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 têm atraído a atenção como uma nova fonte de células para terapias regenerativas. Embora o método para a geração inicial iPSCs invocado fibroblastos dérmicos obtidos por biópsia invasiva e inserção genómico retroviral de transgenes, tem havido muitos esforços no sentido de evitar estas desvantagens. As células T periférico humano são uma fonte de célula exclusivo para gerar iPSCs. iPSCs derivadas de células T contêm rearranjos do receptor de células T (TCR) e os genes são uma fonte de células T específicas de antigénio. Além disso, o rearranjo receptor de células T no genoma tem o potencial para identificar linhas de células individuais e distinguir entre células transplantadas e doadores. Para aplicação clínica segura de iPSCs, é importante minimizar o risco de expor iPSCs recém-gerados a agentes nocivos. Embora as células de soro bovino fetal e de alimentação têm sido essenciais para a cultura de células estaminais pluripotentes, é preferível removê-los a partir do sistema de cultura para reduzir o riscode patogenicidade imprevisível. Para resolver isso, nós estabelecemos um protocolo para gerar iPSCs de células T periférico humano usando vírus Sendai para reduzir o risco de exposição a patógenos iPSCs indefinidos. Embora a manipulação do vírus Sendai requer equipamento com o nível de segurança biológica apropriada, Sendai vírus infecta células T activadas sem inserção do genoma, mas com elevada eficiência. Neste protocolo, demonstramos a geração de iPSCs de células T periférico humano em condições de livre-de alimentação, utilizando uma combinação de cultura de células T ativadas e vírus Sendai.
iPSCs atraíram considerável atenção como uma fonte inovadora de células para a medicina regenerativa 1-3. Até à data, diversos métodos para gerar iPSCs foram relatados 4,5. Entre estes, iPSCs gerado a partir de células T humanas têm sido de particular interesse devido ao método menos invasivo da célula de amostragem 6-8. Além disso, iPSCs derivadas de células T contêm rearranjos do gene receptor de células T (TCR) e são, portanto, uma fonte de células T específicas de antigénio 9,10. Portanto, a geração de células T derivados iPSCs é seguramente útil para avançar a medicina regenerativa.
Este método baseia-se no conceito de reduzir o risco de patogenicidade imprevisível. Para aplicação clínica segura de iPSCs é importante para reduzir o risco de exposição a agentes patogénicos 11. Anteriormente em diversos sistemas de cultura de células estaminais pluripotentes, células de soro bovino fetal e de alimentação têm sido utilizados como reagente essencialS 12. No entanto, a remoção de ambos os reagentes a partir do sistema de cultura para a geração é preferível iPSC para reduzir o risco de patogenicidade imprevisível.
Além disso, este método tem a vantagem de evitar amostragem invasiva de células de pacientes e laboriosa preparação de células alimentadoras. Como células T derivadas iPSCs já têm sido utilizados com sucesso na pesquisa de doenças 13,14, este método também é aplicável e útil para gerar iPSCs de doenças específicas de pacientes.
Entre os métodos de reprogramação das células T, utilizando o vector de vírus Sendai (SeV) como um veículo de genes é um método que pode gerar iPSCs com alta eficiência 7,16. Além disso, porque é um SeV single-stranded RNA vírus e não necessita de uma fase para a replicação de ADN, a sua utilização na produção de iPSC evita quebrar o genoma do hospedeiro 17-19. Portanto, nós estabelecemos protocolos para gerar iPSCs de células T periférico humano no soro-free e condições de livre-de alimentação, utilizando uma combinação de matrigel, médio mTeSR, e SEV vetores.
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.
Agradecemos Yoshiko Miyake, Sayaka Kanaami, Chihana Fujita, Miho Yamaguchi, Natsuko Henmi, e Ohno Rei da Escola de Medicina da Universidade de Keio para assistência técnica. Este trabalho foi parcialmente financiado por um programa de apoio à I & D Systems para acelerar a utilização prática dos resultados da pesquisa em saúde, e do Programa Estrada para a Realização de Medicina Regenerativa.
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 |