İnsan Kaynaklı Pluripotent Kök Hücrelerin Mezenkimal Stromal Hücrelere Farklılaşması için İki Temsili Yöntemin Karşılaştırılması
Summary
Bu protokol, hiPSC’leri mezenkimal stromal hücrelere (MSC’ler) farklılaştırmak için iki temsili yöntemi tanımlar ve karşılaştırır. Tek katmanlı yöntem, daha düşük maliyet, daha basit işlem ve daha kolay osteojenik farklılaşma ile karakterizedir. Embriyoid cisimler (EB’ler) yöntemi, daha düşük zaman tüketimi ile karakterizedir.
Abstract
Mezenkimal stromal hücreler (MSC’ler), rejeneratif tıpta yaygın olarak kullanılan yetişkin pluripotent kök hücrelerdir. Somatik doku kaynaklı MSC’ler sınırlı bağış, kalite varyasyonları ve biyogüvenlik ile kısıtlandığından, son 10 yılda insan kaynaklı pluripotent kök hücrelerden (hiPSC’ler) MSC’ler üretme çabalarında büyük bir artış görülmüştür. hiPSC’lerin MSC’lere farklılaşmasına yönelik geçmiş ve son çabalar iki kültür metodolojisi etrafında toplanmıştır: (1) embriyoid cisimciklerin (EB’ler) oluşumu ve (2) tek katmanlı kültürün kullanımı. Bu protokol, hiPSC’lerden MSC türetilmesinde bu iki temsili yöntemi açıklar. Her yöntem, zaman, maliyet, hücre proliferasyon yeteneği, MSC belirteçlerinin ekspresyonu ve in vitro farklılaşma yetenekleri dahil olmak üzere avantaj ve dezavantajlarını sunar. Bu protokol, her iki yöntemin de hiPSC’lerden olgun ve işlevsel MSC’ler türetebileceğini göstermektedir. Tek katmanlı yöntem, daha düşük maliyet, daha basit işlem ve daha kolay osteojenik farklılaşma ile karakterize edilirken, EB yöntemi daha düşük zaman tüketimi ile karakterize edilir.
Introduction
Mezenkimal stromal hücreler (MSC’ler) mezoderm kaynaklı yetişkin pluripotent kök hücrelerdir1. MSC’ler hemen hemen tüm bağ dokularında bulunur2. MSC’ler ilk olarak 1970’lerde keşfedildiğinden ve 1987’de Friedenstein ve ark.3,4,5 tarafından kemik iliğinden başarılı bir şekilde izole edildiğinden beri, kemik, kıkırdak, tendon, kas, yağ dokusu ve hematopoietik destekleyici stroma gibi MSC’leri izole etmek için çeşitli insan somatik (fetal ve yetişkin dahil) dokular kullanılmıştır 1,2,6,7. MSC’ler, birçok somatik hücre soyuna farklılaşmak için yüksek proliferatif yetenekler ve plastisite gösterir ve yaralı ve iltihaplı dokulara göç edebilir 2,8,9. Bu özellikler, MSC’leri rejeneratif tıp için potansiyel bir aday haline getirir10. Bununla birlikte, somatik doku kaynaklı MSC’ler (st-MSC’ler) sınırlı bağış, sınırlı hücre proliferatif kapasitesi, kalite varyasyonları ve varsa patojenlerin donörlerden olası bulaşması için biyogüvenlik endişesi ile kısıtlanmıştır11,12.
İnsan kaynaklı pluripotent kök hücreler (hiPSC’ler), embriyonik kök hücrelerle benzer işlevlere sahip transkripsiyon faktörleri (Oct4, Sox2, Klf4 ve c-Myc) ile yeniden programlanan yetişkin hücrelerden türetilir13,14. Kendi kendini yenileyebilir ve MSC’ler de dahil olmak üzere her tür somatik hücreye farklılaşma potansiyeline sahip olabilirler. st-MSC’lerle karşılaştırıldığında, iPSC-MSC’ler sınırsız tedarik, daha düşük maliyet, daha yüksek saflık, kalite kontrolünde kolaylık, ölçekli üretim ve gen modifikasyonu için kolay avantaja sahiptir 15,16,17.
iPSC-MSC’lerin bu avantajları nedeniyle, MSC’yi iPSC’den yönlendiren çeşitli yöntemler rapor edilmiştir. Bu farklılaşma yöntemleri iki kültür metodolojisi etrafında toplanmıştır: (1) embriyoid cisimciklerinin (EB’ler) oluşumu ve (2) tek katmanlı kültürlerin kullanımı 11,18,19,20. Burada, iki metodolojinin her biri için temsili bir yaklaşım karakterize edilmiştir. Ayrıca, zaman, maliyet, proliferatif yetenek, MSC biyobelirteçlerinin ekspresyonu ve in vitro farklılaşma kabiliyetine dayalı iki temsili yaklaşım arasındaki karşılaştırmalara da erişildi.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu protokolde, hiPSC’leri MSC’lere ayırmanın iki temsili yöntemi incelenmiştir 20,21,22,23,24,25,26,27,28,30. Her iki yöntem de MSC’leri hiPSC’lerden türetme yeteneğine sahipti. Hi…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Mao ve Hu Lab’ın geçmişteki ve şimdiki tüm üyelerine, ilginç tartışmalar ve projeye büyük katkıları için son derece minnettarız. Büyük destek için Ulusal Çocuk Sağlığı Klinik Araştırma Merkezi’ne müteşekkiriz. Bu çalışma, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (Jianhua Mao’ya U20A20351, Lidan Hu’ya 82200784), Çin’in Zhejiang Eyaleti Doğa Bilimleri Vakfı (No. LQ22C070004 Lidan Hu’ya).
Materials
| Alizarin red staining kit | Beyotime Biotechnology | C0148S | |
| Anti-human-CD105 (PE) | Biolegend | 323206 | |
| Anti-human-CD34 (FITC) | Biolegend | 343503 | |
| Anti-human-CD45 (APC) | Biolegend | 304011 | |
| Anti-human-CD73( APC) | Biolegend | 344006 | |
| Anti-human-CD90 (FITC) | Biolegend | 328108 | |
| Ascorbic acid | Solarbio | A8100 | |
| BMP-6 | Novoprotein | C012 | |
| Carbon dioxide level shaker | Crystal | CO-06UC6 | |
| Compensation Beads | BioLegend | 424601 | |
| CryoStor CS10 | STEMCELL Technology | 07959 | |
| Dexamethasone | Beyotime Biotechnology | ST1254 | |
| DMEM/F12 medium | Servicebio | G4610 | |
| Fetal bovine serum | HAKATA | HS-FBS-500 | |
| FGF2 | Stemcell | 78003.1 | |
| Gelatin | Sigma-Aldrich | G2500-100G | |
| GlutaMAX | Gibco | 35050061 | |
| human IgG1 isotype control APC | BioLegend | 403505 | |
| human IgG1 isotype control FITC | BioLegend | 403507 | |
| human IgG1 isotype control PE | BioLegend | 403503 | |
| Human TGF-β1 | Stemcell | 78067 | |
| Human TruStain FcX | BioLegend | 422301 | |
| IBMX | Beyotime Biotechnology | ST1398 | |
| Indomethacin | Solarbio | SI9020 | |
| Insulin | Beyotime Biotechnology | P3376 | |
| iPSC maintenance medium | STEMCELL Technology | 85850 | |
| ITS Media Supplement | Beyotime Biotechnology | C0341-10mL | |
| Matrigel, growth factor reduced | BD Corning | 354230 | |
| Oli Red O staining kit | Beyotime Biotechnology | C0158S | |
| Proline | Solarbio | P0011 | |
| Sodium pyruvate | ThermoFisher | 11360-070 | |
| TGFβ3 | Novoprotein | CJ44 | |
| Toluidine blue staining kit | Solarbio | G2543 | |
| TrypLE Express Enzyme(1x) | Gibco | 12604013 | |
| Ultra-Low Attachment 6 Well Plate | Costar | 3471 | |
| Versene | Gibco | 15040-66 | |
| Y-27632 | Stemcell | 72304 | |
| α-MEM | Hyclone | SH30265 | |
| β-glycerophosphate | Solarbio | G8100 |
References
- Weng, Z., et al. Mesenchymal stem/stromal cell senescence: Hallmarks, mechanisms, and combating strategies. Stem Cells Translational Medicine. 11 (4), 356-371 (2022).
- Soliman, H., et al. Multipotent stromal cells: One name, multiple identities. Cell Stem Cell. 28 (10), 1690-1707 (2021).
- Friedenstein, A. J., Chailakhyan, R. K., Gerasimov, U. V. Bone marrow osteogenic stem cells: in vitro cultivation and transplantation in diffusion chambers. Cell and Tissue Kinetics. 20 (3), 263-272 (1987).
- Friedenstein, A. J., et al. Precursors for fibroblasts in different populations of hematopoietic cells as detected by the in vitro colony assay method. Experimental Hematology. 2 (2), 83-92 (1974).
- Friedenstein, A. J., Gorskaja, J. F., Kulagina, N. N. Fibroblast precursors in normal and irradiated mouse hematopoietic organs. Experimental Hematology. 4 (5), 267-274 (1976).
- El Agha, E., et al. Mesenchymal stem cells in fibrotic disease. Cell Stem Cell. 21 (2), 166-177 (2017).
- Mushahary, D., Spittler, A., Kasper, C., Weber, V., Charwat, V. Isolation, cultivation, and characterization of human mesenchymal stem cells. Cytometry A. 93 (1), 19-31 (2018).
- Ullah, M., Liu, D. D., Thakor, A. S. Mesenchymal stromal cell homing: Mechanisms and strategies for improvement. iScience. 15, 421-438 (2019).
- Regmi, S., et al. Enhanced viability and function of mesenchymal stromal cell spheroids is mediated via autophagy induction. Autophagy. 17 (10), 2991-3010 (2021).
- Hoang, D. M., et al. Stem cell-based therapy for human diseases. Signal Transduction and Targeted Therapy. 7 (1), 272 (2022).
- Jiang, B., et al. Concise review: Mesenchymal stem cells derived from human pluripotent cells, an unlimited and quality-controllable source for therapeutic applications. Stem Cells. 37 (5), 572-581 (2019).
- Soontararak, S., et al. Mesenchymal stem cells (MSC) derived from induced pluripotent stem cells (iPSC) equivalent to adipose-derived MSC in promoting intestinal healing and microbiome normalization in mouse inflammatory bowel disease model. Stem Cells Translational Medicine. 7 (6), 456-467 (2018).
- Di Baldassarre, A., Cimetta, E., Bollini, S., Gaggi, G., Ghinassi, B. Human-induced pluripotent stem cell technology and cardiomyocyte generation: Progress and clinical applications. Cells. 7 (6), 48 (2018).
- Shi, Y., Inoue, H., Wu, J. C., Yamanaka, S. Induced pluripotent stem cell technology: a decade of progress. Nature Reviews. Drug Discovery. 16 (2), 115-130 (2017).
- Levy, O., et al. Shattering barriers toward clinically meaningful MSC therapies. Science Advances. 6 (30), eaba6884 (2020).
- Zhao, C., Ikeya, M. Generation and applications of induced pluripotent stem cell-derived mesenchymal stem cells. Stem Cells International. 2018, 9601623 (2018).
- Path, G., Perakakis, N., Mantzoros, C. S., Seufert, J. Stem cells in the treatment of diabetes mellitus – Focus on mesenchymal stem cells. Metabolism. 90, 1-15 (2019).
- Zhou, Y., et al. One-step derivation of functional mesenchymal stem cells from human pluripotent stem cells. Bio-Protocol. 8 (22), e3080 (2018).
- Hua, Z., et al. Low-intensity pulsed ultrasound promotes osteogenic potential of iPSC-derived MSCs but fails to simplify the iPSC-EB-MSC differentiation process. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 10, 841778 (2022).
- Dupuis, V., Oltra, E. Methods to produce induced pluripotent stem cell-derived mesenchymal stem cells: Mesenchymal stem cells from induced pluripotent stem cells. World Journal of Stem Cells. 13 (8), 1094-1111 (2021).
- Zhang, W., et al. Aging stem cells. A Werner syndrome stem cell model unveils heterochromatin alterations as a driver of human aging. Science. 348 (6239), 1160-1163 (2015).
- Liu, G. H., et al. Modelling Fanconi anemia pathogenesis and therapeutics using integration-free patient-derived iPSCs. Nature Communications. 5, 4330 (2014).
- Kubben, N., et al. Repression of the antioxidant NRF2 pathway in premature aging. Cell. 165 (6), 1361-1374 (2016).
- Duan, S., et al. PTEN deficiency reprogrammes human neural stem cells towards a glioblastoma stem cell-like phenotype. Nature Communications. 6, 10068 (2015).
- Zhang, J., et al. Exosomes released from human induced pluripotent stem cells-derived MSCs facilitate cutaneous wound healing by promoting collagen synthesis and angiogenesis. Journal of Translational Medicine. 13, 49 (2015).
- Hu, G. W., et al. Exosomes secreted by human-induced pluripotent stem cell-derived mesenchymal stem cells attenuate limb ischemia by promoting angiogenesis in mice. Stem Cell Research & Therapy. 6 (1), 10 (2015).
- Kang, R., et al. Mesenchymal stem cells derived from human induced pluripotent stem cells retain adequate osteogenicity and chondrogenicity but less adipogenicity. Stem Cell Research & Therapy. 6 (1), 144 (2015).
- Wang, L. T., et al. Differentiation of mesenchymal stem cells from human induced pluripotent stem cells results in downregulation of c-Myc and DNA replication pathways with immunomodulation toward CD4 and CD8 cells. Stem Cells. 36 (6), 903-914 (2018).
- Dominici, M., et al. Minimal criteria for defining multipotent mesenchymal stromal cells. The International Society for Cellular Therapy position statement. Cytotherapy. 8 (4), 315-317 (2006).
- Kim, S., Kim, T. M. Generation of mesenchymal stem-like cells for producing extracellular vesicles. World Journal of Stem Cells. 11 (5), 270-280 (2019).
