Regia di differenziazione dei progenitori ematopoietici primitivi e definitivo da cellule staminali pluripotenti umane

Cellule staminali pluripotenti umane (hPSCs) sono definite nel senso che comprende sia le cellule staminali embrionali umane (hESC) e cellule staminali umane pluripotenti indotte (hiPSCs) e hanno la capacità unica di non solo in fase di auto-rinnovamento in condizioni di crescita appropriata, ma anche, la capacità di differenziarsi in tutti i tipi di cellule derivate da tre strati di germe: ectoderma, mesoderma ed endoderma¹. A causa di queste abilità uniche, hPSCs tenere grande promessa per la medicina rigenerativa, la modellazione di malattia e le terapie basate sulle cellule². Mentre più tipi di cellule sono stati differenziati con successo dai hPSCs, una sfida significativa è la specifica in vitro di esclusivamente adulto-come hPSC-derivato cellule staminali ematopoietiche (HSCs) e definitivi progenitori ematopoietici.

Un probabile ostacolo allo sviluppo di HSC umane da hPSCs è la presenza di più programmi ematopoietiche entro l’ embrione umano³. Il primo programma che emerge, definito “primitivo ematopoiesi,” nasce all’interno del tessuto del sacco vitellino extraembryonic e meglio è caratterizzato dalla sua produzione transitoria di progenitori dell’eritroblasto (EryP-CFC), macrofagi e megacariociti. In particolare, questo programma non dà luogo a HSCs, né dà origine ai progenitori linfoidi T e B. Tuttavia, il sacco vitellino transitoriamente dar luogo a progenitori ematopoietici definitivi con restrizioni, come il progenitore eritro-mieloide (EMP^4,5,6,7,8) e degli eritrociti-carenti linfoide-innescato multipotenti progenitrici (LMPP⁹). Tuttavia, EMPs né LMPPs sono completamente multipotenti, o in grado di attecchimento di HSC-come nei destinatari adulti. Al contrario, più avanti in sviluppo, il programma ematopoietico “definitivo” classicamente definito è specificato nella regione dell’aorta-gonade-Mesonefro dell’embrione propriamente detto, dando vita a tutte le filiere emopoietiche adulti, tra cui l’HSC. La specifica di queste cellule ematopoietiche definitive intra-embrionali si verifica in una tacca-dipendente, tramite una transizione endoteliali–emopoietici dal hemogenic dell’endotelio (lui)^{3,10,11 ,12,13,14}. A parte la capacità di ricostituzione, il potenziale di multilineage e tacca-dipendenza di queste cellule può essere utilizzato per distinguere questi progenitori ematopoietici definitivi da EMP e il LMPP (rivisto in riferimenti^3,13 ).

Comprendere i meccanismi che disciplinano primitivo e definitiva specifica ematopoietica da hPSCs è probabilmente fondamentale per la produzione riproducibile dei progenitori ematopoietici definitivi attraverso una varietà di linee di hPSC. Fino a poco tempo, protocolli di differenziazione hPSC che potrebbero separare multipotenti progenitori ematopoietici primitivi e definitivi non esisteva^{15,16,17,18, 19,20,21,22,23,24,25}. Molti approcci utilizzando siero bovino fetale (FBS) e/o stromale co-coltura prima delineato il potenziale ematopoietico di differenziazione hPSC, con miscele di primitivo e definitiva ematopoietiche potenziali^{15,16, 17,19,22,23,25}. Ulteriormente, molti protocolli senza siero ematopoietiche sono descritti i requisiti di segnale per la specifica del mesoderma da hPSCs che continuano ad avere potenziale ematopoietico^{18,20,21, 24}. Tuttavia, come questi metodi ancora ha dato luogo a miscele eterogenee di entrambi i programmi, il loro uso in applicazioni cliniche e comprensione dei meccanismi dello sviluppo può essere limitato.

Recentemente abbiamo costruito su questi studi, dopo aver delineato i requisiti del segnale di fase-specifici per ACTIVIN/NODAL e segnalazione di WNT nella specifica ematopoietico primitivo e definitiva dal mesoderma hPSC-derivato^18,26 . Quest’ultimo era particolarmente unico, come il suo utilizzo di manipolazione del segnale WNT fase-specifici permette per la specifica di essere esclusivamente primitivo o di progenitori ematopoietici definitivo²⁶esclusivamente. Durante la specifica di mesoderma, l’inibizione di segnalazione WNT canonico con l’inibitore PORCN IWP2 risultati nella specifica di CD43⁺ EryP-CFC e dei progenitori mieloidi, con nessun potenziale linfoide rilevabile. In netto contrasto, stimolazione della canonica WNT segnalazione con l’inibitore di GSK3β, CHIR99021, durante la stessa fase di differenziazione ha provocato la completa assenza di CD43 rilevabile⁺ EryP-CFC, mentre contemporaneamente conduceva per la specifica di CD34⁺CD43⁻ HE. Questa popolazione ha posseduto mieloide, HBG-che esprimono degli eritrociti e potenziale T-linfoide. Successive analisi hanno identificato questo aveva come manca l’espressione di CD73^27,28 CD184²⁸e suo potenziale ematopoietico tacca-dipendente²⁸. Più ulteriormente, unicellulare clonale analisi hanno dimostrato che queste filiere emopoietiche definitivi potrebbero essere derivati da cellule multipotenti singola²⁸. Presi insieme, questi studi indicano che fase-specifici WNT segnalazione manipolazione possibile specificare puri primitivi progenitori ematopoietici, oppure multipotenti progenitori ematopoietici definitivi di NOTCH-dipendente.

Qui, descriviamo la nostra strategia di differenziazione che produce esclusivamente primitivi o definitivi progenitori ematopoietici, attraverso la manipolazione delle canoniche WNT segnalazione durante mesodermal patterning e loro a valle lineage ematopoietico saggi. Questo protocollo è di grande valore per i ricercatori che sono interessati nella produzione di progenitori ematopoietici primitivi o definitivi da hPSCs per applicazioni di medicina rigenerativa.