我们已经建立了诱导多能干人类胚胎干细胞与小分子物质,使推导一个人类心脏的祖细胞和心血管修复功能心肌的大量供应定义的条件下保持直接从cardioblasts协议。
至目前为止,一直缺乏一个合适的人类心脏细胞来源的人类心肌再生的重大挫折,通过细胞移植或心脏组织工程1-3。心肌细胞分化成为末期出生后不久,失去增殖能力。没有证据显示,从其他来源如骨髓或脐带血来源的干/祖细胞,都能够引起收缩的心脏肌肉细胞移植到心脏 1-3 。需要再生或修复受损的心脏肌肉没有得到满足成人干细胞疗法,无论是内源性或通过细胞传递1-3。基因稳定的人类胚胎干细胞(胚胎干细胞)的无限扩张能力和无限制的可塑性,无心,听者有意 ,在体外培养的人体细胞的大量供应受到限制,以在需要的血统的推导多能干水库4,5修复和再生。由于全球心血管疾病和急性器官捐赠短缺的患病率,有浓厚的兴趣开发基于人类胚胎干细胞的疗法作为一种替代办法。然而,如何进行渠道广泛的分化潜能的多能胚胎干细胞是有效的和可预见的所需的表型的发育研究和临床翻译的一个重大挑战。依靠传统的方法多通过自发的胚层分化的多能干细胞系的倾向,造成效率低下和不可控的谱系承诺,往往是由表型异质性和不稳定性,因此,一个高风险的致瘤性6-8 (见原理图图1a)。此外,未定义外国/动物生物补充和/或通常被用于隔离,扩建,和人类胚胎干细胞分化的馈线可能直接使用这种细胞的带鱼ZED移植患者问题9-11。为了克服这些障碍,我们已经解决了定义的文化系统必要和足够维持的人类胚胎干细胞的外胚层pluripotence的元素,服务从头推导临床适合人类胚胎干细胞作为一个平台,有效地指导对临床相关的谱系,这样的人类胚胎干细胞均匀12小分子(在图中看到的示意图 。1B )。各种小分子和生长因子的筛选后,我们发现,这些规定的条件提供足够的诱导多能胚胎干细胞,进一步发展到产生高效率的人力跳动的心肌细胞的cardioblasts 的直接cardiomesoderm规范(图2烟酰胺(NAM) )。我们定义为cardioblasts多能胚胎干细胞直接诱导的条件下,不干预多系胚体阶段,从而使控制效率的推导整个基于细胞疗法的发展阶段的频谱的人体心脏细胞的大量供应。
的发育研究和临床翻译的重大挑战之一是如何进行渠道广泛的分化潜能的多能干的人类干细胞所需的表型,高效和可预见的的。虽然这种细胞可以自发地在体外分化成胚层细胞通过多血统的聚合阶段,人类胚胎干细胞衍生的多系聚合(胚体),只有一个非常小的一部分细胞(<2 %)自发分化成心肌13-15( 图1A)。继免疫选择,心肌细胞丰富的人口能够作为生物起搏器的功能来抢救损坏的心肌功能,机械和电子注入动物模型的心脏13。在啮齿动物的心肌梗死模型,嫁接人类胚胎干细胞衍生的心肌后代能够生存和成熟的长达12周,部分remuscularIZE受伤的心脏,并改善收缩功能 14,15 。然而,通过多系分化多能干细胞,移植后的致瘤性的高风险的人类心脏承诺细胞中产生的低效率,阻碍了进一步的临床翻译。渠道广泛的多能胚胎干细胞分化潜能,完全可预见的心脏表型的发展战略是利用人类胚胎干细胞生物学在心脏领域的力量至关重要。为了实现统一的一个特定的血统的人类多能干细胞的转换,我们雇用了一个定义文化系统有能力投保未分化的人类胚胎干细胞的增殖完全确定条件,以及控制多能胚胎干细胞的有效诱导到一个特定的临床相关的谱系提供简单的小分子( 图1B)。我们发现,烟从P直接诱发心系承诺根据定义文化luripotent的人类胚胎干细胞,进一步发展到与高效率( 图2)跳动心肌细胞。 Nkx2.5是正常的心脏发育的基因突变是必不可少的一个进化保守的同源盒转录因子与人类先天性心脏疾病(CHD)的,人类最常见的出生缺陷16。 Nkx2.5表达到目前为止,检查所有脊椎动物最早是心脏前体细胞的标志和必要的适当的心脏septation和形成/成熟的电气传导系统16。在脊椎动物中,发病早期Nkx2.5表达模式大致配合的时间和面积在早期胚胎的心脏规范,Nkx2.5基因继续通过发展中的心脏 16表示。在我们的人类胚胎干细胞模型,不结盟运动的出现引发心脏诱导多能性胚胎干细胞直接促进的心肌特异性transcri表达ption因子Nkx2.5,一个过程,可能会效仿从人类胚胎cardiogenesis的多能干外胚层cardiomesoderm规范。未来的研究将揭示人类心脏发育的遗传和表观遗传控制分子作为替代品,可能为人类胚胎干细胞多能性的命运的小分子介导的直接控制和调制方式时所产生再生疗法的临床相关的谱系。没有不结盟运动治疗,<2%的人类胚胎干细胞进行自发分化成跳动的心肌细胞 12-15 。不结盟运动治疗,我们已经能够产生大于95%的胚胎的心脏前体跳动的心肌细胞> 50%,并从下一个定义文化的人类胚胎干细胞保持在一个过程,可能会仿效人类胚胎心脏发育12。近日,已知的心脏命运决定基因已被用于transdifferentiate产后击败了<0.5%17,18的低效率的心肌细胞的小鼠成纤维细胞</ SUP>。不过,体细胞重新编程历史上一直与基因表达异常加速衰老和受损的治疗公用事业 19-21 。最后,我们在这里建立的协议是有限的多能胚胎干细胞内细胞团(ICM)或人类囊胚4,5的外胚层衍生,可能并不适用于其他的多能干细胞,包括动物起源的胚胎干细胞,胚胎干细胞从早期的桑椹胚的(8细胞)胚胎阶段的22日和23人为地重新编程的细胞。
The authors have nothing to disclose.
XHP一直支持由国家卫生研究院(NIH)国家老龄问题研究所(NIHK01AG024496)和尤尼斯肯尼施莱佛国立儿童健康和人类发展研究所(NIHR21HD056530)的赠款。
Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments (optional) |
---|---|---|---|
Gelatin | Sigma | G1890 | |
Matrigel | BD bioscience | 356231 | Growth factor reduced |
Human laminin | Sigma | L6274 | |
Nicotinamide | Sigma | N0636 | |
DMEM/F12 | Invitrogen | 10565042 | |
DMEM | Invitrogen | 31053036 | |
DMEM-KO | Invitrogen | 10829018 | |
Knock-out serum replacement | Invitrogen | 10828028 | |
MEM nonessential amino acid solution (MNAA, 100X) | Invitrogen | 11140050 | |
MEM amino acids solution (MEAA, 100X) | Invitrogen | 11130050 | |
β-Mercaptoethanol | Invitrogen | 21985023 | |
Albumax | Invitrogen | 11020021 | |
Ascorbic acid | Sigma | A4403 | |
Human transferrin | Sigma | T8158 | |
Human bFGF | PeproTech | AF-100-18B | |
Human insulin | Invitrogen | 12585014 | |
Human activin A | PeproTech | 120-14E | |
Defined FBS | Hyclone | SH30073-03 | |
6-well ultralow attachment plate | Corning | 3471 | |
6-well plate | Corning | 3516 |