מדידת המפגש של iPSCs באמצעות מערכת הדמיה אוטומטית.
Summary
מטרת הפרוטוקול היא להשוות בין תנאי ציפוי שונים של מטריצה חוץ-תאית (ECM) כדי להעריך כיצד ציפוי דיפרנציאלי משפיע על קצב הצמיחה של תאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים (iPSCs). בפרט, אנו שואפים ליצור תנאים להשגת צמיחה אופטימלית של תרביות iPSC.
Abstract
מחקר זה מתמקד בהבנת האופן שבו גידול תאי גזע פלוריפוטנטיים על מצעי ציפוי ECM שונים יכול להשפיע על מפגש התאים. פרוטוקול להערכת מפגש iPSC בזמן אמת נקבע ללא צורך לספור תאים בתרחיף של תא בודד כדי למנוע כל הפרעה בגדילה. מערכת ניתוח תמונות בעלת תוכן גבוה שימשה להערכת מפגש iPCS על 4 ECMs שונים לאורך זמן באופן אוטומטי. הגדרות ניתוח שונות שימשו להערכת מפגש תאים של iPSCs דבקים ורק הבדל קל (ב 24 ו 48 שעות עם laminin) נצפתה אם מסכה 60, 80 או 100% הוחל. אנו גם מראים כי laminin להוביל את המפגש הטוב ביותר לעומת Matrigel, vitronectin ו fibronectin.
Introduction
תאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים (iPSCs) מתקבלים מתאים סומטיים וניתן למיין אותם לסוגי תאים שונים. הם משמשים לעתים קרובות כמערכת למודל פתוגנזה של מחלות או לביצוע בדיקת תרופות, וגם מציעים את הפוטנציאל לשמש בהקשר של רפואה מותאמת אישית. מאז iPSCs יש פוטנציאל גדול, חשוב לאפיין אותם באופן מלא לשימוש כמערכת מודל אמין. בעבר הראינו את החשיבות של גידול תאי גזע פלוריפוסיים בסביבה היפוקסית, שכן תאים אלה מסתמכים על גליקוליזה וסביבה אירובית עלולה לגרום לחוסר איזון חמצון-חיזור1. תאי גזע פלוריפוטנטיים עצביים פגיעים גם לתנאי תרבית אחרים, במיוחד לסביבה החוץ-תאית. אופטימיזציה של תנאי התרבות היא נושא מרכזי כדי לשמור עליהם בריאים ומתרבים. תרבית iPSC בריאה תוביל לתאים ממוינים בריאים שהם בדרך כלל נקודת הקצה של המודל המשמש להבנת תכונות מולקולריות, תאיות ותפקודיות של הפרעות אנושיות ספציפיות או תהליכים תאיים.
במחקר זה, נעשה שימוש בפרוטוקול פשוט כדי לבדוק את המפגש של iPSCs באמצעות תנאי ציפוי שונים בבארות נפרדות. תאי גזע פלוריפוטנטיים דורשים שכבה מזינה של פיברובלסטים עובריים (MEF) כדי להתחבר כראוי, אך הדו-קיום של תאי גזע פלוריפוטנטיים ו-MEF מקשה על ביצוע אנליזה כמו RNA או מיצוי חלבונים מכיוון שקיימות שתי אוכלוסיות של תאים. על מנת להימנע משכבת ההזנה, חלבונים שונים השייכים למטריצה החוץ-תאית (ECM) שימשו כדי ליצור מחדש את נישת התאים הטבעית וכדי לקבל תרבית iPSC ללא הזנה. בפרט, Matrigel הוא תכשיר ממברנת מרתף מסולפת המופק מסרקומה של עכבר אנגלברט-הולם-נחיל (EHS), המועשרת בחלבוני מטריצה חוץ-תאית (כלומר, למינין, קולגן IV, פרוטאוגליקנים של הפראן סולפט, אנטקטין/נידוג’ן וגורמי גדילה)2,3. תנאי הציפוי האחרים המשמשים הם במקום זאת חלבונים מטוהרים עם רלוונטיות ידועה בבניית ה- ECMs: laminin-521 ידוע כמופרש על ידי תאי גזע פלוריפוטנטיים אנושיים (hPSCs) במסת התא הפנימית של העובר והוא אחד הלמינינים הנפוצים ביותר בגוף לאחר הלידה 4,5,6,7,8,9, 10,11; ויטרונקטין הוא מטריצת תרבית תאים נטולת קסנו-קסנו, הידועה כתומכת בצמיחה ובהתמיינות של hPSC 12,13,14,15,16; פיברונקטין הוא חלבון ECM החשוב להתפתחות בעלי חוליות ולחיבור ותחזוקה של תאי גזע עובריים במצב פלוריפוטנטי 17,18,19,20,21,22,23,24,25. מכיוון שתנאי ציפוי שונים זמינים, אנו משווים אותם מבחינת השפעתם על מפגש ה-iPSCs.
Protocol
Representative Results
Discussion
השימוש ב- iPSCs למידול מחלות ובדיקת תרופות עתידיות יחד עם היישום האפשרי שלהם ברפואה מדויקת הופכים אותה לטכנולוגיה בעלת רלוונטיות רבה ומסיבה זו אנו מאמינים כי יש צורך להבין בבירור את מצב התרבות במבחנה הדומה יותר למצב הפיזיולוגי של תאי גזע עובריים. בהקשר זה, בדקנו ציפויי ECM שונים באמצעות iPSCs מס…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחקר נתמך על ידי מענקים ממשרד הבריאות האיטלקי פונדציונה במבינו גסו (Fondazione Bambino Gesù) ורייסרקה קורנטה (Ricerca Corrente) ל-C.C. ברצוננו להודות לד”ר אנריקו ברתיני (המחלקה למדעי המוח, היחידה למחלות נוירומוסקולריות ונוירודגנרטיביות, המעבדה לרפואה מולקולרית, בית החולים למחקר לילדים במבינו גסו), ד”ר סטפניה פטריני (מתקן ליבה למיקרוסקופיה קונפוקלית, מעבדות מחקר, בית החולים למחקר לילדים במבינו גסו), ג’וליה פריקולי (המחלקה לאונקו-המטולוגיה, גנים ותרפיה תאית, בית החולים למחקר לילדים במבינו גסו) ורוברטה פרטי (המחלקה לאונקו-המטולוגיה, טיפול גנטי ותאי, בית החולים למחקר לילדים במבינו גסו) לדיונים מדעיים ועזרה טכנית. מריה וינצ’י זכתה ב”מלגת ילדים חולי סרטן בבריטניה”.
Materials
| 10 mL Stripette Serological Pipets, Polystyrene, Individually Paper/Plastic Wrapped, Sterile | Corning | 4488 | Tool |
| 15 mL high-clarity polypropylene (PP) conical centrifuge tubes | Falcon | 352097 | Tool |
| 1x PBS (With Ca2+; Mg2+) | Thermofisher | 14040133 | Medium |
| 1x PBS (without Ca2+; Mg2+) | Euroclone | ECB4004L | Medium |
| 5 mL Stripette Serological Pipets, Polystyrene, Individually Paper/Plastic Wrapped, Sterile | Corning | 4487 | Tool |
| Cell culture microplate, 96 WELL, PS, F-Bottom | Greiner Bio One | 655090 | Support |
| Cell culture plate, 6 well | Costar | 3516 | Support |
| DMEM (Dulbecco's Modified Eagle's Medium- high glucose) | Sigma | D5671 | Medium |
| EDTA | Sigma | ED4SS-500g | Reagent |
| Epi Episomal iPSC Reprogramming Kit | Invitrogen | A15960 | Reagent |
| FAST – READ 102 | Biosigma | BVS100 | Tool |
| Fetal Bovine Serum (FBS) | Gibco | 10270106 | Medium |
| Fibronectin | Merck | FC010 | Coating |
| Glycerol | Sigma | G5516 | Reagent |
| H2O | MILLIQ | ||
| Hoechst | Thermofisher | 33342 | Reagent |
| Laminin 521 | Stem Cell Technologies | 77003 | Coating |
| L-Glutamine (200 mM) | Gibco | LS25030081 | Reagent |
| Matrigel | Corning Matrigel hESC-Qualified Matrix | 354277 | Coating |
| Mouse embryonic fibroblasts (MEF) | Life Technologies | A24903 | Coating |
| MTESR1 Medium | Stem Cell Technologies | 85851 | Medium |
| MTESR1 Supplement | Stem Cell Technologies | 85852 | Medium |
| Penicillin-Streptomycin (10,000 U/mL) | Gibco | 15140122 | Reagent |
| Phalloidin | Sigma | P1951 | Reagent |
| Vitronectin | Stem Cell Technologies | 7180 | Coating |
| Y-27632 | Sigma | Y0503 | Reagent |
Referencias
- Masotti, A., et al. Aged iPSCs display an uncommon mitochondrial appearance and fail to undergo in vitro neurogenesis. Aging (Albany NY). 6 (12), 1094-1108 (2014).
- Xu, C., et al. Feeder-free growth of undifferentiated human embryonic stem cells. Nature Biotechnology. 19, 971-974 (2001).
- Kleinman, H. K., et al. Isolation and characterization of type IV procollagen, laminin, and heparan sulfate proteoglycan from the EHS sarcoma. Bioquímica. 21 (24), 6188-6193 (1982).
- Rodin, S., et al. Clonal culturing of human embryonic stem cells on laminin-521/E-cadherin matrix in defined and xeno-free environment. Nature Communications. 5, 3195 (2014).
- Rodin, S., Antonsson, L., Hovatta, O., Tryggvason, K. Monolayer culturing and cloning of human pluripotent stem cells on laminin-521 based matrices under xeno-free and chemically defined conditions. Nature Protocols. 9 (10), 2354-2368 (2014).
- Laperle, A., et al. α-5 Laminin Synthesized by Human Pluripotent Stem Cells Promotes Self-Renewal. Stem Cell Reports. 5 (2), 195-206 (2015).
- Albalushi, H., et al. Laminin 521 stabilizes the pluripotency expression pattern of human embryonic stem cells initially derived on feeder cells. Stem Cell International. 2018, 7127042 (2018).
- Zhang, D., et al. Niche-derived laminin-511 promotes midbrain dopaminergic neuron survival and differentiation through YAP. Science Signaling. 10 (493), (2017).
- Lu, H. F., et al. A defined xeno-free and feeder-free culture system for the derivation, expansion and direct differentiation of transgene-free patient-specific induced pluripotent stem cells. Biomaterials. 35 (9), 2816-2826 (2015).
- Miyazaki, T., Nakatsuji, N., Suemori, H. Optimization of slow cooling cryopreservation for human pluripotent stem cells. Genesis. 52 (1), 49-55 (2014).
- Bergström, R., Ström, S., Holm, F., Feki, A., Hovatta, O. Xeno-free culture of human pluripotent stem cells. Methods in Molecular Biology. 767, 125-136 (2011).
- Braam, S. R., et al. Recombinant vitronectin is a functionally defined substrate that supports human embryonic stem cell self-renewal via alphavbeta5 integrin. Stem Cells. 26 (9), 2257-2265 (2008).
- Chen, G., et al. Chemically defined conditions for human iPSC derivation and culture. Nature Methods. 8 (5), 424-429 (2008).
- Li, J., et al. Impact of vitronectin concentration and surface properties on the stable propagation of human embryonic stem cells. Biointerphases. 5 (3), 132-142 (2010).
- Prowse, A. B., et al. Long-term culture of human embryonic stem cells on recombinant vitronectin in ascorbate free media. Biomaterials. 31 (32), 8281-8288 (2010).
- Rowland, T. J., et al. Roles of integrins in human induced pluripotent stem cell growth on Matrigel and vitronectin. Stem Cells and Development. 19 (8), 1231-1240 (2010).
- Ruoslahti, E., Engvall, E., Hayman, E. G., Spiro, R. G. Comparative studies on amniotic fluid and plasma fibronectins. Bioquímica. 193 (1), 295-299 (1981).
- Ni, H., Li, A., Simonsen, N., Wilkins, J. A. Integrin activation by dithiothreitol or Mn2+ induces a ligand-occupied conformation and exposure of a novel NH2-terminal regulatory site on the beta1 integrin chain. Biological Chemistry. 273 (14), 7981-7987 (1998).
- Seltana, A., Basora, N., Beaulieu, J. F. Intestinal epithelial wound healing assay in an epithelial-mesenchymal co-culture system. Wound Repair & Regeneration. 18 (1), 114-122 (2010).
- Amit, M., Shariki, C., Margulets, V., Itskovitz-Eldor, J. Feeder layer-and serum-free culture of human embryonic stem cells. Biology of Reproduction. 70 (3), 837-845 (2004).
- Vaheri, A., Mosher, D. F. High molecular weight, cell surface-associated glyco-protein (fibronectin) lost in malignant transformation. Biochimica et Biophysica Acta. 516 (1), 1-25 (1978).
- Mao, Y., Schwarzbauer, J. E. Fibronectin fibrillogenesis, a cell-mediated matrix assembly process. Matrix Biology. 24 (6), 389-399 (2005).
- Polyak, K., Weinberg, R. A. Transitions between epithelial and mesenchymal states: acquisition of malignant and stem cell traits. Nature Reviews Cancer. 9 (4), 265-273 (2009).
- Kadler, K. E., Hill, A., Canty-Laird, E. G. Collagen fibrillogenesis: fibronectin, integrins, and minor collagens as organizers and nucleators. Current Opinion in Cell Biology. 20 (5), 495-501 (2008).
- Hunt, G. C., Schwarzbauer, J. E. Tightening the connections between cadherins and fibronectin matrix. Developmental Cell. 16 (3), 327-328 (2009).
- Villa-Diaz, L. G., Ross, A. M., Lahann, J., Krebsbach, P. H. Concise review: The evolution of human pluripotent stem cell culture: from feeder cells to synthetic coatings. Stem Cells. 31 (1), 1-7 (2013).
- Engler, A. J., Sen, S., Sweeney, H. L., Discher, D. E. Matrix elasticity directs stem cell lineage specification. Cell. 126 (4), 677-689 (2006).
- Vigilante, A., et al. Identifying Extrinsic versus Intrinsic Drivers of Variation in Cell Behavior in Human iPSC Lines from Healthy Donors. Cell Reports. 26 (8), 2078-2087 (2019).
