Diferenciação dirigida eficiente e escalável de clinicamente compatível Corneal estroma epiteliais células-tronco de células pluripotentes humanas
Summary
Este protocolo apresenta um método simples de duas etapas de diferenciação de células-tronco epiteliais estroma corneana de células-tronco pluripotentes humanas sob condições de cultura celular-free xeno – e alimentador. Os métodos de cultura celular aqui apresentados permitem a produção de custo-eficiente, em larga escala de células de qualidade clínica aplicáveis ao uso de terapia de células da córnea.
Abstract
Corneais estroma epiteliais células-tronco (LESCs) são responsáveis por renovar continuamente o epitélio corneano e mantendo assim a homeostasia corneana e clareza visual. Células-tronco pluripotentes humanas (hPSC)-LESCs derivadas fornecem uma promissora fonte de células para terapia de reposição de células da córnea. Condições de cultura e diferenciação de indefinido, xenogénicas causam variação nos resultados de pesquisa e impedem a tradução clínica da terapêutica hPSC-derivado. Este protocolo fornece um método eficiente e reprodutível para diferenciação de hPSC-LESC condições xeno – e alimentador sem célula. Em primeiro lugar, cultura de monocamadas de hPSC indiferenciada na recombinação laminina-521 (LN-521) e médio hPSC definido serve como uma base para a produção de robusta de alta qualidade matéria-prima para diferenciações. Em segundo lugar, um método de diferenciação rápida e simples hPSC-LESC produz populações LESC em apenas 24 dias. Este método inclui uma quatro dias superfície ectodérmica indução em suspensão com pequenas moléculas, seguido por fase de cultura aderente na matriz de combinação LN-521/colagénio IV médio definido diferenciação epitelial da córnea. Cryostoring e diferenciação estendida mais purifica a população celular e permite bancário das células em grandes quantidades de produtos de terapia celular. Os resultantes hPSC-LESCs de alta qualidade fornecem uma potencial estratégia de tratamento romance para reconstrução da superfície da córnea tratar a deficiência de células-tronco limbal (LSCD).
Introduction
A córnea transparente na superfície ocular permite que a luz entra na retina e fornece a maioria do poder refrativo do olho. A camada mais externa, o epitélio estratificado da córnea, é continuamente regenerada por estroma de células tronco epiteliais (LESCs). Os LESCs residem na camada basal dos nichos estroma no corneoscleral junção1,2. LESCs falta de marcadores específicos e exclusivos, por sua identificação requer uma análise mais abrangente de um conjunto de marcadores putativos. P63 do fator de transcrição epiteliais e especialmente N-terminal truncada transcreva a isoforma alfa do p63 (ΔNp63α), tem sido proposto como um relevante positivo LESC marcador3,4. Divisão assimétrica de LESCs lhes permite renovar o Self, mas também produzir descendência que migra centripetamente e anteriormente. Como as células de progresso em direção à superfície da córnea eles gradualmente perdem sua stemness e finalmente terminalmente diferenciar superficial de células escamosas que perdem-se continuamente da superfície da córnea.
Danos a qualquer uma das camadas da córnea pode levar à severa deficiência visual, e defeitos corneais são, portanto, uma das principais causas de perda de visão em todo o mundo. Na deficiência de estroma de células estaminais (LSCD), ao limbo é destruído pela doença ou trauma que leva a conjunctivalization e opacificação da superfície da córnea e subsequente perda de visão5,6. Terapia de reposição celular usando enxertos de limbo autólogos ou alogênico oferece uma estratégia de tratamento para pacientes com LSCD4,7,8,9. No entanto, colheita de enxertos autólogos carrega um risco de complicações para o olho saudável, e tecido doador está em falta. Células estaminais pluripotentes humanas (hPSCs), especificamente as células estaminais embrionárias humanas (hESCs) e células-tronco pluripotentes induzidas humana (hiPSCs), pode servir como uma fonte ilimitada de tipos de células clinicamente relevantes, incluindo as células epiteliais da córnea. Portanto, hPSC-derivado LESCs (hPSC-LESCs) representam uma fonte de celular novo atrativo para terapia de reposição celular ocular.
Tradicionalmente, ambos os métodos de cultura hPSC indiferenciadas e seus protocolos de diferenciação para LESCs têm contado com o uso de células alimentador indefinido, soros de animais, mídia condicionadas ou membrana amniótica10,11, 12 , 13 , 14 , 15. recentemente, esforços na direção de produtos de terapia celular mais seguros tem solicitado a procura de mais protocolos padronizados e xeno-livre cultura e diferenciação. Como resultado, vários métodos definidos e xeno-livre para cultura a longo prazo de hPSCs indiferenciadas estão agora comercialmente disponíveis16,17,18. Como um continuum, dirigido diferenciação protocolos confiando em pistas moleculares para orientar a hPSCs ao destino epitelial da córnea foram recentemente introduzidos19,20,21,22, 23. Ainda muitos desses protocolos utilizados ou indefinido, alimentador com base hPSCs como material, ou fator de crescimento do complexo, xenogénica cocktails para diferenciação de partida.
O propósito do presente protocolo é fornecer um robusto, otimizado, xeno- e método de cultura livre de alimentador hPSC e subsequente diferenciação para LESCs da córnea. Cultura de monocamadas de pluripotentes hPSCs na matriz de laminina-521 (LN-521) no meio de hPSC definida, livre de albumina (especificamente essencial Flex 8) permite a rápida produção de matéria-prima homogênea para diferenciações. Depois de um simples, estratégia de diferenciação em duas fases guias hPSCs em direção a superfície ectodérmico destino em suspensão, seguido de diferenciação aderente para LESCs. Uma população de células onde > 65% express ΔNp63α é obtida dentro de 24 dias. O protocolo de xeno alimentador-livre e foi testado com várias linhas de hPSC (hESCs e hiPSCs), sem qualquer exigência de otimização específicas de linha de celular. Os protocolos para fenotipagem de manutenção, passagem, cryostoring e hPSC-LESC livre de fim de semana, aqui descritos permitem a produção de grandes lotes de alta qualidade LESCs para clínicas ou fins de investigação.
Protocol
Representative Results
Discussion
O resultado esperado deste protocolo é a geração bem sucedida e robusta de LESCs de uma suspensão de célula única do FF hPSC dentro aproximadamente 3,5 semanas. Como o epitélio corneano se desenvolve a partir do ectoderma de superfície29, o primeiro passo do protocolo visa hPSCs para esta linhagem de direção. Uma indução curto 24 h com a transformação de fator de crescimento beta (TGF-β) antagonista SB-505124 e bFGF são utilizados para induzir a diferenciação ectodérmica, seguid…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
O estudo foi apoiado por Academia da Finlândia (número de concessão 297886), o programa de peças humanas de Tekes, o finlandês agência de financiamento para tecnologia e inovação, o olho finlandês e Fundação do banco de tecido e Fundação Cultural finlandesa. Os autores graças os técnicos de laboratório biomédico Outi Melin, Hanna Pekkanen, Emma Vikstedt e Outi Heikkilä para assistência técnica excelente e contribuição para a cultura de células. Professor Katriina Aalto-Setälä é reconhecido para fornecer a linha de hiPSC usado e facilidade de BioMediTech Imaging Core para fornecendo equipamentos para tratamento de imagens de fluorescência.
Materials
| Material/Reagent | |||
| 1x DPBS containing Ca2+ and Mg2+ | Gibco | #14040-091 | |
| 1x DPBS without Ca2+ and Mg2+ | Lonza | #17-512F/12 | |
| 100 mm cell culture dish | Corning CellBIND | #3296 | Culture vessel format for adherent hPSC-LESC differentiation |
| 12-well plate | Corning CellBIND | #3336 | Culture vessel format for IF samples |
| 24-well plate | Corning CellBIND | #3337 | Culture vessel format for IF samples |
| 2-mercaptoethanol | Gibco | #31350-010 | |
| 6-well plate, Ultra-Low attachment | Corning Costar | #3471 | Culture vessel format for induction in suspension culture |
| Alexa Fluor 488 anti-mouse Ig | ThermoFisher Scientific | #A-21202 | Secondary antibody for IF |
| Alexa Fluor 488 anti-rabbit Ig | ThermoFisher Scientific | #A-21206 | Secondary antibody for IF |
| Alexa Fluor 568 anti-goat Ig | ThermoFisher Scientific | #A-11057 | Secondary antibody for IF |
| Alexa Fluor 568 anti-mouse Ig | ThermoFisher Scientific | #A-10037 | Secondary antibody for IF |
| Basic fibroblast growth factor (bFGF, human) | PeproTech Inc. | #AF-100-18B | Animal-Free Recombinant Human FGF-basic (154 a.a.) |
| BD Cytofix/Cytoperm Fixation/Permeabilization Solution | BD Biosciences | #554722 | Fixation and permeabilization solution for flow cytometry |
| BD Perm/Wash Buffer | BD Biosciences | #554723 | Washing buffer for flow cytometry |
| Blebbistatin | Sigma-Aldrich | #B0560 | |
| Bone morphogenetic protein 4 (BMP-4) | PeproTech Inc. | #120-05A | |
| Bovine serum albumin (BSA) | Sigma-Aldrich | #A8022-100G | |
| Cytokeratin 12 antibody | Santa Cruz Biotechnology | #SC-17099 | Primary antibody for IF |
| Cytokeratin 14 antibody | R&D Systems | #MAB3164 | Primary antibody for IF |
| Cytokeratin 15 antibody | ThermoFisher Scientific | #MS-1068-P | Primary antibody for IF |
| CnT-30 | CELLnTEC Advanced Cell Systems AG | #Cnt-30 | Culture medium for adherent hPSC-LESC differentiation |
| Collagen type IV (human) | Sigma-Aldrich | #C5533 | Human placental collagen type IV |
| CoolCell LX Freezing Container | Sigma-Aldrich | #BCS-405 | |
| CryoPure tubes | Sarsted | #72.380 | 1.6 ml cryotube for hPSC-LESC cryopreservation |
| Defined Trypsin Inhibitor | Gibco | #R-007-100 | |
| Essential 8 Flex Medium Kit | Thermo Fisher Scientific | #A2858501 | |
| GlutaMAX | Gibco | #35050061 | |
| Laminin 521 | Biolamina | #Ln521 | Human recombinant laminin 521 |
| ΔNp63α antibody | BioCare Medical | #4892 | Primary antibody for IF |
| OCT3/4 antibody | R&D Systems | #AF1759 | Primary antibody for IF |
| p63α antibody | Cell Signaling Technology | #ACI3066A | Primary antibody for IF |
| p63-α (D2K8X) XP Rabbit mAb (PE Conjugate) | Cell Signaling Technology | #56687 | p63-α PE-conjugated antibody for flow cytometry |
| PAX6 antibody | Sigma-Aldrich | #HPA030775 | Primary antibody for IF |
| Penicillin/Streptomycin | Lonza | #17-602E | |
| Paraformaldehyde (PFA) | Sigma-Aldrich | #158127 | Cell fixative for IF |
| ProLong Gold Antifade Mountant with DAPI | Thermo Fisher Scientific | #P36931 | DAPI mountant for hard mounting for IF |
| PSC Cryopreservation Kit | Thermo Fisher Scientific | #A2644601 | |
| TrypLE Select Enzyme | Gibco | #12563-011 | |
| KnockOut Dulbecco’s modified Eagle’s medium | Gibco | #10829018 | |
| KnockOut SR XenoFree CTS | Gibco | #10828028 | |
| MEM non-essential amino acids | Gibco | #11140050 | |
| SB-505124 | Sigma-Aldrich | #S4696 | |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich | #T8787 | Permeabilization agent for IF |
| VectaShield | Vector Laboratories | #H-1200 | DAPI mountant for liquid mounting for IF |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Equipment | |||
| Cytocentrifuge, e.g. CellSpin II | Tharmac | ||
| Flow cytometer, e.g. BD Accuri C6 | BD Biosciences | ||
| Fluorescence microscope, e.g.Olympus IX 51 | Olympus |
References
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