Riprogrammazione primario del liquido amniotico e le celle a membrana di pluripotenza in condizioni prive di Xeno
Summary
Questo protocollo descrive la riprogrammazione di primaria amniotico liquido e membrana di cellule staminali mesenchimali in cellule staminali pluripotenti indotte utilizzando un approccio episomal non-integrazione in condizioni completamente chimicamente definite. Procedure di estrazione, cultura, riprogrammazione e caratterizzazione delle cellule staminali pluripotenti indotte risultanti dai rigorosi metodi sono dettagliate.
Abstract
Terapie basate su cellule autologhe ha un passo più vicino alla realtà con l’introduzione di cellule staminali pluripotenti indotte. Cellule staminali embrionali, come il liquido amniotico e cellule staminali mesenchimali di membrana, rappresentano un tipo unico di cellule non differenziate con promessa in ingegneria tissutale e per riprogrammare in iPSC per futuri interventi pediatrici e bancaggio delle cellule staminali. Il protocollo presentato qui descrive una procedura ottimizzata per l’estrazione e la coltura primaria amniotico liquido e la membrana delle cellule staminali mesenchimali e generando episomal indotta da cellule staminali pluripotenti da queste cellule in cultura completamente chimicamente definita condizioni che utilizzano umano ricombinante vitronectina e il mezzo di E8. Caratterizzazione delle nuove linee applicando metodi rigorosi – flusso cytometry, imaging confocale, la formazione di teratoma e profiling trascrizionale – inoltre è descritto. Le linee appena generate esprimono marcatori di cellule staminali embrionali – Oct3/4A, Nanog, Sox2, TRA-1-60, TRA-1-81, SSEA-4 – pur essendo negativo per il marcatore di SSEA-1. Le linee di cellule staminali formano i teratomas in topi scid-beige in 6-8 settimane e i teratomas contengono tessuti rappresentativi di tutti i tre strati di germe. Profiling trascrizionale delle linee di invio dei dati di microarray di espressione globale a un algoritmo di valutazione pluripotenza bioinformatic ritenute tutte le linee pluripotenti e di conseguenza, questo approccio è un’attraente alternativa alla sperimentazione animale. Le nuove linee di iPSC prontamente possono essere utilizzate in esperimenti a valle che coinvolgono l’ottimizzazione di differenziazione e dell’ingegneria tissutale.
Introduction
La tecnologia delle cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC) comporta potenziali terapie di sostituzione cellulare, malattia e modellazione inerente allo sviluppo e droga e selezione tossicologica1,2,3. Terapie sostitutive concettualmente può essere ottenute tramite l’iniezione delle cellule, in vitro differenziato l’impianto del tessuto (ad esempio di patch cardiaci), o rigenerazione guidata mediante ingegneria tissutale. Liquido amniotico (AFSC) e cellule staminali di membrana (AMSC) sono un’ottima fonte di cellule per questi interventi sia direttamente4,5,6,7 o come una popolazione cellulare iniziale per la riprogrammazione in pluripotenza8,9,10,11,12.
Primi approcci utilizzati sistemi di coltura non definito o riprogrammazione metodi che richiedono l’integrazione genomica comporta dei costrutti9,10,11,12. Uno studio più recente ha impiegato un mezzo privo di xeno, anche se è stata utilizzata una meno definita matrice di attaccamento della membrana basale (BMM), per generare iPSC da cellule epiteliali del liquido amniotico. Tuttavia, l’analisi di formazione di teratoma non era inclusa nello studio insieme a una ricchezza di dati molecolari e in vitro. Cellule epiteliali del liquido amniotic sono state trovate per avere una più o meno 8 volte maggiore efficienza riprogramma rispetto ai fibroblasti neonatali13. In un altro studio, cellule mesenchimali staminali da liquido amniotico inoltre sono state trovate per essere riprogrammato in iPSC con molta efficienza superiore12.
Cellule staminali pluripotenti possono essere differenziate in rappresentante di tessuti di tutti e 3 strati germinali e quindi hanno il potenziale più ampio. Pazienti pediatrici potrebbero beneficiare la raccolta, riprogrammazione e ingegneria tissutale delle loro cellule staminali di liquido amniotic autologhi prenatally amniotic della membrana cellule staminali e perinatale. Inoltre, il livello relativamente basso di differenziazione delle cellule staminali embrionali (inferiore a cellule staminali adulte14,15) teoricamente potrebbe aiutare nell’affrontare la ritenzione osservata di bias epigenetici dalle celle di origine in iPSC16.
Qui presentiamo un protocollo per la riprogrammazione del liquido amniotico e cellule staminali membrana di pluripotenza in chimicamente definito medium E8 senza xeno su ricombinante vitronectina17 (VTN) utilizzando plasmidi episomal18. Il vantaggio principale delle cellule della membrana e del liquido amniotico come fonte di cellule per la riprogrammazione risiede nella loro disponibilità pre- e perinatale e quindi questo approccio principalmente avrebbe vantaggio della ricerca pediatrica tissutale.
Protocol
Representative Results
Discussion
La fase iniziale della generazione di iPSC da cellule staminali embrionali comporta l’estrazione di celle di origine da tessuti fetali, loro cultura, espansione e introduzione dei plasmidi riprogrammazione episomal. Questa fase è seguita da un periodo di cultura di circa 14-18 giorni prima che le prime colonie completamente riprogrammate possono essere espansa. La fase finale è la maturazione dei cloni iPSC. L’iniziale estrazione delle cellule staminali della membrana amniotica è realizzata per mezzo di una combinato …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato supportato dal Fonds Medizinische Forschung presso l’Università di Zurigo, Forschungskredit dell’Università di Zurigo, The SCIEX NMSCh sotto 10.216 Fellowships e 12.176, The Swiss Society of Cardiology, The Swiss National Science Fondazione sotto Grant [320030-122273] e [310030-143992], il 7 ° programma quadro, la valvola di vita, la Commissione europea sotto Grant [242008], l’Olga Mayenfisch Foundation, la Fondazione EMDO, la concessione di Start-up 2012 dell’ospedale universitario di Zurigo, e finanziamento interno del Mitchell Cancer Institute.
Materials
| Tumor Dissociation Kit, human | Miltenyi Biotec | 130-095-929 | tissue dissociation system, reagent kit, includes tissue dissociation tubes and tissue dissociation enzymes |
| gentleMACS Dissociator | Miltenyi Biotec | 130-093-235 | tissue dissociation system, dissociator |
| Thermo Scientific™ Shandon™ Disposable Scalpel No. 10, Sterile, Individually Wrapped, 5.75 (14.6cm) | Thermo-Fisher | 3120032 | |
| 70 µm cell strainers | Corning | 10054-456 | |
| RPMI 1640 medium | Thermo-Fisher | 32404014 | |
| rocking platform | VWR | 40000-300 | |
| 50 ml centrifuge tubes | Thermo-Fisher | 339652 | |
| 15 ml centrifuge tubes | Thermo-Fisher | 339650 | |
| EBM-2 basal medium | Lonza | CC-3156 | basal medium for AFMC medium |
| FGF 2 Human (expressed in E. coli, non-glycosylated) | Prospec Bio | CYT-218 | bFGF, supplement for AFMC medium |
| EGF Human, Pichia | Prospec Bio | CYT-332 | EGF, supplement for AFMC medium |
| LR3 Insulin Like Growth Factor-1 Human Recombinant | Prospec Bio | CYT-022 | IGF, supplement for AFMC medium |
| Fetal Bovine Serum, embryonic stem cell-qualified | Thermo-Fisher | 10439024 | FBS |
| Antibiotic-Antimycotic (100X) | Thermo-Fisher | 15240062 | for primary AFSC/AMSC, for routine AFSC/AMSC it should not be necessary, do not use in medium for transfected cells! |
| Accutase cell detachment solution | StemCell Technologies | 07920 | cell detachment enzyme |
| CryoStor™ CS10 | StemCell Technologies | 07930 | complete freezing medium |
| PBS, pH 7.4 | Thermo-Fisher Scientific | 10010023 | |
| EndoFree Plasmid Maxi Kit (10) | Qiagen | 12362 | for plasmid isolation |
| pEP4 E02S EN2K | Addgene | 20925 | EN2K, reprogramming factors Oct4+Sox2, Nanog+Klf4 |
| pEP4 E02S ET2K | Addgene | 20927 | ET2K, reprogramming factors Oct4+Sox2, SV40LT+Klf4 |
| pCEP4-M2L | Addgene | 20926 | M2L, reprogramming factors c-Myc+LIN28 |
| NanoDrop 2000c UV-Vis Spectrophotometer | Thermo-Fisher | ND-2000C | spectrophotometer |
| Neon® Transfection System | Thermo-Fisher | MPK5000 | transfection system, components: Neon pipette – transfection pipette Neon device – transfection device |
| Neon® Transfection System 10 µL Kit | Thermo-Fisher | MPK1025 | consumables kit for the Neon Transfection System, it contains: Neon tip – transfection tip Neon tube – transfection tube buffer R – resuspension buffer buffer E – electrolytic buffer |
| Stemolecule™ Sodium Butyrate | StemGent | 04-0005 | small molecule enhancer of reprogramming |
| TeSR-E8 | StemCell Technologies | 05940 | E8 medium |
| Vitronectin XF™ | StemCell Technologies | 07180 | VTN, stock concentration 250 µg/ml, used for coating at 1 µg/cm2 in vitronectin dilution (CellAdhere) buffer |
| CellAdhere™ Dilution Buffer | StemCell Technologies | 07183 | vitronectin dilution buffer |
| UltraPure™ 0.5M EDTA, pH 8.0 | Thermo-Fisher | 15575020 | dilute with PBS to 0.5 mM before use |
| EVOS® FL Imaging System | Thermo-Fisher Scientific | AMF4300 | LCD imaging microscope system |
| CKX53 Inverted Microscope | Olympus | phase contrast cell culture microscope | |
| Pierce™ 16% Formaldehyde (w/v), Methanol-free | Thermo-Fisher | 28908 | dilute to 4% with PBS before use, diluted can be stored at 2-8 °C for 1 week |
| Perm Buffer III | BD Biosciences | 558050 | permeabilization buffer, chill to -20 °C before use |
| Mouse IgG1, κ Isotype Control, Alexa Fluor® 488 | BD Biosciences | 557782 | isotype control for Oct3/4A, Nanog |
| Mouse IgG1, κ Isotype Control, Alexa Fluor® 647 | BD Biosciences | 557783 | isotype control for Sox2 |
| Mouse anti-human Oct3/4 (Human Isoform A), Alexa Fluor® 488 | BD Biosciences | 561628 | |
| Mouse anti-human Nanog, Alexa Fluor® 488 | BD Biosciences | 560791 | |
| Mouse anti-human Sox-2, Alexa Fluor® 647 | BD Biosciences | 562139 | |
| Mouse IgGM, κ Isotype Control, Alexa Fluor® 488 | BD Biosciences | 401617 | isotype control for TRA-1-60 |
| Mouse IgGM, κ Isotype Control, Alexa Fluor® 647 | BD Biosciences | 401618 | isotype control for TRA-1-81 |
| Mouse anti-human TRA-1-60, Alexa Fluor® 488 | BD Biosciences | 330613 | |
| Mouse anti-human TRA-1-81, Alexa Fluor® 647 | BD Biosciences | 330705 | |
| Mouse IgG1, κ Isotype Control, Alexa Fluor® 488 | BD Biosciences | 400129 | isotype control for SSEA-1 |
| Mouse IgG3, κ Isotype Control, Alexa Fluor® 647 | BD Biosciences | 401321 | isotype control for SSEA-4 |
| Mouse anti-human SSEA-1, Alexa Fluor® 488 | BD Biosciences | 323010 | |
| Mouse anti-human SSEA-4, Alexa Fluor® 647 | BD Biosciences | 330407 | |
| Affinipure F(ab')2 Fragment Goat Anti-Mouse IgG+IgM, Alexa Fluor® 488 | Jackson Immunoresearch | 115-606-068 | use at a dilution of 1:600 or further optimize |
| Affinipure F(ab')2 Fragment Goat Anti-Mouse IgG+IgM, Alexa Fluor® 647 | Jackson Immunoresearch | 115-546-068 | use at a dilution of 1:600 or further optimize |
| DAPI | Thermo-Fisher Scientific | D21490 | stock solution 10 mM, further dilute to 1:12.000 for a working solution |
| Corning® Matrigel® Growth Factor Reduced, Phenol Red-Free | Corning | 356231 | basement membrane matrix (BMM) |
| scid-beige mice, female | Taconic | CBSCBG-F | |
| RNeasy Plus Mini Kit (50) | Qiagen | 74134 | RNA isolation kit |
| T-25 flasks, tissue culture-treated | Thermo-Fisher | 156367 | |
| T-75 flasks, tissue culture-treated | Thermo-Fisher | 156499 | |
| Nunc™ tissue-culture dish | Thermo-Fisher | 12-567-650 | 10 cm tissue culture dish |
| 6-well plates, tissue-culture treated | Thermo-Fisher | 140675 | |
| Neubauer counting chamber (hemacytometer) | VWR | 15170-173 | |
| Mr. Frosty™ Freezing Container | Thermo-Fisher | 5100-0001 | freezing container |
| FACS tubes, Round Bottom Polystyrene Test Tube, 5ml | Corning | 352058 | 5 ml polystyrene tubes |
| Eppendorf tubes, 1.5 ml | Thermo-Fisher | 05-402-96 | 1.5 ml microcentrifuge tubes |
| PCR tubes, 200 µl | Thermo-Fisher | 14-222-262 | |
| pipette tips, 100 to 1250 µl | Thermo-Fisher | 02-707-407 | narrow-bore 1 mL tips |
| pipette tips, 5 to 300 µl | Thermo-Fisher | 02-707-410 | |
| pipette tips, 0.1 to 10 µl | Thermo-Fisher | 02-707-437 | |
| wide-bore pipette tips, 1000 µl | VWR | 89049-166 | wide-bore 1 mL tips |
| glass Pasteur pipettes | Thermo-Fisher | 13-678-20A | |
| ethanol, 200 proof | Thermo-Fisher | 04-355-451 | |
| vortex mixer | VWR | 10153-842 | |
| chambered coverglass, 8-well, 1.5mm borosilicate glass | Thermo-Fisher | 155409 | glass-bottom confocal-grade cultureware |
| 22G needles | VWR | 82002-366 | |
| insulin syringes | Thermo-Fisher | 22-253-260 | |
| Formalin solution, neutral buffered, 10% | Sigma-Aldrich | HT501128-4L | fixation of explanted teratomas |
| Illumina HT-12 v4 Expression BeachChip | Illumina | BD-103-0204 | expression microarray, supported by PluriTest, discontinued by manufacturer |
| PrimeView Human Genome U219 Array Plate | Thermo-Fisher | 901605 | expression microarray (formerly Affymetrix brand), soon to be supported by PluriTest |
| GeneChip™ Human Genome U133 Plus 2.0 Array | Thermo-Fisher | 902482 | expression microarray (formerly Affymetrix brand), supported by CellNet, soon to be supported by PluriTest |
| PluriTest® | Coriell Institute | www.pluritest.org, free service for bioinformatic assessment of pluripotency, accepts microarray data – *.idat files from HT-12 v4 platform, soon to support U133, U219 microarray and RNA sequencing data | |
| CellNet | Johns Hopkins University | cellnet.hms.harvard.edu, free service for bioinformatic identification of cell type, including plutipotent stem cells, based on U133 microarray data – *.cel files, soon to support RNA sequencing data |
References
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