The Journal of Visualized Experiments (JoVE) is a peer reviewed, PubMed-indexed video journal. Our mission is to increase the productivity of scientific research.
This translation into Hebrew was automatically generated through Google Translate.
English Version | Other Languages
1San Diego Regenerative Medicine Institute, 2Xcelthera, 3Department of Neurosurgery, Harvard Medical School, 4Division of SCI Research, VA Boston Healthcare System, 5Program in Stem Cell & Regenerative Biology, Sanford-Burnham Medical Research Institute, 6La Jolla IVF
Parsons, X. H., Teng, Y. D., Parsons, J. F., Snyder, E. Y., Smotrich, D. B., Moore, D. A. Efficient Derivation of Human Cardiac Precursors and Cardiomyocytes from Pluripotent Human Embryonic Stem Cells with Small Molecule Induction. J. Vis. Exp. (57), e3274, doi:10.3791/3274 (2011).
עד כה, היעדר מקור התא האנושי מתאים לב כבר עיכוב משמעותי התחדשות שריר הלב האנושי, או על ידי השתלת תאים מבוססי לב או על ידי הנדסת רקמות 1-3. Cardiomyocytes להיות סופני הבדיל מיד אחרי הלידה מאבדים את יכולתם להתרבות. אין כל עדות כי גזע / ובתאים ממקורות אחרים, כגון מח העצם או דם טבורי, מסוגלים להצמיח לתאי השריר התכווצות הלב לאחר השתלת ללב 1-3. הצורך לחדש או לתקן את שריר הלב ניזוק לא מולאו על ידי טיפול בתאי גזע בוגרים, או אנדוגני או באמצעות משלוח תא 1-3. תאים יציבים גנטית גזע עובריים אנושיים (hESCs) יש יכולת הרחבה בלתי מוגבלת גמישות בלתי מוגבלת, מושיטה מאגר pluripotent שכן הגזירה במבחנה של אספקה גדולה של האדם התאים הסומטיים כי מוגבלים השושלת זקוקיםתיקון והתחדשות 4,5. בשל השכיחות של מחלות לב וכלי דם ברחבי העולם, מחסור חמור של איברים מתורם, יש עניין רב hESC טיפולים מבוססי פיתוח כגישה חלופית. עם זאת, איך לתעל את פוטנציאל התמיינות רחב של hESCs pluripotent ביעילות כצפוי על הפנוטיפ הרצוי כבר אתגר גדול עבור המחקר הן התפתחותיות תרגום קליניים. הגישות המקובלות להסתמך על הנטייה רב שושלת היוחסין של תאים pluripotent באמצעות בידול נבט ספונטנית שכבה, וכתוצאה מכך מחויבות-השושלת יעיל ובלתי נשלט זה מלווה לעתים קרובות ההטרוגניות יציבות פנוטיפי, ולכן, סיכון גבוה tumorigenicity 6-8 (ראה סכמטית ב איור. 1A). בנוסף, מוגדר תוספי ביולוגיים זרים / חיה ו / או ניזונים, כי יש בדרך כלל נעשה שימוש בבידוד, הרחבה, בידול של hESCs רשאי לעשות שימוש ישיר כזה התא specialiשתלי zed בחולים בעייתי 9-11. כדי להתגבר על המכשולים הללו, אנחנו צריכים לפתור את האלמנטים של מערכת התרבות מוגדר הכרחי ומספיק לקיום pluripotence epiblast של hESCs, משמש כפלטפורמה הגזירה דה נובו של hESCs קלינית מתאימה ויעילה בימוי hESCs כזה אחיד כלפי שושלות קליני רלוונטי על ידי מולקולות קטנות 12 (ראה סכמטית באיור. 1B). לאחר הקרנת מגוון רחב של מולקולות קטנות, ובדרך גורמי גדילה, מצאנו כי התנאים המוגדרים כאלה שניתנו nicotinamide (NAM) מספיק כדי לעורר את המפרט של cardiomesoderm ישירה hESCs pluripotent כי עוד התקדם cardioblasts שהפיק cardiomyocytes להכות אדם עם יעילות גבוהה (איור 2 ). הגדרנו תנאים אינדוקציה של cardioblasts ישירה hESCs pluripotent ללא שלב להתערב רב השושלת הגוף embryoid, המאפשר מבוקר היטב הגזירה יעיל שלהיצע גדול של תאים הלב האנושי על פני ספקטרום של שלבי ההתפתחות של התא מבוסס הרפוי.
1. הפתרון ומדיה הכנה
2. ציפוי פלייט
3. Passaging וזריעה hESCs מובחן תחת תנאים מוגדרים
4. אינדוקציה הלב של hESCs תחת מערכת התרבות מוגדר עם Nicotinamide
5. בידול הלב המשך בתרבות השעיה
6. מכות ההבשלה הפנוטיפ Cardiomyocyte בתרבות דבק
7. נציג תוצאות:
Nicotinamide (NAM) מוצג מספיק כדי לגרום hESCs נשמר במערכת התרבות מוגדר המעבר pluripotency בלעדי פנוטיפ cardiomesodermal (איור 2 ב). בחשיפה של hESCs מובחן כדי NAM, כל התאים בתוך המושבה יעברו שינויים במורפולוגיה לתאי הבדיל גדול למטה להסדיר את הביטוי של אוקטובר 4 ולהתחיל לבטא את גורם שעתוק לב ספציפיים (CSX) Nkx2.5 ו α- actinin, עולה בקנה אחד עם פנוטיפ cardiomesoderm (איור 2 ב). תאים אלו מובחנים ימשיכו להתרבות מושבות העלייה בגודל. עצימות מוגברת של Nkx2.5 יהיהלצפות בדרך כלל באזורים של מושבות תאים שבו מתחילים להצטבר (איור 2 ב). לאחר מנותקת, hESCs NAM שטופלו יהוו אשכולות הסלולר צף (cardioblasts) בתרבות ההשעיה להמשיך בתהליך התמיינות לב. לאחר התרת cardioblasts לצרף והמשך לטפל עם NAM שבוע 1, cardiomyocytes להכות יתחילו להופיע כ 1-2 שבועות של גידול מתמשך לאחר הנסיגה של NAM עם עלייה דרסטית יעילות לעומת בידול רב השושלת ספונטנית של hESCs ללא טיפול במשך אותה תקופה (איור 2C). תאים בתוך אשכולות cardiomyocyte להכות יביע סמנים אופייניים cardiomyocytes, כולל Nkx2.5 ו α-actinin (איור 2C). הצירים של cardiomyocytes להכות אושרו על ידי פרופילים חשמל להיות חזקה, קצבית, מתואמת היטב, היטב לרכבת, עם דחפים רגיל מזכיר את p-QRS-T-מתחמי לראות אלקטרודות משטח הגוף אק"ג קליני (איור 2C, גם לראות את הווידאו). Cardiomyocytes יכול לשמור contractility חזק שלהם במשך 3 חודשים.

באיור 1. תוכניות בסך של הגישה הקונבנציונלית לעומת הגישה מולקולה קטנה-אינדוקציה עבור בידול של אדם בתאי גזע pluripotent כלפי תאים פונקציונלי מיוחדים. (א) סכימטי של הגישה המקובלת שימוש רב השושלת הנטייה של בתאי גזע pluripotent אנושי באמצעות בידול נבט ספונטנית השכבה. (ב) סכימטי של אינדוקציה מבוקר היטב יעיל בתאי גזע אנושיים pluripotent בלעדי שושלת קליני רלוונטי במיוחד על ידי הוראה פשוטה של מולקולות קטנות.

איור 2. Nicotinamide גורם מפרט לב השושלת הישירה של pluripotency בתנאים מוגדרים התקדמות לכיוון מכה cardiomyocytes. (א) סכמטי המתאר של קו הזמן פרוטוקול של בידול לב מכוונת של hESCs. (ב) עם חשיפה של hESCs מובחן כדי Nicotinamide (NAM) תחת מערכת התרבות מוגדר, גדול הבדיל אוקטובר-4 (אדום) בתאי שלילי בתוך המושבה החלו להופיע, לעומת ללעוג שטופלו (DMSO) hESCs כמו שליטה. NAM-Induced תאים אוקטובר-4-שלילי החלו להביע Nkx2.5 (ירוק) ו α-actinin (אדום), עולה בקנה אחד עם בידול לב מוקדם. עוצמת וגברה של Nkx2.5 נצפתה בדרך כלל באזורים של המושבה שבו התאים החלו להיערם. כל התאים מסומנים על ידי מכתים DAPI הגרעינים שלהם (כחול). (ג) NAM-Induced הלב, מחויב hESCs הניב cardiomyocytes מכות עם עלייה דרסטית יעילות, כפי שנבחנו על ידי clus הסלולרters כי מוצג התכווצויות קצובות (ראה פרופיל אלקטרו ואת קטעי וידאו), ואת immunopositive עבור Nkx2.5 (ירוק) ו α-actinin (אדום). תמונות שלב של נציג גדול cardiomyocyte אשכולות מכות ותמונות חשמל גבוה של כיווץ שרירי הלב נציג מוצגים (גם לראות קטעי וידאו המקביל). החצים מצביעים על מכות גדולות cardiomyocyte מצרר הקלטה אלקטרו. פרופיל אלקטרו של cardiomyocytes מכות מראה רגילה, נגרר, דחפים קצבי שמזכיר את p-QRS-T-מתחמי לראות אק"ג קליניים. סולם ברים: 0.1 מ"מ.
וידאו: מתקשרת cardiomyocytes להבדיל בין NAM-Induced hESCs. סרטונים 1 ו -2 נציג להראות הכאת וידאו אשכולות cardiomyocyte בחודש על 1 ו -3 לאחר המצורף. וידאו 3 ו -4 נציג להראות התכווצות שרירי הלב בהספק גבוה יותר. גדולות 5 מראה typicaאני מקבץ קטן cardiomyocyte פועם הבדיל באופן ספונטני ללא טיפול NAM כביקורת מתוך hESCs.
לחץ כאן כדי לצפות וידאו 1.
לחץ כאן כדי לצפות וידאו 2.
לחץ כאן כדי לצפות וידאו 3.
לחץ כאן כדי לצפות 4 וידאו.
לחץ כאן כדי לצפות וידאו 5.
אחד האתגרים הגדולים עבור המחקר הן התפתחותיות תרגום קליני כבר איך לתעל את פוטנציאל התמיינות רחב של pluripotent בתאי גזע אנושיים הפנוטיפ הרצוי ביעילות כצפוי. למרות תאים כאלה יכולים להבדיל באופן ספונטני במבחנה לתאים של כל שכבות הנבט ידי עובר שלב רב שושלת צבירה, ב hESC הנגזרות רב השושלת אגרגטים (גופים embryoid), רק חלק קטן מאוד של תאים (<2%) באופן ספונטני להתמיין cardiomyocytes 13-15 (איור 1A). בעקבות immunoselection, האוכלוסיות מועשר של cardiomyocytes היו מסוגלים לתפקד כמו קוצבי לב ביולוגיים כדי להציל את תפקוד שריר הלב ניזוק מכנית אלקטרונית בעקבות הזרקה אל לב בבעלי חיים 13. במודלים של מכרסמים infarcted, engrafted hESC הנגזרות progenies לב הצליחו לשרוד ולהתפתח עד 12 שבועות, remuscular חלקיתize את הלב הפצוע ולשפר את תפקוד כויץ 14,15. עם זאת, יעילות ביצירת האדם הלב, מחויב תאים באמצעות בידול רב שושלת היוחסין של תאים pluripotent לבין סיכון גבוה השתלת tumorigenicity הבאים הפריע התרגום קליניים נוספים. פיתוח אסטרטגיות לערוץ פוטנציאל התמיינות רחב של hESCs pluripotent בלעדי כצפוי על הפנוטיפ לב חיונית רתימת העוצמה של הביולוגיה hESC בתחום הלב. על מנת להשיג אחיד ההמרה של אדם בתאי גזע pluripotent לשושלת מסוימת, אנחנו עובדים מערכת תרבות מוגדרת מסוגלים לבטח את הפצת hESCs מובחן לזהות תנאים לזירוז מבוקר היטב יעיל של hESCs pluripotent בלעדי מסוים בשושלת קליני רלוונטי על ידי הוראה פשוטה של מולקולות קטנות (איור 1B). מצאנו כי nicotinamide המושרה לב, שושלת מחויבות ישירה של phESCs luripotent תחת תרבות מוגדר כי עוד התקדם להכות cardiomyocytes עם יעילות גבוהה (איור 2). Nkx2.5 היא שעתוק נשמרת evolutionally homeobox גורם הכרחי להתפתחות מוטציות לב נורמלי של הגן הקשורים למחלות אנושיות לב מולדים (CHD), את הפגם הנפוץ ביותר הלידה האנושית 16. הביטוי של Nkx2.5 הוא הסמן המוקדם של תאים מבשר לב בכל החוליות שנבדקו עד כה חיונית septation לב ראויה היווצרות / הבשלה של מערכת הולכה חשמלית 16. ב החוליות, הופעת דפוס הביטוי Nkx2.5 מוקדם בערך בקנה אחד עם העיתוי ואת שטח של מפרט הלב של העובר מוקדם, Nkx2.5 גן ממשיכה לבוא לידי ביטוי באמצעות פיתוח בלב 16. במודל hESC שלנו, הופיע NAM כדי לעורר את הלב אינדוקציה ישירה hESCs pluripotent באמצעות קידום הביטוי של הלב ספציפי transcriגורם ption Nkx2.5 בתהליך שעשוי לחקות את המפרט של cardiomesoderm מ epiblast pluripotent ב cardiogenesis עובריים אנושיים. מחקרים עתידיים יגלה מולקולות בקרה גנטית epigenetic בהתפתחות הלב האנושי חלופות, אשר עשוי לסלול את הדרך לשלוט מולקולה בתיווך קטן אפנון ישיר של גורל pluripotent hESC כאשר הנובעות שושלות קליני רלוונטי עבור טיפולים רגנרטיבית. ללא טיפול NAM, <hESCs 2% יעברו התמיינות ספונטנית תוך מכות cardiomyocytes 12-15. באמצעות טיפול NAM, הצלחנו לייצר> 95% מבשרי לב עובריים cardiomyocytes מכות> 50% מן hESCs שמרו תחת תרבות להגדיר בתהליך שעשוי לחקות הלב האנושי ההתפתחות העוברית 12. לאחרונה, ידוע לב, גורל גנים בקביעת שימשו transdifferentiate fibroblasts העכבר לתוך שלאחר הלידה cardiomyocytes מכות עם יעילות נמוכה של 0.5% <17, 18 </ Sup>. עם זאת, reprogrammed התאים הסומטיים יש היסטורית היה קשור ביטוי גנים חריגים להזדקנות מואצת עם התועלת הטיפולית לקויי 19-21. לבסוף, פרוטוקול הקמנו כאן מוגבל hESCs pluripotent נגזר מסת התאים הפנימית (ICM) או epiblast של הבלסטוציסט האנושי 4,5, אינן חלות pluripotent תאים אחרים, כולל בעלי חיים שמקורם ESCs, ESCs נגזר morula מוקדם יותר (שמונה תאים) בשלב עוברי 22, ותאי reprogrammed מלאכותי 23.
החוקרים מצהירים אינטרסים מתחרים. XHP הוא המייסד של Xcelthera. XHP ו EYS יש קניין רוחני הקשור hESCs.
XHP כבר נתמך על ידי המכון הלאומי לבריאות (NIH) מענקי המכון הלאומי להזדקנות (NIHK01AG024496) ו יוניס קנדי שרייבר המכון הלאומי לבריאות הילד והתפתחות האדם (NIHR21HD056530).
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Gelatin | Sigma-Aldrich | G1890 | |
| Matrigel | BD Biosciences | 356231 | Growth factor reduced |
| Human laminin | Sigma-Aldrich | L6274 | |
| Nicotinamide | Sigma-Aldrich | 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-Aldrich | A4403 | |
| Human transferrin | Sigma-Aldrich | T8158 | |
| Human bFGF | PeproTech Inc | AF-100-18B | |
| Human insulin | Invitrogen | 12585014 | |
| Human activin A | PeproTech Inc | 120-14E | |
| Defined FBS | Hyclone | SH30073-03 | |
| 6-well ultralow attachment plate | Corning | 3471 | |
| 6-well plate | Corning | 3516 |
breast cancer, Alzheimer's disease,ADHD, SARS
go take a look.
I have not touch measles ,bvFTD Ag85B,Pax6,CD34,SGA,shRNA,
HMGB2,CDK5 ,SOX2, siRNA, mRNA!,
I work with Dr. Bernard Roizman on HSV-1,Vaccine at U of Chicago , 27 years ago! http://www.gene2gene.com TB in here http://www.gene2gene.com/P53.htm stem cells,breast cancer, Dr. Verma,you did it on 2002 http://www.gene2gene.com/Bdnf.htm ADHD/Autism
2002,I left Biocarta to work at ITRI Research Institute at Taiwan,
Early Oct My mother pass away at San Diego, End of Oct,
I participated running exercise at ITRI, I fall down, I saw my
mother, She told me " It is not the time for you to come here,
go back!" I also saw my brother in law, two uncles, and
grandma! Few days later, I was moved to major hospital at Taipei!
One night, I waked up, and knell down against the window,
my wife ask me "What you doing?" I told her , I saw Jesse!
1
ReplyPosted by: mDecember 21, 2011, 11:43 AM