Derivando Retinal Pigment Epithelium (RPE) de pluripotentes induzidas (iPS) Stem Cells por diferentes tamanhos de corpos embrióides
Summary
O objetivo deste relato é descrever os protocolos para derivar o epitélio retinal pigmento (RPE) a partir de células-tronco pluripotentes induzidas (iPS) células usando diferentes tamanhos de corpos embrióides.
Abstract
Pluripotent stem cells possess the ability to proliferate indefinitely and to differentiate into almost any cell type. Additionally, the development of techniques to reprogram somatic cells into induced pluripotent stem (iPS) cells has generated interest and excitement towards the possibility of customized personal regenerative medicine. However, the efficiency of stem cell differentiation towards a desired lineage remains low. The purpose of this study is to describe a protocol to derive retinal pigment epithelium (RPE) from iPS cells (iPS-RPE) by applying a tissue engineering approach to generate homogenous populations of embryoid bodies (EBs), a common intermediate during in vitro differentiation. The protocol applies the formation of specific size of EBs using microwell plate technology. The methods for identifying protein and gene markers of RPE by immunocytochemistry and reverse-transcription polymerase chain reaction (RT-PCR) are also explained. Finally, the efficiency of differentiation in different sizes of EBs monitored by fluorescence-activated cell sorting (FACS) analysis of RPE markers is described. These techniques will facilitate the differentiation of iPS cells into RPE for future applications.
Introduction
As células-tronco pluripotentes induzidas (iPS) são um tipo de célula-tronco pluripotentes derivadas através da reprogramação de células adultas com fatores extrínsecos 1. Em contraste, as células estaminais embrionárias (CES), um outro tipo de célula de tronco pluripotente, são gerados a partir da massa celular interna do blastocisto 2-3. Apesar de suas origens diferentes, as células iPS e CES são comparáveis em sua capacidade ilimitada para replicar in vitro e na sua capacidade de se diferenciar em qualquer tipo de célula 4-5. Estas características de células iPS torná-los os candidatos ideais para aplicações em medicina regenerativa personalizado. Os recentes esforços de pesquisa estão focados no desenvolvimento de protocolos de diferenciação robustos para a produção de células adultas especializadas, incluindo epitélio pigmentar da retina (RPE) 6-11.
Para potenciais aplicações clínicas de células iPS derivadas, uma diferenciação direcionado para esse tipo específico de célula é essencial. Existem vários métodospublicado pela diferenciação dirigida de ambas as células iPS CES e em RPE que varia muito em sua eficiência 6-7, 12-16. Nós ainda não sabemos muitos dos eventos moleculares que governam o destino de células / tecidos durante o desenvolvimento ou diferenciação. Nos últimos anos, foram feitos esforços para desenvolver o protocolo de diferenciação que pode imitar o desenvolvimento embrionário, tanto quanto possível. Durante a fase de blastocisto, a população não confirmadas de células-tronco estão juntos em um microambiente tridimensional. Assim, várias estratégias foram aplicados para tornar as células CES / iPS reunidos e crescê-las em três dimensões. Estes agregados de células-tronco são chamados de corpos embrióides (EBS). Estudos têm mostrado que a EB diferenciação de células estaminais imitar fase precoce do desenvolvimento do embrião e pode dar origem espontaneamente a endoderme primitiva na sua superfície exterior. Mais tarde, como EB desenvolvimento progride, os fenótipos de células diferenciadas de todas as três linhagens germinais aparecer 17-18. Therefore, o EBS protocolos de diferenciação com base têm atraído muita atenção para a diferenciação in vitro de células ESC / IPS e é um bom candidato para a geração EPR a partir de células-tronco pluripotentes 13.
EB pode ser feita usando vários métodos de células ESC / IPS. Inicialmente, foram feitas EBs raspando as colónias aderentes e mantê-las em cultura em suspensão não-aderente. No entanto, esta abordagem produz população heterogénea de EBs que provoca baixa reprodutibilidade. Suspensão de cultura de células de queda e micropoco formação EBs baseado outras técnicas populares para formação EBs que produzem EBs homogêneos de tamanhos definidos que são altamente reprodutível. Além disso, a técnica de micropoços podem produzir grande número de agregados com menos esforço.
Diferenciação de células dentro EBS é regulada por um multiplex de pistas morfogénicos do microambiente extracelular e intracelular. Em contraste com a diferenciação em um monformato olayer, o EBS fornecer uma plataforma para montagem complexa de células e sinalização intercelular para ocorrer 17. Curiosamente, foi observado o número de células estaminais pluripotentes usados para fazer EBs individuais para influenciar o destino das células. Por exemplo, em um estudo diferenciação hematopoiética da CES humanos, observou-se que 500 células EB promoveu a diferenciação no sentido de linhagem mielóide enquanto que 1.000 células EB empurrado na direcção da linhagem eritróide 20. Em outro estudo, a EBS menores favoreceu diferenciação endoderme Considerando EB maiores promovidas no sentido de neuro-ectoderma diferenciação 11, 17.
Estes estudos anteriores sugerem fortemente que o número de células ESC / IPS usados para fazer EBs individuais afetam as EBs diferenciação com base para quaisquer tipos de células. No entanto, a nosso conhecimento, não há estudos atuais que elucidaram o impacto do tamanho EBs em sua propensão de se diferenciar em direção RPE. O objetivo deste estudo é caracterizar a influência deTamanho EB em induzida células-tronco pluripotentes (IPS) – epitélio pigmentar da retina (iPS-RPE) diferenciação e para identificar o número célula ideal para fazer as EBs para a diferenciação dirigida para RPE linhagem.
Protocol
Representative Results
Discussion
Para realizar o pleno potencial das células-tronco pluripotentes para terapia celular, é necessário regulamentar a sua diferenciação de uma forma consistente e reproduzível. Este relatório descreve os protocolos para formar EBs controlada porte usando tecnologia de microplaca, iniciar a diferenciação em direção RPE e identificar marcadores de proteínas e genes de RPE. Para sincronizar a diferenciação in vitro, tamanhos homogêneos da EBS foram formados por um número conhecido de células iPS cent…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The opinions or assertions contained herein are the private views of the authors and are not to be construed as official or as reflecting the views of the Department of the Army or the Department of Defense. This research was performed while the authors Alberto Muñiz, Ramesh R Kaini, Whitney A Greene and Jae-Hyek Choi held a National Research Council Postdoctoral Research Associateship at the USAISR. This work was supported by U.S. Army Clinical Rehabilitative Medicine Research Program (CRMRP) and Military Operational Medicine Research Program (MOMRP).
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| mTeSR1 media + 5X supplement | Stem Cell Technologies | 5850 | |
| Y-27632 (Rock Inhibitor) | Stem Cell Technologies | 72304 | |
| DMEM/F12 | Life Technologies | 11330-032 | |
| 2-Mercaptoethanol | Sigma | M-7154 | |
| Non essential amino acids | Hyclone(Fisher) | SH30853.01 | |
| Knockout serum replacement | Life Technologies | 10828-028 | |
| Gentamicin | Life Technologies | 15750-060 | |
| L-Glutamine | Life Technologies | 25030-081 | |
| MEM media | Life Technologies | 10370-021 | |
| N1 supplement | Sigma | N-6530-5ML | |
| Taurine | Sigma | T-8691-25G | |
| Hydrocortisone | Sigma | H0888-1G | |
| Fetal bovine serum | Hyclone(Fisher) | SH3008803HI | |
| Triiodo-l-thyronine sodium salt | Sigma | T6397 | |
| Sodium hydroxide | Sigma | S5881 | |
| Dispase | Life Technologies | 17105-041 | |
| Matrigel | BD Biosciences | 354277 | |
| Phosphate buffered saline | Hyclone(Fisher) | 10010-023 | |
| Aggrewell 400 plate | Stem Cell Technologies | 27940 | |
| AggreWell medium | Stem Cell Technologies | 5893 | |
| Accutase | Stem Cell Technologies | 7920 | |
| BD Cytofix/Cytoperm Fixation/Permeabilization Kit | BD Biosciences | 554714 | |
| Mouse Anti-PAX6 antibody | Developmental Studies Hybridoma Bank | ||
| Rabbit Anti- RX antibody | Abcam | Ab23340 | |
| Mouse Anti-MITF antibody | Thermo Scientific | MS-772-P | |
| Rabbit Anti-ZO-1 antibody | Invitrogen | 40-2200 | |
| RNeasy plus mini kit | Qiagen | 74134 | |
| PCR master mix | promega | M7502 | |
| High capacity RNA to c DNA kit | Life Technologies | 4387406 | |
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