هنا، نقدم بروتوكولا لتشكيل البطانة هيوجينيك على وجه التحديد من الخلايا الجذعية البشرية متعددة القدرات في حالة التغذية وخالية من الزينو. وسيكون لهذه الطريقة تطبيقات واسعة في نمذجة الأمراض وفحص المركبات العلاجية.
مقالة منهجية
* These authors contributed equally
هنا، نقدم بروتوكولا لتشكيل البطانة هيوجينيك على وجه التحديد من الخلايا الجذعية البشرية متعددة القدرات في حالة التغذية وخالية من الزينو. وسيكون لهذه الطريقة تطبيقات واسعة في نمذجة الأمراض وفحص المركبات العلاجية.
اشتقاق الخلايا الجذعية والسلف الوظيفية المكونة للدم (HSPCs) من الخلايا الجذعية البشرية متعددة القدرات (PSCs) كانت هدفابعيد المنال لعمليات الزرع الذاتية لعلاج أمراض الدم والاضطرابات الخبيثة. البطانة هيمنية (HE) هي منصة قابلة لإنتاج HSPCs وظيفية عن طريق عوامل النسخ أو للحث على الخلايا الليمفاوية بطريقة قوية. ومع ذلك، فإن الأساليب الحالية لاستخلاص HE إما مكلفة أو متغيرة في الغلة. في هذا البروتوكول، أنشأنا طريقة فعالة من حيث التكلفة ودقيقة لاستخلاص HE في غضون 4 أيام في حالة التغذية خالية وxeno محددة. وخضع HE الناتجة عن انتقال البطانة إلى المكونة وإنتاج CD34+CD45+ الجينات المكونة للدم الكلونية. القدرة المحتملة لمنصتنا لتوليد HSPCs وظيفية سيكون لها تطبيقات واسعة في نمذجة الأمراض وفحص المركبات العلاجية.
وقد أعاق تطوير علاجات جديدة للاضطرابات الدموية والمناعية بسبب عدم وجود منصات قوية لنمذجة الأمراض وفحص المخدرات عالية الإنتاجية مع الخلايا الجذعية المكونة للدم الذاتية (HSCs) المستمدة من المريض الخلايا الجذعية متعددة القدرات (PSCs). إن اختراق التكنولوجيا المستحثة (i)PSC يبشر بنمذجة الأمراض من خلايا المرضى، ولكن إنشاء مراكز الصحة والصحة والرعاية الصحية الوظيفية من iPSCs المريض كان بعيد المنال. من أجل استخلاص HSCs من مراكز دعم البرامج البشرية، فإن الاستقراء السليم لبرامج النقوش الجنينية والنسخية هو المفتاح1،2،3،4،5،6، 7,8. وقد أظهر التقدم الذي أحرز مؤخرا في تطوير المكونة للدم دور البطانة هيموجيني (HE) في تطوير HSC9. يمكن أن يكون مستحثا من PSCs وهو قادر على التدخل في المصب مثل نقل الجينات10،11،12،13. باستخدام HE كمنصة، والجمع بين 5 عوامل النسخ(ERG، HOXA5، HOXA9، LCOR، RUNX1)تسبب بنجاح HSCs الوظيفية التي engraft على المدى الطويل والتفريق في سلالات متعددة14. ومع ذلك، فقد أعاق جيل متغير وغير فعال من HE من PSCs التلاعب المنهجي وتحليل الخلايا جنبا إلى جنب مع الإنتاج على الرف والحث على نطاق واسع من الخلايا المكونة للدم للاستخدام السريري.
هنا، نحن نوصف طريقة فعالة من حيث التكلفة ودقيقة لاستخلاص HE في 4 أيام مع وحدة تغذية خالية من وxeno شرط محدد. في هذه الطريقة، تشكيل كروي وإعادة تسطيح عفوية على iMarix-511 يضمن كثافة متسقة من المستعمرات PSC، وهو أمر حاسم للحث كفاءة خلايا HE.
1- الكواشف
2. تشكيل مستعمرة PSC
3. التعريفي هيماجيني (يوم 0)
4. عزل البطانة الظهارة الدموية (اليوم 4)
5. الحث على انتقال البطانة إلى المكونة للدم (EHT)
6. تحليل التدفق الخلايا من خلايا المكونة للدم
7. وحدة تشكيل مستعمرة (CFU) تقييم خلايا المكونة للدم
ويصور مخطط من تشكيل مستعمرات PSC في الشكل 1A. يتم تشكيل كرويات PSC على وعاء بلاستيكي صغير الصنع ليوم واحد. ونتيجة لذلك، يمكن معالجة 000 20 خلية من الخلايا 409 B2 لكل 96 من السفن البلاستيكية الصغيرة الصنع، على الرغم من أن خطوط الخلايا الأخرى قد تتطلب كثافة أعلى (000 30-000 40 خلية لكل 96 من السفن البلاستيكية الصغيرة الصنع). يتم تسطيح هذه المجالات تلقائيا إلى ثقافة ثنائية الأبعاد تقريبا عندما مطلية على طبق الثقافة في وجود LM511-E8.
يتم توضيح التخطيط ية من الحث هيماجينيفي الشكل 1B. عندما تنمو مستعمرات PSC إلى قطر 750 ميكرومتر، يتم تغيير المتوسط بالتتابع للحث على الأورغانويدات المتوسطة. سوف تصبح مستعمرات PSC تدريجيا ً هيكل اعلى من الجانب المشمس خلال التمايز مع الأورغانيات المتوسطة بواسطة تغيير متسلسل ةيالي متوسط حتى اليوم الرابع. في اليوم 4، يتم تحديد بطانة هيموجينيك من الأورغانويدات الجلدية المتوسطة عن طريق الفرز المغناطيسي ومطلية في وقت لاحق على فيبرونيكتين في وسط EHT. 5-10 مليون CD34+CD45- ومن المتوقع الخلايا من كروية تحتوي على 1 مليون PSCs (الشكل1C).
ويلاحظ أن الخلايا تتغير من الخلايا البطانية إلى الخلايا المكونة للدم (فيديو تكميلي 1). تظهر صورة تمثيلية على النقيض من الخلايا السلفية المكونة للدم عند التحفيز مع كوكتيل المكون ة في اليوم 7 في الشكل 2A. ظهرت مستعمرات الخلايا المكونة للدم في الثقافة.
يظهر مخطط قياس السيل تدفق تمثيلي في الشكل 2B. يتم تحفيز الثقافة كلها مع كوكتيل المكونة للدم وفي اليوم 7 يتم تحليل للتعبير عن CD34 و CD45 عن طريق تدفق السيتومتر. خلايا السلف المكونة للدم تعبر عن CD34 و CD45.
وأظهرت اختبار CFU توليد المستعمرات المحببة / البلبلة من CD34+ CD45+ خلايا السلف المكونة للدم (الشكل 2C). يقدر عدد مستعمرة 38 CFU-G / M لكل 10000 خلية (الشكل 2D)

الشكل 1: مخطط لمستعمرات بلاط PSC وما تُتّبع من تمايز المكون الدموي عن طريق بطانة الدم الوَمية. (أ) عملية التخطيط ية لتشكيل مستعمرات PSC. يتم الاحتفاظ بـ PSCs على لوحة 6-well المغلفة من LM511-E8 في وسط صيانة PSC. في اليوم -4، يتم فصل الخلايا وفصلها إلى مستوى خلية واحدة باستخدام حل فصل، ومطلية في وقت لاحق على سفينة بلاستيكية صغيرة الصنع في وسط صيانة PSC مع Y-27632 ومثقف بين عشية وضحاها لتشكيل كروية. في اليوم -3، يتم طلاء الكرويات في وسط صيانة PSC مع LM511-E8 ومثقف لمدة ثلاثة أيام. بحلول اليوم 0، يتم تسطيح كروية عفويا إلى ثقافة ثنائية الأبعاد تقريبا. مقياس أشرطة = 200 μm. (B) في يوم 0, يتم استبدال المتوسطة مع متوسط تمييز Day0 ومثقف في حاضنة نقص الأكسجة. في اليوم 2 من التمييز, استبدلت الوسط مع يوم 2 تمييز وسط. في اليوم 4 من الأندوال الظهارة الظهارة الظهارية الظهارية، يتم فرز CD34+ الخلايا مغناطيسيا ومثقف على لوحة 12-well المغلفة في فيفينيكتين في وسط EHT لمدة 6 أيام. (ج) مخطط قياس التدفق التمثيلي من CD45 و CD34 التعبير عن الخلايا اليوم 4 فرزها بواسطة CD34. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2: تحليل الممتلكات المكونة للدم. (أ) صورة تمثيلية على النقيض من مرحلة خلايا السلف المكونة للدم بعد التحفيز مع كوكتيل المكونة للدم في اليوم 7. شريط مقياس = 200μm. ( B) مخطط تدفق السيتومترية التمثيلية من CD45 و CD34 التعبير عن الثقافة بأكملها على التحفيز مع كوكتيل المكونة للدم في اليوم 7. (C) صورة تمثيلية على النقيض من مرحلة مستعمرة المحببة/البلبلة التي تم إنشاؤها من الخلايا السلفية المكونة للدم في اليوم 11. شريط مقياس = 500μm. ( D) عدد CFUs لكل 10000 خلية. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

فيديو تكميلي 1: EHT فيديو. الرجاء الضغط هنا لتحميل هذا الملف.
توفر طريقة الحث المعرّف خالية من التغذية والزينو منصة دقيقة وفعالة من حيث التكلفة لحث خلايا HE بطريقة قابلة للتطوير. وقد أعاقت تشكيل المؤمنين من البطانة هيماجينيفية في البروتوكولات التقليدية10،11،12،13،14 بسبب عدم وجود سيطرة دقيقة على كثافة مستعمرة PSC وحجمها ، الذي يؤثر على كفاءة التمايز الموجه القائم على المورتوجين/السيتوكين. لقد شهدنا عدم اتساق في الحث البطانة هيموجينيك في كل دفعة مستقلة من البروتوكولات التقليدية. البروتوكول الجديد يتيح تنظيم محكم من كثافة مستعمرة PSC وحجمها، وبالتالي يتغلب على عدم اتساق التعريفي البطانة هيموجينيك.
استغلنا تشكيل الكروية النظامية ونقلنا فيما بعد شرط ًا محدداً خالياً من التغذية وxeno لتشكيل HE في مجموع 4 أيام. وأكدنا باستخدام ثلاثة خطوط خلايا مستقلة أن تشكيل كروي يضمن تشكيل ثابت من خلايا HE. ونتيجة لذلك، أسفرت خطوط الخلايا 409B2 12.7%-23.6% CD34+ كفاءة الخلايا على أساس ثلاث تجارب مستقلة. العامل الحاسم لبلاط كرويات PSC LM511-E8. نحن لا نوصي باستبدال هذا مع مصفوفة أخرى، مثل ماتريغل أو منتجات لامينين كاملة الطول في تجاربنا. لقد اختبرنا أن الأورغانويدات الجلدية النخاعية كانت منفصلة بسهولة عن ماتريغل وفقدت أثناء عملية التمايز. ولا ماتريغل أو كامل طول لامينين لا مرساة الخلايا دون ما قبل الطلاء.
والقصور المحتمل لهذا البروتوكول هو أننا نعتمد على وسيط صيانة PSC للحفاظ على الشركات الأمنية الخاصة. لقد اختبرنا وسائل الإعلام الأخرى مثل StemFit، لكننا للخطر التعريفي هيموجينيك. يفترض أن الخلايا كانت مقاومة للخروج من حالة متعددة القدرات في وقت قصير لدينا (4 أيام) بروتوكول التعريفي. إذا كان أحد يحافظ على PSCs في وسائل الإعلام الأخرى، فإننا نوصي بتكييف الخلايا في وسط صيانة PSC وإجراء بضع مقاطع قبل التمايز. هذه المنصة سوف تسمح بالتلاعب المنهجي وتحليل الخلايا، والإنتاج خارج على الرف والحث على نطاق واسع من الخلايا المكونة للدم للاستخدام السريري المحتمل. والهدف الطويل الأجل لهذا النظام هو وضع نموذج لأمراض نقص المناعة في نماذج الفأرة التي تُصنع من الأنسنة للتحقيق في الآليات الخلوية والجزيئية المسؤولة وإجراء فحوص للعقاقير.
ولم يعلن أصحاب البلاغ عن أي تضارب في المصالح.
ونحن ممتنون لآلينا لي وسايكو بينو على مساعدتهما التقنية. ونود أيضا أن نشكر السيدة هارومي واتانابي على تقديم المساعدة الإدارية، والدكتور بيتر كاراغيانيس على تحرير هاوية الورقة. وقد تم دعم هذا العمل من قبل المركز الأساسي لبحوث الخلايا iPS لشبكة مركز البحوث لتحقيق الطب التجديدي من الوكالة اليابانية للبحث والتطوير الطبي (AMED) [M.K.S.] ، برنامج أبحاث الأمراض المستعصية استخدام. خلايا iPS الخاصة بالأمراض من AMED (17935423) [M.K.S.] ومركز الابتكار في وكالة العلوم والتكنولوجيا اليابانية (JST) [R.O. وM.K.S.].
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| 0.5 م EDTA | ثيرمو فيشر العلمي | 15575 | 0.5 م EDTA |
| 40 & مصفاة الخلايا m | Corning | 352340 | 40 & mu ؛ مصفاة خلية M |
| 6 ألواح بئر | Corning | 353046 | 6 ألواح آبار |
| مضاد حيوي مضاد للفطريات | Thermo Fisher Scientific | 15240-112 | البنسلين / الستربتومايسين / الأمفوتريسين B |
| الأجسام المضادة المضادة ل CD34 | بيكمان كولتر | A07776 | الأجسام المضادة |
| المضادة ل CD34 الأجسام المضادة ل CD45 | Biolegend | 304012 | الأجسام المضادة المضادة ل CD45 |
| BMP4 | R & أنظمة D | 314-BP-010 | BMP4 |
| CD34 ميكروبيدات | Miltenyi | 130-046-703 | CD34 ميكروبيدات |
| CHIR99021 | واكو | 038-23101 | CHIR99021 |
| أساسي 6 | ثيرمو فيشر Scientific | A15165-01 | قاعدة متولد الدم |
| أساسي 8 | ثيرمو فيشر Scientific | A15169-01 | الأديم المتوسط القاعدي |
| Ezsphere SP Microplate 96well | AGC | 4860-900SP | وعاء بلاستيكي دقيق التصنيع ; |
| FCS | Biosera | FB-1365/500 | FCS |
| Fibronectin | Millipore | FC010-100MG | Fibronectin |
| Flt-3L | R & D Systems | 308-FK-005 | Flt-3L |
| Glutamax | Thermo Fisher Scientific | 35050-061 | L-Glutamine |
| IL-6 / IL-6R & alpha ؛ | R & D Systems | 8954-SR | IL-6 / IL-6R & alpha ؛ |
| iMatrix-511 | Matrixome | 892 001 | LM511-E8 |
| ITS-X | Thermo Fisher Scientific | 51500-056 | الأنسولين ترانسفيرين السيلينيوم والإيثانولامين |
| MACS العازلة | Miltenyi | 130-091-221 | عازلة الفصل المغناطيسي |
| Methocult 4435MethoCult & trade ؛ H4435 تقنيات | الخلايا الجذعية | المخصبة 04435 | الوسائط القائمة على ميثيل السليلوز |
| mTeSR1 | تقنيات الخلايا الجذعية | 85850 | PSC وسيط |
| الصيانة PBS | nacalai tesque | 14249-24 | PBS |
| SB431542 | واكو | 031-24291 | SB431542 |
| SCF | R& D Systems | 255-SC-010 | SCF |
| Stemline II توسيع الخلايا الجذعية المكونة للدم متوسط | سيجما ألدريتش | S0192-500ML | مكونة للدم القاعدية |
| TPO | R & D Systems | 288-TPN | TPO |
| TrypLE Express | Thermo Fisher Scientific | 12604-021 | حل التفكك |
| VEGF | R & أنظمة D | 293-VE-010 | VEGF |
| Y-27632 | واكو | 253-00513 | Y-27632 |
طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه
طلب إذن