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1Department of Molecular Carcinogenesis and Center for Cancer Epigenetics, University of Texas M.D. Anderson Cancer Center, 2Department of Cell Biology, Poznan University of Medical Sciences, 3Department of Molecular Biology, The Scripps Research Institute
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Polak, U., Hirsch, C., Ku, S., Gottesfeld, J., Dent, S. Y. R., Napierala, M. Selecting and Isolating Colonies of Human Induced Pluripotent Stem Cells Reprogrammed from Adult Fibroblasts. J. Vis. Exp. (60), e3416, doi:10.3791/3416 (2012).
यहाँ हम मानव प्रेरित pluripotent स्टेम कोशिकाओं (hiPSC) रेट्रोवायरल सोडियम 1-3 butyrate की उपस्थिति में Oct3 / 4, Sox2, Klf4 और ग Myc (OSKM) एन्कोडिंग वैक्टर का उपयोग में मानव वयस्क fibroblasts के reprogramming की एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं. हम इस विधि का इस्तेमाल करने के लिए reprogram करने के लिए देर बीतने के (> p10) मानव वयस्क है Friedreich गतिभंग रोगी से प्राप्त fibroblasts (GM03665, Coriell भंडार). reprogramming के दृष्टिकोण अत्यधिक कुशल पारगमन वायरस युक्त मीडिया की उपस्थिति में fibroblasts की दोहराव centrifugation प्रोटोकॉल का उपयोग भी शामिल है. reprogrammed किया hiPSC कालोनियों Tra-1-81 के लिए जी Immunostaining का उपयोग पहचान की गई, pluripotent कोशिकाओं की सतह मार्कर, गैर reprogrammed किया fibroblasts से अलग और मैन्युअल 4,5 passaged है. ये hiPSC तो Matrigel प्लेटों को हस्तांतरित किया गया और फीडर से मुक्त परिस्थितियों में reprogramming की थाली से सीधे हो गई. पारित होने से पहले शुरू, hiPSC कालोनियों HES-एल विशेषता दिखाना हैike आकारिकी. इस प्रोटोकॉल का प्रयोग चयनित कालोनियों के 70% से अधिक सफलतापूर्वक और विस्तार कर सकते हैं सेल लाइनों में स्थापित है. स्थापित hiPSC लाइनों सतह टीआरए-1-60 मार्करों और SSEA-4, के रूप में के रूप में अच्छी तरह से परमाणु / 4 Oct3 मार्करों, Sox2 और Nanog सहित विशेषता pluripotency मार्कर प्रदर्शित. यहाँ प्रस्तुत प्रोटोकॉल स्थापित किया गया है और वयस्क है Friedreich गतिभंग रोगियों और नियंत्रण व्यक्तियों 6, मानव नवजात fibroblasts, के रूप में अच्छी तरह से मानव keratinocytes से प्राप्त fibroblasts का उपयोग कर परीक्षण किया.
1. वायरस उत्पादन और पारगमन
2. Reprogramming की
3. HiPSC कालोनियों का अलगाव
4. प्रतिनिधि परिणाम
Retrovirus युक्त मैं मीडिया के साथ कुशल पारगमनसफल reprogramming के लिए महत्वपूर्ण हैं. यह संपूर्ण प्रक्रिया / अभिकर्मक संक्रमण एक वायरस हर reprogramming के प्रयोग को व्यक्त करने के लिए क्षमता की निगरानी के रूप में चित्र 1 में दिखाया गया GFP का उपयोग आचरण की सिफारिश की है. GFP व्यक्त वायरस की अनुमापांक निर्धारित के रूप में 10 में वर्णित मानव fibroblasts की गैर केंद्रित वायरल मीडिया आम तौर पर 0.5 की रेंज में था का उपयोग पारगमन के माध्यम से - 5 एक्स 10 मिलीलीटर (वी.पी. / एमएल) प्रति 7 वायरल कणों.
Fibroblasts आकारिकी अंतिम संक्रमण के बाद के रूप में 2 दिन के रूप में जल्दी बदलना. Trypsinized मानव fibroblasts ध्यान से MEF फीडर कोशिकाओं पर उन्हें बोने के लिए पूर्व में गिना जाना चाहिए. यह 3 अलग अलग घनत्व (3 6x10, 1.2x10 4, 4 एकल प्रति अच्छी तरह से एक अच्छी तरह से थाली 6 2.5x10) में बीज कोशिकाओं के लिए सिफारिश की है के बाद से प्रत्येक कोशिका लाइन विभिन्न विकास विशेषता को दर्शाता है और बोने घनत्व reprogramming की दक्षता के लिए महत्वपूर्ण है. सोडियम के लिए इस्तेमाल किया butyrateप्रारंभिक 7 - 14 दिन reprogramming की लगभग 5 गुना hiPSC गठन की क्षमता बढ़ जाती है. अक्सर, खासकर जब संक्रमित fibroblasts उच्च घनत्व पर वरीयता प्राप्त थे, fibroblast कोशिकाओं की तरह एक संस्कृति डिश ऊंचा हो जाना और hiPSC कालोनियों को कवर चित्रा 2A में दिखाया के रूप में कर सकते हैं. इस मामले में, तंतुप्रसू परत ध्यान और उठाया hiPSC कालोनियों (चित्रा 2B) को उजागर कर सकते हैं हटा दिया. बाद में, hiPSC कालोनियों HES मीडिया के साथ rinsed होना चाहिए और Tra-1-81 एंटीबॉडी के साथ दाग. Fibroblast कोशिकाओं के आधार पर, लगभग 20 - 40% iPSC तरह आकारिकी साथ प्रदर्शन कालोनियों की Tra-1-81 प्रतिरक्षी साथ नहीं दाग नहीं है. 24 घंटों की पहचान की hiPSC कालोनियों 12 अगले भीतर एक थाली से स्थानांतरित किया जा सकता है. लंबे समय तक ऊष्मायन hiPSCs के तेजी से भेदभाव में परिणाम होगा. कालोनियों मैन्युअल रूप से या तो MEF फीडर कोशिकाओं या Matrigel - लेपित प्लेट पर passaged किया जा सकता है. बाद विस्तार स्थापित hiPSC का क्लोन (आईसीसी) immunocytochemistry pluripoten की अभिव्यक्ति के लिए का उपयोग कर परीक्षण किया जाना चाहिएcy मार्कर के रूप में चित्रा 3 में प्रदर्शन किया. Pluripotency जीन अभिव्यक्ति का उपयोग कर RT-पीसीआर, डीएनए demethylation के pluripotency 9 मुंह बंद transgenes के जीन के विश्लेषण के प्रमोटरों पर प्रदर्शन का विश्लेषण: इसके अतिरिक्त, उत्पन्न आईपीएस कोशिका लाइनों की एक विस्तृत आणविक लक्षण वर्णन शामिल करना चाहिए.

आकृति 1. वायरल पारगमन GFP रेट्रोवायरल मीडिया के साथ लगातार दो संक्रमण के बाद GFP व्यक्त retrovirus (ए, बी) मानव वयस्क है Friedreich गतिभंग रोगी से प्राप्त fibroblasts (GM03665, Coriell भंडार) कल्पना का उपयोग करके निर्धारित की दक्षता. (सी, डी) मानव fibroblasts GFP रेट्रोवायरल 1 के लिए 1600g पर 6 अच्छी तरह से प्लेट पर सीधे कोशिकाओं की centrifugation के बाद मीडिया के एक ही बैच के साथ. संक्रमित थे. छवियाँ संक्रमण के बाद 48h कब्जा कर लिया गया.
चित्रा 2. और hiPSC कालोनियों की पहचान और अलगाव (ए) चरण fibroblasts से घिरा hiPSCs युक्त थाली के विपरीत छवि. कोशिकाओं HES मीडिया पर 21 दिनों के लिए संवर्धित किया गया. (बी, सी) आसपास के तंतुप्रसू परत के हटाने के बाद ही hiPSC कॉलोनी. (डी) सही ढंग से reprogrammed किया hiPSC कालोनियों Tra-1-81 सतह मार्कर एंटीबॉडी के साथ जीना धुंधला द्वारा पहचाने जाते हैं, एक बाँझ सुई (ई, एफ) का उपयोग कर में कटौती और एक 24 - अच्छी तरह से थाली की अलग - अलग कुओं को हस्तांतरित.

चित्रा 3. Immunocytochemistry pluripotency विशिष्ट / 4 Oct3 मार्करों, Nanog, Sox2, SSEA4 और hiPSCs में Tra-1-60 की अभिव्यक्ति के द्वारा निर्धारित किया गया था.
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मानव रोगों, विशेष रूप से तंत्रिका विज्ञान और neurodegenerative अध्ययन, विशेष रूप से किया गया है पर्याप्त मानव सेलुलर मॉडल की अप्राप्यता के कारण चुनौतीपूर्ण. प्रेरित pluripotent स्टेम सेल और क्षमता में आसानी से प्राप्य दैहिक कोशिकाओं reprogram करने के लिए उन्हें विविध प्रकार की कोशिकाओं में अंतर करने की क्षमता करने के लिए एक आनुवंशिक बीमारियों के सेलुलर मॉडल बनाने की संभावना खोला. इसके अलावा, IPSCs पुनर्योजी चिकित्सा के भविष्य में एक महान वादा पकड़. इसलिए, यह आवश्यक है pluripotency दैहिक कोशिकाओं reprogramming की विश्वसनीय, कुशल और सुरक्षित तरीके को विकसित करने और अनुकूलन.
चिकित्सीय अनुप्रयोगों के परिप्रेक्ष्य से, यह iPSC पीढ़ी के सुरक्षित दृष्टिकोण मेजबान जीनोम में पदचिह्न म्यूटेशनों की कमी को विकसित करने के लिए महत्वपूर्ण है. Episomal वैक्टर अभिकर्मक के रूप में reprogrammed किया कोशिकाओं के जीनोम में स्थायी परिवर्तन को शुरू करने के बिना reprogramming की दैहिक सेल के तरीके, उत्पाद शुल्क योग्य टीआरए का उपयोगnsposons, adenoviral संक्रमण, और mRNA के या प्रोटीन की प्रत्यक्ष वितरण पहले से ही 11-15 स्थापित किया गया है. इस प्रकार अब तक reprogramming की इन transgene मुक्त तरीकों का उपयोग दक्षता कम है और, चरित्र और reprogrammed किया दैहिक कोशिकाओं के प्रकार उम्र पर निर्भर करता है. इसलिए, इन प्रोटोकॉल देर बीतने के reprogramming के लिए उपयुक्त नहीं हैं, वयस्क दैहिक कोशिकाओं अक्सर सेल खजाने में जमा है. इसके अतिरिक्त, कई iPSC लाइनों की विस्तृत लक्षण वर्णन को सक्षम करने के लिए और मानव रोगों के नए मॉडल की स्थापना और उच्च throughput दवा स्क्रीन आचरण, दैहिक प्रतिलेखन कारकों के वायरल वितरण का उपयोग कोशिकाओं की reprogramming की एक पर्याप्त रणनीति है. 20 से अधिक अध्ययन की तारीख मॉडल मानव तंत्रिका विज्ञान और neuromuscular बीमारियों के रोगी विशेष IPSCs की पीढ़ी की सूचना दी. लेकिन सभी मामलों में IPSCs lentiviral या रेट्रोवायरल 16 पारगमन का उपयोग कर उत्पन्न किया गया.
हमारे डेटा को दिखाना है कि एक साधारण वें पर आधारित प्रोटोकॉलई रेट्रोवायरल वितरण OSKM प्रतिलेखन कारकों के लिए कुशलतापूर्वक एक उच्च मार्ग की भी वयस्क मानव fibroblasts, reprogram इस्तेमाल किया जा सकता है. 10 सेमी प्लेट पर फीनिक्स कोशिकाओं के एक अभिकर्मक से प्राप्त वायरस की राशि 10 से अधिक reprogramming के प्रयोगों के लिए पर्याप्त है. हमारे वयस्क fibroblasts की reprogramming के प्रोटोकॉल में तीन महत्वपूर्ण कदम हैं: (i) के अत्यधिक कुशल वायरल पारगमन पारगमन है जो नाटकीय रूप से पारगमन की क्षमता बढ़ जाती है के दौरान एक अतिरिक्त कदम centrifugation द्वारा सुविधा, (ii) transduced तंतुप्रसू के MEFs पर बोने और घनत्व ( iii) Tra-1-81 मार्कर एंटीबॉडी के साथ रहते धुंधला का उपयोग करने के लिए जो सीधे फीडर - मुफ्त संस्कृतियों के लिए हस्तांतरित किया जा सकता है संभवतः पूरी तरह से reprogrammed किया कालोनियों का चयन की सुविधा. reprogramming की दक्षता काफी reprogramming के दूसरे सप्ताह के दौरान सोडियम butyrate का उपयोग करके बढ़ाया है. इसके अलावा, हम ने कहा कि iPSC कालोनियों का एक बड़ा अंश में सुसंस्कृतदवा की उपस्थिति और विस्तारित किया जा सकता है पूरी तरह से reprogrammed किया iPSC पंक्तियों में स्थापित किया गया था.
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लेखकों का खुलासा करने के लिए के लिए कुछ भी नहीं है.
यह काम है Friedreich गतिभंग रिसर्च एलायंस और अर्नोल्ड परिवार फाउंडेशन और स्टेम सेल और एमडी एंडरसन कैंसर केंद्र में विकासात्मक जीवविज्ञान के लिए केंद्र से एक पायलट अनुदान द्वारा समर्थित किया गया था.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| DMEM | Invitrogen | 11965 | |
| DMEM/F12 | Invitrogen | 11330 | |
| KSR | Invitrogen | 10828 | |
| Non-essential aminoacids | Invitrogen | 11140 | |
| Sodium butyrate | Sigma-Aldrich | B5887 | |
| Y27632 | Stemgent | 04-0012 | |
| bFGF | Stemgent | 03-0002 | |
| Tra-1-81 antibody | Stemgent | 09-0069 | |
| Oct3/4 antibody | Santa Cruz Biotechnology, Inc. | sc-8628 | |
| Nanog antibody | Cell Signaling Technology | 4903S | |
| Tra-1-60 antibody | EMD Millipore | MAB4360 | |
| Sox2 antibody | Cell Signaling Technology | 3579S | |
| SSEA4 | EMD Millipore | MAB4304 | |
| CF1 MEFs | Globalstem | GSC-6201G | |
| Objective marker | Nikon Instruments | MBW10010 | |
| Matrigel | BD Biosciences | 354277 | |
| mTeSR1 | Stem Cell Technologies | 05850 | |
| β-mercaptoethanol | Sigma-Aldrich | M7522 | |
| Fugene 6 | Roche Group | 11814443001 | |
| polybrene | Sigma-Aldrich | H9268 | |
| Object marker | Nikon Instruments | MBW10010 |