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Methodenartikel

High Efficiency Differenzierung von humanen pluripotenten Stammzellen zu Kardiomyozyten und Charakterisierung mittels Durchflusszytometrie

29.7K Aufrufe

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DOI:

10.3791/52010

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23. September 2014

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* These authors contributed equally

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Der Artikel beschreibt die detaillierte Methode zur menschlichen pluripotenten Stammzellen differenzieren zu Herzmuskelzellen wirksam durch selektives Modulieren des Wnt-Signalwegs, gefolgt von Durchflusszytometrie-Analyse von Referenzmarkierungen, um die Homogenität und Identität der Population abzuschätzen.

Zusammenfassung

Es ist dringend notwendig, um Ansätze für die Reparatur der geschädigten Herz, die Entdeckung neuer therapeutischer Medikamente, die nicht über toxische Wirkungen auf das Herz, und die Verbesserung der Strategien, um genau zu modellieren Herzkrankheit zu entwickeln. Das Potenzial der menschlichen induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPSC) Technik zur Nutzung zu Herzmuskel "in einer Schale" für diese Anwendungen zu generieren weiterhin hohe Begeisterung zu erzeugen. In den letzten Jahren hat die Fähigkeit, kardiomyogenen Zellen aus menschlichen pluripotenten Stammzellen (hPSCs) effizient zu erzeugen stark verbessert, bietet uns neue Möglichkeiten sehr frühen Stadien der menschlichen Herzentwicklung modelliert nicht zugänglich. Im Gegensatz zu vielen früheren Verfahren, die hier beschrieben Kardiomyozytendifferenzierung Protokoll keine Zellaggregation oder die Zugabe von Activin A oder BMP4 erfordern und robust erzeugt Kulturen von Zellen, die stark positiv für Herz-Troponin I und T (TNNI3, TNNT2) iroquois- Klasse homeodomain ProteinIRX-4 (IRX4), Myosin regulatorische leichte Kette 2, ventrikuläre / Herzmuskel-Isoform (MLC2v) und Myosin regulatorische leichte Kette 2, Vorhof Isoform (MLC2a) am Tag 10 in allen menschlichen embryonalen Stammzellen (hES) und hiPSC Linien getestet Datum. Zellen können agiert und für mehr als 90 Tage in Kultur gehalten werden. Die Strategie ist technisch einfach zu realisieren und kostengünstig. Charakterisierung von Kardiomyozyten aus pluripotenten Zellen abgeleitet sind oft die Analyse von Referenz-Markierungen sowohl auf der mRNA-und Proteinebene. Zur Proteinanalyse, Durchflusszytometrie ist ein leistungsfähiges analytisches Werkzeug für die Beurteilung der Qualität der Zellen in Kultur und Bestimmen Subpopulation Homogenität. Allerdings können technische Variation in der Probenvorbereitung erheblich beeinträchtigen die Qualität der Durchflusszytometrie Daten. So sollte die Standardisierung von Färbeprotokollen Vergleiche zwischen verschiedenen Differenzierungsstrategien erleichtern. Dementsprechend optimiert Färbeprotokollen zur Analyse IRX4, MLC2v, MLC2a, TNNI3 und TNNT2 durch Durchflusszytometrie beschrieben.

Einleitung

Die Erzeugung von Kardiomyozyten aus hPSCs, einschließlich hESC und hiPSC, kann als ein in vitro-Modell der sehr frühen menschlichen Entwicklungsprozesse Herz funktionieren, die einen Einblick in Stadien nicht anders für mechanistische Studien zugänglich. Dieses Modellsystem bietet einzigartige Möglichkeiten, um die molekularen Signalwege, die Herzlinie Engagement und das Schicksal der Zelle steuern Spezifikation zu studieren. In den letzten Jahren hat die Fähigkeit, kardiomyogenen Zellen effizient zu erzeugen aus hPSCs stark verbessert 1-15. Jedoch unter Protokolle gibt es Zellinie Variation in Bezug auf den Wirkungsgrad bei der Erzeugung von Her....

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Protokoll

1. Lösung und Medienvorbereitung

  1. hESC Qualifizierte Matrixbeschichtung Stammlösung
    1. Langsam tauen hESC qualifizierte Matrix (5 ml) auf Eis bei 4 ° C über Nacht. Verzichten Aliquots in vorgekühlte 1,5 ml sterile Mikrozentrifugenröhrchen und sofort bei -20 ° C lagern.
      HINWEIS: Das Volumen des aliquoten auf viel variieren und liegt typischerweise im Bereich von 270 bis 350 ul. Hersteller liefert Details über Volumen von aliquoten erforderlich, um eine Konzentration auf 1x Verdünnung in 25 ml zu erreichen, wie in Schritt 2.1 beschrieben.
  2. HPSC Medienstammlösungen
    1. Verwenden von ultrareinem Wasser als Verdünnungsmittel,....

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Ergebnisse

Am Tag 0 wurden die Zellen zu 100% konfluent mit kompakten Morphologie und minimalen Zelltrümmer. An den Tagen 1-2, ist es üblich, den Zelltod signifikant (40-50%) zu beobachten, aber anhaftenden Zellen werden kompakte Morphologie (1A) zu erhalten. Während dieser Zeit ist die Medien orange und trüb. Rosa Medien zeigt übermäßigen Zelltod, und in diesem Fall, bestätigen Sie mit Trypanblau und einzustellen, wenn Zelltod übersteigt 70%. Zellen während der Tage 3-4 erholen und Dichte zu erhöhen. Während der .......

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Diskussion

Kritisch für den Erfolg der Differenzierungsprotokoll ist die Verwendung von hochwertigen Kulturen hPSCs das auf Einzelzellebene für mindestens fünf Passagen vor Beginn der Differenzierung agiert wurden. Ähnliche Differenzierung Effizienzen werden routinemäßig unter verschiedenen HPSC Linien beobachtet, wenn sie 100% konfluent zu Beginn der Differenzierung, unabhängig von Zelllinie. Suboptimalen Leistungsfähigkeit beobachtet, wenn die Konfluenz der Zellen zu Beginn der Differenzierung ≤95% oder> 100%. Daher sollte Au.......

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Offenlegungen

Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Danksagungen

Diese Forschung wurde durch die NIH 4R00HL094708-03 unterstützt, MCW Forschungsausschuss New Faculty Award, und der Kern-Stiftung (Startfonds) an der Medizinischen Hochschule von Wisconsin (RLG); Research Grants Council of Hong Kong Theme-Based Research Scheme T13-706 / 11 (KRB); U01 HL099776, CIRM TR3-05556, CIRM DR2A-05394 und AHA Gegründet Investigator Award (JCW); AHA Postdoctoral Fellowship 12POST12050254 (PWB). Wir danken Hoffnung Campbell an der Durchflusszytometrie Kern des Blut Research Institute of Wisconsin für die Unterstützung bei der Datenerhebung und die sorgfältige Durchsicht des Manuskripts.

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Materialien

Flow Cytometry ReagenzienMaterials
Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
Cell Culture
BD Matrigel, hESC-qualifizierte MatrixBD Biosciences354277
Accutase ZellablösungslösungStem Cell Technologies7920
Dulbecco's phosphatgepufferte Kochsalzlösung (DPBS), kein Calcium, kein MagnesiumLife Technologies14190-136
Dimethylsulfoxid (DMSO, Hybri-Max, sterilfiltriert)Sigma AldrichD2650
NatriumbicarbonatSigma Aldrich53817
ZitronensäureSigma AldrichC2404-100G
Y-27632 Dihydrochlorid selektiver p160ROCK-InhibitorR& D Systems1254
L-Ascorbinsäure-2-phosphat SesquimagnesiumsalzhydratSigma AldrichA8960-5G
NatriumselenitSigma AldrichS5261-10G
Transferrin (Optiferrin – Definiert, tierversuchsfrei, rekombinant human)Invitria777TRF029
Fibroblasten-Wachstumsfaktor 2 (FGF2)R& D Systems4144-TC-01M
Transformation des Wachstumsfaktors beta 1 (TGFβ 1)Peprotech100-21
DMEM/F12 mit L-Glutamin und 15 mM HEPESLife Technologies11330-032
InsulinSigma AldrichI9278-5ML
CHIR-99021 HClSellekchemS2924
IWR-1Sigma AldrichI0161
RPMI 1640 mit L-GlutaminLife Technologies11875-093
B-27 Supplement Minus InsulinLife TechnologiesA1895601
B-27 Supplement (mit Insulin)Life Technologies17504-044
Fötales RinderserumLife Technologies10437<
Phosphat gepufferte Kochsalzlösung (10x)Quality Biological Inc.119-069-151
Hank's ausgewogene Salzlösung ohne Ca2+ und Mg2+Life Technologies14175-095
BD CytofixBD Biosciences554655
BD Phosflow Dauerwellenpuffer IIIBD Biosciences558050
16% ParaformaldehydThermo Scientific28906
MethanolSigma Aldrich179957-4L
AcetonMallenckrodt Chemikalien 2440-16
Triton X-100AmrescoM236-10ML
ZiegenserumLife Technologies16210-064
Trypanblaue Lösung, 0,4%Life Technologies15250-061<
5 ml Polystyrol-Tube mit rundem Boden (ohne Kappe)Corning352008Zur Zubereitung von Zellen für die Durchflusszytometrie
5 ml Röhrchen aus Polystyrol mit rundem Boden (mit 35 &; Mikro; M Zellsieb Schnappkappe)Corning352235Zur Vorbereitung von Zellen für die Durchflusszytometrie
2 ml GummiknollenFischer Scientific03-448-24
9" Borosilikatglas unplugged Glas Pasteur PipettenBioExpressP-2904-2
0,65 ml Mikrozentrifugenröhrchen, graduiert, grünGeneMateC-3259-G
1,5 ml Mikrozentrifugenröhrchen, graduiert, rotGeneMateC-3260-R
TC20 automatisierter ZellzählerBioRad145-0102
Zählobjektträger für TC20BioRad145-0011
6-Well-Platte mit flachem Boden mit Gewebekultur behandeltCorning353046
20 ml SpritzenBD Plastipak300613Für die Filtersterilisation von Aliquoten
Sterile Spritzenvorsatzfilter, 0,2 & Mikro; m PolyethersulfonVWR28145-501Zur Filtersterilisation von Aliquoten
250 ml Filtersystem, 0,22 & Mikro; m Polyethersulfon, sterilisierend, mit geringer BindungCorning431096Für die Filtersterilisation von Schüttgütern 
500 ml Filtersystem, 0,22 &Mikro; m Polyethersulfon, sterilisierend, niedrigbindend Corning431097Für die Filtersterilisation von Schüttmedien
Antikörper und Isotypkontrollen
Anti-TNNI3 (Klon: 284 (19C7))Abcamab19615Primärer Antikörper
Anti-TNNT2 (Klon: 1C11)Thermo ScientificMA1-16687Primärer Antikörper
Anti-MYL2 (MLC2v, Klon: 330G5)Synaptic Systems310111Primärer Antikörper
Anti-MYL7 (MLC2a, Klon: 4E7)AbcamAB131661Primärer Antikörper
Anti-IRX4   BiossBS-9464RPrimärer Antikörper
Alexa Fluor 488 Ziege Anti-Maus IgG1 Life TechnologiesA21121Sekundärantikörper
Alexa Fluor 647 Ziege Anti-Maus IgG2aLife TechnologiesA21241Sekundärantikörper
Alexa Fluor 488 Ziege Anti-Maus IgG2bLife TechnologiesA21141Sekundärer Antikörper
Phycoerythrin (PE) Ziege Anti-Kaninchen IgGR& D SystemsF0110Sekundärantikörper-Maus
IgG1BD Biosciences557273Isotyp-Kontrollmaus
IgG2aeBiosciences16-4724-81Isotyp-Kontrolle
Kaninchen IgG-PER& D SystemsIC105PIsotype Control
TaqMan Sondensets für qRT-PCR
ACTBLife TechnologiesHs01060665
Brachyury TLife Technologieshs00610080
CASQ2Life Technologieshs00154286
IRX4Life Technologieshs01100809
ISL1Life TechnologiesHs00158126
MESP1Life TechnologiesHs01001283
MYH11 (SMMHC)Life TechnologiesHs00224610
MYH6Life TechnologiesHs01101425
MYL2 (MLC2v)Life TechnologiesHs00166405
MYL7 (MLC2a)Life TechnologiesHs01085598
MYOGLife TechnologiesHS01072232
NKX2.5Life TechnologiesHS00231763
NPPALife TechnologiesHS01081097
POU5F1Life TechnologiesHS04260367
SOX17Life TechnologiesHS00751752
TNNI1Life TechnologiesHs00913333
TNNI2Life TechnologiesHs00268536
TNNI3Life TechnologiesHS00165957
TNNT2Life TechnologiesHs00165960
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Referenzen

  1. Lian, X., et al. Robust cardiomyocyte differentiation from human pluripotent stem cells via temporal modulation of canonical Wnt signaling. Proc Natl Acad Sci U S A. 109, E1848-E1857 (2012).
  2. Lian, X., et al.

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Nachdrucke und Genehmigungen

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