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.
Recientemente, iPSCs han atraído la atención como una nueva fuente de células para terapias regenerativas. Aunque el método inicial para la generación de células iPS se basó en fibroblastos dérmicos obtenidas por biopsia invasiva y la inserción genómica retroviral de transgenes, ha habido muchos esfuerzos para evitar estas desventajas. Células T periféricas humanas son una fuente de células única para la generación de células iPS. CMPI derivadas de las células T contienen reordenamientos del receptor de células T (TCR) genes y son una fuente de células T específicas de antígeno. Además, T reordenamiento receptor de la célula en el genoma tiene el potencial para etiquetar líneas celulares individuales y distinguir entre células trasplantadas y de los donantes. Para la aplicación clínica segura de CMPI, es importante reducir al mínimo el riesgo de exponer iPSCs recién generados a los agentes nocivos. Aunque las células de suero bovino fetal y el alimentador han sido esenciales para el cultivo de células madre pluripotentes, es preferible eliminarlos del sistema de cultivo para reducir el riesgode la patogenicidad impredecible. Para solucionar esto, hemos establecido un protocolo para la generación de células iPS a partir de células T periféricas humanas utilizando virus Sendai para reducir el riesgo de exponer a los patógenos iPSCs no definidos. Aunque el manejo de virus Sendai requiere un equipo con el nivel de bioseguridad adecuado, infecta el virus Sendai activan las células T sin la inserción del genoma, pero con una alta eficiencia. En este protocolo, se demuestra la generación de células iPS a partir de células T periféricas humanas en condiciones libres de alimentador utilizando una combinación de cultivo de células T activadas y el virus Sendai.
iPSCs han atraído considerable atención como fuente innovadora de las células para la medicina regenerativa 1.3. Hasta la fecha, diversos métodos para generar células iPS se han reportado 4,5. Entre estos, iPSCs generada a partir de células T humanas han sido de particular interés debido al método menos invasivo de toma de muestras de células 6-8. Además, iPSCs derivado de las células T contiene reordenamientos del gen del receptor de células T (TCR) y son por lo tanto una fuente de células T específicas de antígeno 9,10. Por lo tanto, la generación de células derivadas de células iPS T con seguridad es útil para avanzar la medicina regenerativa.
Este método se basa en el concepto de reducir el riesgo de patogenicidad impredecible. Para la aplicación clínica segura de CMPI es importante para reducir el riesgo de exposición a patógenos 11. Anteriormente en muchos sistemas de cultivo de células madre pluripotentes, las células alimentadoras de suero bovino fetal y se han utilizado como reactivo esencials 12. Sin embargo, la eliminación de estos dos reactivos de el sistema de cultivo es preferible para la generación de IPSC para reducir el riesgo de patogenicidad impredecible.
Además, este método tiene la ventaja de evitar el muestreo invasivo de células de los pacientes y laboriosa preparación de células alimentadoras. Debido a que las células T derivadas CMPI ya han sido utilizados con éxito en la investigación de enfermedades 13,14, este método también es aplicable y útil para generar iPSCs específicos de la enfermedad de los pacientes.
Entre los métodos de reprogramación de células T, utilizando el vector de virus Sendai (SEV) como un vehículo de genes es un método que puede generar CMPI con alta eficiencia 7,16. Además, debido a VSe es un virus de ARN monocatenario y no necesita una fase de ADN para la replicación, su uso en la generación de IPSC evita romper el genoma del huésped 17-19 de. Por lo tanto, hemos establecido protocolos para la generación de células iPS a partir de células T periféricas humanas en el suero-frvectores ee y Condiciones-alimentadoras libre utilizando una combinación de matrigel, mediano mTeSR y SeV.
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, y Rei Ohno de la Escuela de la Universidad de Keio de Medicina para la asistencia técnica. Este trabajo fue financiado en parte por un programa de apoyo a la I + D de sistemas para acelerar el uso práctico de los resultados de investigación en salud, y el Programa de Carreteras para la Realización 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 |