$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
تمت الموافقة على الدراسة من قبل لجنة أخلاقيات البحث المؤسسي المناسبة وتم إجراؤها وفقا للمعايير الأخلاقية على النحو المنصوص عليه في إعلان هلسنكي لعام 1964 وتعديلاته اللاحقة أو المعايير الأخلاقية المماثلة. تمت الموافقة على البروتوكول من قبل مجلس المراجعة المؤسسية (IRB) التابع لمؤسسة حمد الطبية (رقم 16260/16) ومعهد قطر لبحوث الطب الحيوي (رقم 2016-003). تم تحسين هذا العمل ل hESCs مثل H1 و H9 و HUES8. تم الحصول على عينات الدم من الأفراد الأصحاء من مستشفى مؤسسة حمد الطبية بموافقة كاملة مستنيرة. يتم إنشاء iPSCs من خلايا الدم أحادية النواة المحيطية (PBMCs) للتحكم ، الفرد السليم23.
1. إعداد الإعلام الثقافي
- تحضير وسائط زراعة الخلايا الجذعية البشرية متعددة القدرات (hPSC)
- تحضير وسائط استزراع hPSC من الوسط المتاح تجاريا للحفاظ على الخلايا الجذعية الجنينية البشرية وتوسيعها عن طريق استكمال 100 وحدة / مل من البنسلين و 100 ميكروغرام / مل من الستربتومايسين (انظر جدول المواد). القسمة وتخزين الوسائط الكاملة في -20 درجة مئوية على المدى الطويل أو 4 درجة مئوية للاستخدام الفوري.
- تحضير وسائط تمايز المرحلة 1 (للأديم الباطن النهائي (DE)).
- تحضير الوسائط القاعدية من وسائط MCDB 131 عن طريق المكمل بنسبة 0.5٪ من ألبومين مصل الأبقار الخالي من الأحماض الدهنية (FFA-BSA) ، و 1.5 جم / لتر من بيكربونات الصوديوم (NaHCO3) ، و 10 مللي متر من الجلوكوز ، و 2 ملي متر من الجلوتاماكس ، و 100 وحدة / مل من البنسلين ، و 100 ميكروغرام / مل من الستربتومايسين (انظر جدول المواد). قم بتصفية الوسائط المعدة باستخدام مرشح 0.2 ميكرومتر وتخزينها في 4 درجات مئوية.
- تحضير وسائط المرحلة الأولى التي تحتوي على CHIR99021 من الوسط القاعدي (المحضرة في الخطوة 1.2.1) عن طريق تسخين الوسط القاعدي عند 37 درجة مئوية ثم تكميله ب 2 ميكرومتر من CHIR99021 و 100 نانوغرام / مل من Activin A و 10 ميكرومتر من مثبط الصخور (Y-27632) و 0.25 مليمتر من فيتامين C (انظر جدول المواد). امزج الوسائط التكميلية جيدا وقم بتغطيتها بورق الألمنيوم لحمايتها من الضوء.
ملاحظة: سيتم استخدام هذه الوسائط فقط في اليوم الأول من التمايز.
- تحضير وسائط المرحلة 1 بدون CHIR99021 من الوسائط القاعدية عن طريق تسخينها عند 37 درجة مئوية وتكميلها ب 100 نانوغرام / مل من Activin A و 0.25 مليمتر من فيتامين C وتخلط جيدا.
ملاحظة: يمكن إضافة 5 نانوغرام/مل من FGF أو FGF2 الأساسي اختياريا إلى هذه الوسائط. سيتم استخدام هذه الوسائط للأيام المتبقية من المرحلة 1.
- إعداد وسائط تمايز المرحلة 2 (لأنبوب الأمعاء البدائي ؛ PGT).
- تحضير وسائط تمايز المرحلة 2 التي تحتوي على مثبط الصخور من الوسط القاعدي عن طريق تسخينه عند 37 درجة مئوية وتكميله ب 50 نانوغرام / مل من FGF10 ، و 50 نانوغرام / مل من NOGGIN ، و 0.25 ميكرومتر من CHIR99021 ، و 10 ميكرومتر من Y-27632 (مثبط الصخور) ، و 0.25 مليمول من فيتامين C.
ملاحظة: يتم استخدام هذه الوسائط في يوم تفكك الخلايا الباطنة.
- قم بإعداد وسائط تمايز المرحلة 2 بدون مثبط الصخور باتباع نفس الإجراء للوسائط المعدة في الخطوة 1.3.1 ، باستثناء مثبط الصخور.
ملاحظة: يتم استخدام هذه الوسائط في اليوم الثاني من المرحلة 2.
- إعداد وسائط تمايز المرحلة 3 (للمقدمة الخلفية).
- تحضير وسائط DMEM التي تحتوي على 4.5 جم / لتر من الجلوكوز ، ثم استكملها ب 1٪ من البنسلين - الستربتومايسين و 2 مليمتر من الجلوتاماكس واستخدامها كوسائط قاعدية للمرحلتين 3 و 4.
- قم بتسخين وسائط DMEM (المحضرة في الخطوة 1.4.1) وتكملة ب 2 ميكرومتر من حمض الريتينويك ، و 0.25 ميكرومتر من SANT-1 ، و 50 نانوغرام / مل من FGF10 ، و 50 نانوغرام / مل من NOGGIN ، و 0.25 مليمول من فيتامين C ، و 1٪ B27 مكمل بدون فيتامين A (انظر جدول المواد).
ملاحظة: يتم استخدام هذه الوسائط لمدة 4 أيام من المرحلة 3 ل P2-D (البروتوكول 2 ، محسن ، منفصل) ويومين من المرحلة 3 ل P1-ND (البروتوكول 1 ، غير محسن ، غير منفصل).
- تحضير وسائط تمايز المرحلة 4 (لأسلاف البنكرياس).
- أضف DMEM الذي يحتوي على 4.5 جم / لتر من الجلوكوز مع 100 نانوغرام / مل من EGF ، و 10 مليمتر من نيكوتيناميد ، و 50 نانوغرام / مل من NOGGIN ، و 0.25 ملي متر من فيتامين C ، و 1٪ من مكمل B27 بدون فيتامين A (انظر جدول المواد). استخدم هذه الوسائط لجميع أيام المرحلة 4.
ملاحظة: حافظ على جميع الكواشف في درجات حرارة مناسبة ، ويجب اقتباس جميع السيتوكينات والكواشف الحساسة. قم بإذابة الكواشف المقتبسة وإضافتها إلى الوسائط القاعدية في وقت تغيير وسائط التمايز. وترد تركيبات وسائط التمايز المختلفة في الجدول 1.
2. إعداد الأطباق المطلية بمصفوفة غشاء الطابق السفلي
- ذوبان مصفوفة الطابق السفلي المتاحة تجاريا (انظر جدول المواد) والقسمة على الجليد ؛ قم بتجميد القسمة عند -20 درجة مئوية.
- قبل طلاء أطباق زراعة الأنسجة ، قم بإذابة القسمة المجمدة على الجليد. أضف الحجم المناسب من محلول مصفوفة الغشاء إلى وسائط KO-DMEM / F-12 المبردة (KnockOut DMEM / F-12) (انظر جدول المواد) لتحقيق التركيز المخفف المطلوب والخلط جيدا. قم بتخزين محلول المصفوفة المخفف في درجة حرارة 4 درجات مئوية للاستخدام الفوري.
- قم بتغطية سطح الألواح المعالجة بزراعة الأنسجة (انظر جدول المواد) بمحلول مصفوفة الغشاء المخفف وضع الألواح عند 37 درجة مئوية لمدة 60 دقيقة على الأقل قبل طلاء الخلايا. استخدم تخفيفا بنسبة 1:50 من محلول مصفوفة الغشاء في KO-DMEM / F-12 لخلايا الطلاء لتجربة تمايز البنكرياس و 1:80 لتوسيع hPSCs غير المتمايزة.
3. ثقافة hPSCs غير المتمايزة
- قم بتمرير hPSCs عندما تصل المستعمرات إلى التقاء 70٪ -80٪.
- للمرور ، اغسل hPSCs مرة واحدة باستخدام PBS الدافئ ، واستنشق باستخدام شفاط فراغ محمول داخل غطاء زراعة الأنسجة ، وأضف 0.5 مللي متر من محلول EDTA في PBS لتغطية سطح المستعمرة. احتضان عند 37 درجة مئوية ، 5٪ CO2 لمدة 1 دقيقة أو حتى تنفصل حدود المستعمرات عن سطح اللوحة.
- قم بإزالة محلول EDTA واجمع مستعمرات الفصل باستخدام وسيط استزراع hPSC باستخدام ماصة P1000. الطرد المركزي للخلايا التي تم جمعها في 128 × ز لمدة 4 دقائق في درجة حرارة الغرفة. تخلص من المادة الطافية واستكمل الخلايا بوسائط زراعة hPSC التي تحتوي على 10 ميكرومتر من Y-27632 (مثبط الصخور)23,24.
ملاحظة: قم بتمرير hPSCs بنسبة 1: 3 على الأقل على الأطباق المطلية بمصفوفة الغشاء 1:80. ومع ذلك ، بالنسبة لتجارب التمايز ، قم بطبق hPSCs على أطباق مغلفة 1:50.
4. تحريض تمايز الأديم الباطن النهائي (DE) في hPSCs (المرحلة 1)
- عندما تصل مستعمرات hPSC إلى التقاء 70٪ -80٪ ، اغسلها مرتين باستخدام PBS الدافئ واستنشق باستخدام شفاط فراغ محمول داخل غطاء زراعة الأنسجة لبدء تمايز المرحلة 1.
- أضف وسيط تمايز المرحلة 1 الذي يحتوي على CHIR99021 (من الخطوة 1.2.2) إلى المستعمرات ، 2 مل لكل لوحة 6 آبار ، واحتضان عند 37 درجة مئوية لمدة 24 ساعة.
- في اليوم التالي، استبدل الوسائط المستهلكة بوسيط تمايز المرحلة 1 بدون CHIR99021 (الخطوة 1.2.3).
- كل 24 ساعة ، قم بشفط الوسائط المستهلكة باستخدام شفاط فراغ محمول داخل غطاء زراعة الأنسجة واستبدله بوسيط تمايز جديد من المرحلة 1 بدون CHIR99021.
ملاحظة: يمكن تمديد المرحلة 1 حتى 4 أيام. يعتمد طول المرحلة 1 على خط hPSC المستخدم ويجب تحسينه وفقا لذلك.
5. تحليل التألق المناعي ل DE المشتق من hPSC (المرحلة 1)
- من أجل التألق المناعي ، قم بشفط الوسائط المستهلكة باستخدام شفاط فراغ محمول داخل غطاء زراعة الأنسجة من الآبار واغسله مرتين باستخدام برنامج تلفزيوني دافئ. حرك اللوحة للتخلص من أي حطام خلوي.
- تغطية سطح الآبار بنسبة 4٪ من بارافورمالدهيد (PFA) لإصلاح خلايا DE ؛ على سبيل المثال ، أضف 250 ميكرولتر من PFA لكل بئر من لوحة 24 بئر. ضع الطبق على شاكر ثنائي الأبعاد عند 20 × جم لمدة 20 دقيقة.
- بعد التثبيت ، اغسل خلايا DE بمحلول ملحي مخزن بنسبة 0.5٪ من Tween (TBST) (انظر جدول المواد) وضع الطبق على الخلاط عند 20 × جم لمدة 10 دقائق. كرر هذه الخطوة مرة أخرى.
- اختراق الخلايا الثابتة عن طريق إضافة حجم سخي من محلول ملحي مخزن بالفوسفات مع 0.5٪ من Triton X-100 (PBST) ؛ على سبيل المثال ، أضف 1 مل من PBST لكل بئر من لوحة 24 بئرا وضع اللوحة مرة أخرى على شاكر عند 20 × جم لمدة 20 دقيقة.
- قم بإعداد 5٪ -6٪ من BSA حديثا في PBST كمخزن مؤقت للحظر وإضافته إلى الخلايا المخترقة. احتضان اللوحة لمدة 1 ساعة على الأقل في محلول الحجب على شاكر.
- تمييع الأجسام المضادة الأولية ضد SOX17 و FOXA2 معا (انظر جدول المواد) في 2٪ -3٪ BSA في محلول PBST. أضف الأجسام المضادة المدمجة إلى الخلايا المسدودة وضع اللوحة على الخلاط عند 4 درجات مئوية طوال الليل بسرعة منخفضة مع اهتزاز لطيف.
ملاحظة: SOX17 و FOXA2 هي علامات DE راسخة25,26.
- في اليوم التالي ، استنشق الأجسام المضادة الأولية باستخدام مرشح فراغ محمول واغسل الآبار ب TBST ثلاث مرات ، كل غسل لمدة 10 دقائق على شاكر.
- قم بإعداد 1: 500 تخفيف من Alexa fluor 488- و 568- الأجسام المضادة الثانوية المترافقة (انظر جدول المواد) ضد الأنواع التي نشأت فيها الأجسام المضادة الأولية.
- أضف تركيبة الأجسام المضادة الثانوية إلى البئر الملون وقم بتغطية اللوحة بورق الألمنيوم للحماية من الضوء. ضع اللوحة على شاكر لمدة 1 ساعة في درجة حرارة الغرفة.
- قم بشفط محلول الأجسام المضادة الثانوي باستخدام مرشح فراغ محمول واغسل الآبار الملطخة باستخدام TBST على شاكر لمدة 10 دقائق ، مع تغطية اللوحة بورق الألمنيوم. كرر خطوة الغسيل ما مجموعه ثلاث مرات.
- قم بإعداد 1 ميكروغرام / مل من تخفيف Hoechst 33342 في PBS لتلطيخ النوى. أضف محلول Hoechst إلى الآبار وضع اللوحة على شاكر لمدة 2-3 دقائق.
- قم بشفط محلول Hoechst باستخدام مرشح فراغ محمول وشطف الآبار باستخدام PBS مرتين.
- أخيرا ، أضف PBS إلى الخلايا الملطخة وقم بتصويرها باستخدام مجهر مضان مقلوب (انظر جدول المواد) في الظلام. حافظ على اللوحة مغطاة بورق القصدير عند عدم التصوير لتقليل تبييض الفلوروفور.
ملاحظة: بدلا من ذلك ، يمكن استخدام قياس التدفق الخلوي لتقييم كفاءة DE كما هو موضح في الخطوة 9.2.
6. توليد أنبوب الأمعاء البدائي (PGT) من hPSCs (المرحلة 2)
ملاحظة: إذا تم تحديد تحليل التألق المناعي في الخطوة 5.13 على أنه تعبير مشترك SOX17-FOXA2 بنسبة 80٪ وما فوق ، تنتقل التجربة إلى المرحلة 2. إذا كانت الكفاءة <80٪ ، فقم بتمديد مدة المرحلة 1 إلى 4 أيام.
- في اليوم 1 من المرحلة 2 ، افصل خلايا الجلد الباطنة المشتقة من hPSC باستخدام TrypLE أو Accutase (انظر جدول المواد) لبروتوكول P2-D الأمثل. اغسل الخلايا الملتصقة باستخدام PBS الدافئ وأضف 1 مل دافئ من محلول TrypLE أو Accutase لكل بئر من لوحة 6 آبار لمدة 3-5 دقائق عند 37 درجة مئوية ، 5٪ CO2 ، أو حتى تبدأ الخلايا في الانفصال عن بعضها البعض.
- افصل الصفائح المنفصلة أو أحادية الطبقة من الخلايا في الآبار ثم اجمعها معا في أنبوب بولي بروبيلين سعة 15 مل باستخدام وسائط المرحلة 1/2 القاعدية بدون سيتوكينات تحتوي على 0.5٪ على الأقل من مصل الأبقار الجنينية (FBS) أو مصل KnockOut (KOSR) (انظر جدول المواد).
- قم بتدوير الخلايا لأسفل عند 800 × جم لمدة 5 دقائق عند 4 درجات مئوية وتخلص من المادة الطافية. أضف 1 مل من PBS المعقم وأعد تعليق الحبيبات في خلايا مفردة.
- عد الخلايا باستخدام عداد آلي (انظر جدول المواد) عن طريق تحميل الحجم الموصى به من الخلايا في شريحة الغرفة. قم بتدوير الخلايا المعاد تعليقها عند 800 × جم لمدة 5 دقائق عند 4 درجات مئوية وتخلص من المادة الطافية.
- أعد تعليق الحبيبات في الحجم المناسب من وسط التمايز من المرحلة 2 الذي يحتوي على مثبط الصخور بكثافة 2.5-3.5 × 105 خلايا / سم2.
ملاحظة: قد ينخفض هذا العدد إلى نسبة تقسيم 1: 2 لمعظم خطوط الخلايا ، اعتمادا على معدل الانتشار. سيكون الحجم الإجمالي 2 مل من الوسائط مع الخلايا المعاد تعليقها في 1 بئر من لوحة 6 آبار.
- قم بطلاء الخلايا المعاد تعليقها على ألواح مغلفة بمصفوفة غشائية 1:50 (محضرة في الخطوة 2) واحتضانها عند 37 درجة مئوية ، 5٪ CO2 في الحاضنة.
- بعد 24 ساعة، استبدل الوسائط بوسط تمايز المرحلة 2 بدون مثبط الصخور (معد في الخطوة 1.3.2).
7. توليد الأمعاء الأمامية الخلفية من hPSCs (المرحلة 3)
- قم بشفط وسائط المرحلة 2 المستهلكة باستخدام شفاط فراغ محمول داخل غطاء زراعة الأنسجة واغسل الخلايا باستخدام برنامج تلفزيوني دافئ.
- أضف وسائط تمايز المرحلة 3 من الخطوة 1.4 إلى الخلايا واحتضانها عند 37 درجة مئوية ، 5٪ CO2.
- بعد 24 ساعة ، استبدل الوسائط المستهلكة بوسائط تمايز المرحلة 3 المعدة حديثا. كرر هذا لمدة 4 أيام لبروتوكول P2-D (المحسن) ويومين فقط لبروتوكول P1-ND غير المنفصل.
8. جيل أسلاف البنكرياس من hPSCs (المرحلة 4)
- بعد 4 أيام من علاج المرحلة 3 ، اغسل الخلايا باستخدام PBS الدافئ ، وقم بتدوير اللوحة برفق ، واستنشق باستخدام شفاط فراغ محمول. ثم أضف وسائط تمايز المرحلة 4 من الخطوة 1.5 إلى الخلايا.
- بعد 24 ساعة ، استبدل الوسائط المستهلكة بوسائط المرحلة 4 المعدة حديثا. كرر هذا لمدة 4 أيام.
9. تقييم كفاءة التمايز لتوليد أسلاف البنكرياس من hPSCs
- قم بإجراء تحليل التألق المناعي لأسلاف البنكرياس المشتقة من hPSC (المرحلة 4) للتعبير عن PDX1 و NKX6.1.
ملاحظة: PDX1 و NKX6.1 هي علامات السلف البنكرياس راسخة17،18.- قم بإجراء التثبيت والنفاذية والحجب وحضانة الأجسام المضادة وغسلها وفقا للخطوة 5.
- قم بتلطيخ أسلاف البنكرياس المشتقة من hPSC بمزيج من الأجسام المضادة PDX1 و NKX6.1 (انظر جدول المواد) المخففة في 2٪ -3٪ BSA في PBST.
- استخدم 1: 500 تخفيفات من الأجسام المضادة الثانوية المناسبة Alexa fluor 488 و 568 (انظر جدول المواد).
- إجراء تحليل التدفق الخلوي لأسلاف البنكرياس المشتقة من hPSC للتعبير عن PDX1 و NKX6.1.
ملاحظة: يوفر تحليل التدفق الخلوي لعلامات البنكرياس في أسلاف البنكرياس المشتقة من hPSC طريقة لتحديد خلايا التعبير المشترك PDX1 و NKX6.1.- في نهاية المرحلة 4 ، اغسل الخلايا مرتين باستخدام PBS الدافئ وأضف ما يكفي من TrypLE أو Accutase لتغطية سطح الآبار ، على سبيل المثال ، 1 مل من TrypLE أو Accutase لكل بئر من لوحة 6 آبار. ضع اللوحة في الحاضنة لمدة 5-7 دقائق أو حتى تنفصل الخلايا عن السطح.
- افصل صفائح الخلايا الملتصقة داخل البئر باستخدام ماصة P1000 قبل جمعها في أنبوب بولي بروبيلين سعة 15 مل.
- قم بتدوير الخلايا في أسلاف البنكرياس المشتقة من hPSC عند 800 × جم لمدة 5 دقائق عند 4 درجات مئوية ، ثم تخلص من المادة الطافية. اغسل الخلايا باستخدام PBS عن طريق فصلها إلى خلايا مفردة. عد الخلايا باستخدام عداد آلي (انظر جدول المواد) ولاحظ التركيز في عدد الخلايا لكل مل.
- تدور على 800 × غرام لمدة 5 دقائق عند 4 درجات مئوية ، وتخلص من المادة الطافية. أضف 200 ميكرولتر من PBS المبرد إلى الحبيبات وانفصل.
- أضف 2 مل من الإيثانول المبرد بنسبة 80٪ بالتنقيط ، مع وجود الأنبوب على دوامة بسرعة منخفضة إلى متوسطة (400 × جم في درجة حرارة الغرفة). أغلق الأغطية بإحكام وضع الأنابيب مائلة قليلا على الخلاط عند 4 درجات مئوية طوال الليل.
- قم بتدوير الخلايا عند 800 × جم لمدة 5 دقائق عند 4 درجات مئوية ، واغسلها باستخدام PBS لفصل أي كتل من الخلايا الثابتة.
- قم بحظر الخلايا الثابتة بمحلول BSA بنسبة 5٪ -6٪ في PBST لمدة 1 ساعة على الأقل في درجة حرارة الغرفة أو 4 درجات مئوية طوال الليل على شاكر.
- وصمة عار لعلامات السلف البنكرياس باتباع الخطوات أدناه.
- توزيع 2,00,000 خلية لكل حالة ، بما في ذلك عناصر التحكم المناسبة في النمط المتماثل التي تعتمد على الفئة الفرعية IgG للأنواع المضيفة من الجسم المضاد الأساسي ، وضوابط الأجسام المضادة غير الملوثة والثانوية في لوحة سفلية 96 بئرا V أو أنابيب طرد مركزي سعة 1.5 مل.
- قم بتدوير اللوحة لأسفل عند 800 × جم لمدة 5 دقائق عند 4 درجات مئوية واقلب اللوحة بحركة سريعة للتخلص من المادة الطافية دون فقد الكريات. تحضير تخفيفات الأجسام المضادة الأولية في محلول BSA بنسبة 3٪ (انظر جدول المواد).
ملاحظة: يمكن أن يكون تركيز الأجسام المضادة الأولية بين 1:50 إلى 1:200.
- احتضان الخلايا الملطخة لمدة 2 ساعة على الأقل في درجة حرارة الغرفة أو طوال الليل عند 4 درجات مئوية على شاكر مع اهتزاز لطيف بسرعة منخفضة.
- اغسل الخلايا الملطخة ب TBST ثلاث مرات عن طريق سحب الخلايا لأعلى ولأسفل في الآبار. قم بتدوير وتجاهل المادة الطافية كما في الخطوة 9.2.8.2.
- أضف 1: 500 تخفيف الأجسام المضادة الثانوية (الأجسام المضادة المترافقة Alexa fluor 488 و 647) المحضرة في PBS (انظر جدول المواد). احتضان لمدة 30 دقيقة في درجة حرارة الغرفة.
- اغسل الخلايا الملطخة ب TBST مرتين على الأقل عن طريق سحب الخلايا لأعلى ولأسفل. أدر اللوحة وتخلص من المادة الطافية كما في الخطوة 9.2.8.2.
- اجمع الخلايا الملطخة في 100 ميكرولتر على الأقل من PBS وانقلها إلى أنابيب FACS المحمية من الضوء (انظر جدول المواد). قم بتشغيل العينات على جهاز قياس التدفق الخلوي.