Eficiente geração de pâncreas/duodeno Homeobox proteína 1⁺ Posterior Foregut/pancreático progenitores de hPSCs em culturas de adesão

O pâncreas é constituído principalmente por células endócrinas e exócrinas, e sua disfunção ou sobrecarga causa várias doenças, como a pancreatite, diabetes e câncer pancreático. Para elucidar a patogenia da pancreatopathy, é necessário analisar o processo de desenvolvimento e função das células do pâncreas. Além disso, um fornecimento estável de celular com qualidade robusta é necessária para estabelecer a terapia de suplementação de célula/tecido. Células-tronco pluripotentes humanas (hPSC)-derivadas de células pancreáticas são uma promissora fonte de células para esses fins, e o protocolo de diferenciação para células pancreáticas tem sido intensamente estudado^{1,2,3, 4}. Avanços recentes na geração in vitro de células β pancreáticas imitam a geração das células β adulto humano e estas células mostrar efeito terapêutico sobre implante em diabético modelo ratos^2,3. Além disso, a análise das células β, gerados a partir de células-tronco pluripotentes induzidas (iPSCs) de saudável e tipo 1 diabetes pacientes doadores revelou sem diferenças funcionais, incluindo quando sob estresse⁵. Além disso, fenótipos de doença foram parcialmente reproduzidos em células pancreáticas induzidas com paciente-derivado iPSCs ou hPSCs, abrigando mutações genéticas no mesmo site que o pacientes^6,7.

Para gerar células pancreáticas de hPSCs, é usada gradual diferenciação direcionada que recapitula a processos de desenvolvimento. O pâncreas é derivado da camada endoderme do embrião precoce, que expressa o sexo-determinando a região Y-caixa 17 (SOX17) e forkhead caixa A2 (FOXA2)⁸. Baseada em estudos de rato, a camada de endodermal forma tubo do intestino primitivo, que é marcado pela expressão do fator nuclear de hepatócito 1-beta (Hnf1β) e fator nuclear de hepatócito 4-alfa (Hnf4α). O tubo do intestino primitivo alonga e desenvolve-se o aparelho respiratório, aparelho digestivo e órgãos. Após o alongamento, a área posterior foregut torna-se região pancreática presuntiva, marcada pela expressão da proteína fator transcricional pâncreas/duodeno homeobox 1 (PDX1)^8,9,10. As partes dorsais e ventrais do PDX1⁺ intestino tubo engrossar para pancreático botões de formulário, que são marcados pela expressão co de pâncreas transcrição fator 1 subunidade alfa (PTF1A) e NK6 homeobox 1 (NKX6.1)^8,11. Esta expressão marca o início morfológico de organogênese do pâncreas. As células da endoderme do pâncreas, que são componentes dos brotos pancreáticos, formar uma rede tubular ramificada de estruturas epiteliais¹² e eventualmente se diferenciar em células endócrinas e exócrinas, incluindo β-células secretoras de insulina e α-células secretoras de glucagon. Expressão de PDX1 é detectado primeiro na região do pâncreas presuntiva, que então é observada ao longo de todo o desenvolvimento do pâncreas e mostra a localização de células β – e δ^9,13,14. Embora o Pdx1⁺ área de células que expressam não Ptf1a ou Nkx6.1 diferencia em antro gástrico, duodeno, biliar extra-hepática e algumas células intestinais em meio à fase tardia do desenvolvimento em ratos⁹, PDX1⁺ as células são consideradas os progenitores do pâncreas a fase inicial do desenvolvimento em seres humanos.

Aqui, apresentamos um protocolo detalhado para diferenciar hPSCs em PDX1⁺ células para a geração de linhagens no pâncreas. A protocolo inicia diferenciação por semeadura dissociou células únicas^15,16,17. Geralmente, hPSCs indiferenciadas são mantidas como colônias ou agregados de células em suspensão ou na adesão. Como resultado, a maioria dos protocolos iniciar a diferenciação logo após a passagem. No entanto, no estado de colônias ou agregados, as células são propensas a heterogeneidades espaciais e transcriptional^{18,19,20,21,22}, que podem dificultar o primeiro passo de diferenciação para a endoderme definitivo seguido de diferenciação ineficiente para PDX1⁺ células. O presente protocolo pode oferecer fácil manuseio para melhorar e estabilizar a eficiência de diferenciação de algumas linhas de hPSC que anteriormente foram encontradas para diferenciar de forma ineficiente de endodermal linhagens e PDX1⁺ as células^{23, 24 , 25}.