCs malattie specifiche da pazienti anche.
Tra i metodi di riprogrammazione delle cellule T, utilizzando il virus Sendai (SeV) vettore come veicolo gene è un metodo che può generare iPSCs con alta efficienza 7,16. Inoltre, poiché SeV è un singolo filamento RNA virus e non necessita di una fase di DNA per la replicazione, il suo uso nella generazione COPSI evita la rottura del genoma ospite 17-19. Pertanto, abbiamo stabilito protocolli per la generazione di iPSCs da cellule T periferico umano nel siero-frEE e condizioni senza alimentazione utilizzando una combinazione di matrigel, mTeSR media, e Sev vettori.
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.
Ringraziamo Yoshiko Miyake, Sayaka Kanaami, Chihana Fujita, Miho Yamaguchi, Natsuko Henmi, e Rei Ohno della scuola dell'università Keio di Medicina per l'assistenza tecnica. Questo lavoro è stato in parte finanziato da un programma di R & D Systems sostegno per accelerare l'uso pratico dei risultati della ricerca di salute, e il programma di strada per la realizzazione di Medicina Rigenerativa.
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 |