Il pancreas è costituito principalmente da cellule esocrine ed endocrine, e sua disfunzione o sovraccarico provoca diverse malattie, come la pancreatite, diabete e cancro del pancreas. Per delucidare il pathogeny di fibrocalcolosa, è necessario analizzare il processo di sviluppo e la funzione delle cellule pancreatiche. Inoltre, per stabilire la terapia di supplementazione di cellule/tessuti è necessaria una fornitura di cellulari stabili con qualità robusta. Cellule staminali pluripotenti umane (hPSC)-cellule pancreatiche derivate sono una promettente fonte di cellule per questi scopi, e il protocollo di differenziazione verso le cellule del pancreas è stato intensamente studiato1,2,3, 4. Gli avanzamenti recenti nella generazione in vitro di cellule β del pancreas imitano la generazione di cellule β in adulto umano e queste cellule Visualizza efficacia terapeutica su impiantati in topi diabetici modello2,3. Inoltre, l'analisi delle cellule β generate dalle cellule staminali pluripotenti indotte (iPSCs) di sano di tipo 1 diabete paziente donatori ha rivelato nessuna differenza funzionale tra cui quando sotto stress5. Inoltre, i fenotipi di malattia sono stati riprodotti parzialmente in cellule pancreatiche indotte con iPSCs derivate dal paziente o hPSCs che harboring le mutazioni genetiche nello stesso sito come pazienti6,7.
Per generare le cellule pancreatiche da hPSCs, graduale differenziazione diretto che ricapitola i processi di sviluppo viene utilizzata. Il pancreas è derivato dallo strato endoderma dell'embrione precoce, che esprime il sesso che determina regione Y-box 17 (SOX17) e forkhead box A2 (FOXA2)8. Basato sugli studi del mouse, lo strato endodermico forma il tubo dell'intestino primitivo, che è contrassegnato dall'espressione dell'epatocita fattore nucleare 1 beta (Hnf1β) e dell'epatocita nucleare di fattore 4-alfa (Hnf4α). Il tubo dell'intestino primitivo si allunga e si sviluppa nell'apparato respiratorio, digerente e organi. Dopo l'allungamento, la zona posteriore del foregut diventa la regione pancreatica presuntiva, come indicato dall'espressione della proteina fattore trascrizionale pancreas/duodeno homeobox 1 (PDX1)8,9,10. Le parti dorsali e ventrali della PDX1+ gut tubo addensare a formare cime del pancreas, che sono segnati dalla co-espressione del pancreas trascrizione fattore 1 subunità alfa (PTF1A) e NK6 homeobox 1 (NKX6.1)8,11. Questa espressione segna l'inizio morfologico dell'organogenesi pancreatica. Cellule pancreatiche endoderma, che sono componenti delle gemme del pancreas, formano una rete ramificata tubolare di strutture epiteliali12 e alla fine differenziarsi in cellule esocrine ed endocrine, tra cui β-cellule secernenti insulina e che secernono glucagone α-cellule. Espressione di PDX1 viene rilevato in primo luogo alla regione pancreatica presuntiva, che poi è osservata durante l'intero sviluppo del pancreas e Mostra la localizzazione di cellule β - e δ-9,13,14. Anche se il Pdx1+ zona delle cellule che non esprimono Ptf1a o Nkx6.1 differenzia in antrum gastrico, del duodeno, dei dotti biliari extrahepatic e alcune cellule intestinali a metà alla fine della fase di sviluppo in topi9, PDX1+ le cellule sono considerate i progenitori del pancreas nella fase iniziale dello sviluppo negli esseri umani.
Qui, presentiamo un protocollo dettagliato per differenziarsi hPSCs in PDX1+ cellule per la generazione dei lignaggi del pancreas. La differenziazione di iniziati di protocollo da semina dissociato celluli15,16,17. In genere, indifferenziato hPSCs sono mantenuti come colonie o aggregati cellulari in sospensione o in adesione. Di conseguenza, la maggior parte dei protocolli avviare la differenziazione poco dopo il passaggio. Tuttavia, nello stato di colonie o aggregati, le cellule sono inclini a eterogeneità spaziale e trascrizionale18,19,20,21,22, che potrebbero ostacolare la primo passo di differenziazione verso l'endoderma definitivo seguita da differenziazione inefficiente per PDX1+ cellule. Il presente protocollo può offrire maneggevolezza per migliorare e stabilizzare l'efficienza di differenziazione di alcune linee di hPSC che precedentemente sono stati trovati per differenziare inefficacemente endodermici lignaggi e PDX1+ cellule23, 24 , 25.