本报告的目的是描述利用不同大小的拟胚体从诱导多能干细胞(iPS细胞)分化获得视网膜色素上皮(RPE)的实验方案。
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本报告的目的是描述利用不同大小的拟胚体从诱导多能干细胞(iPS细胞)分化获得视网膜色素上皮(RPE)的实验方案。
多能干细胞具有无限增殖的能力,并可分化为几乎任何类型的细胞。此外,将体细胞重编程为诱导性多能干细胞(iPS细胞)的技术发展,激发了人们对定制化个体再生医学可能性的浓厚兴趣。然而,干细胞向特定谱系分化的效率仍然较低。本研究旨在描述一种通过组织工程方法从iPS细胞(iPS-RPE)分化获得视网膜色素上皮细胞(RPE)的实验方案,该方法通过生成均一的胚状体(EB)群体——一种常见的中间阶段——来实现 体外 分化。该方案采用微孔板技术生成特定大小的拟胚体(EBs)。文中还阐述了通过免疫细胞化学和逆转录聚合酶链式反应(RT-PCR)鉴定视网膜色素上皮(RPE)蛋白及基因标志物的方法。最后,描述了通过荧光激活细胞分选(FACS)分析RPE标志物,监测不同大小EBs中分化效率的过程。这些技术将有助于推动iPS细胞向RPE的分化,用于未来应用。
诱导性多能干细胞(iPS细胞)是一类通过外源因子重编程体细胞而获得的多能干细胞1相比之下,胚胎干细胞(ESCs)是另一种多能干细胞,来源于囊胚的内细胞团2-3尽管来源不同,诱导多能干细胞(iPS细胞)与胚胎干细胞(ESCs)在无限自我复制能力方面具有可比性 体外 以及它们分化为任何细胞类型的能力4-5这些iPS细胞的特性使其成为个性化再生医学应用的理想候选者。近期的研究工作集中于开发高效的分化方案,以生成包括视网膜色素上皮(RPE)在内的特化成体细胞6-11.
对于iPS细胞在临床应用中的潜力,针对特定细胞类型的定向分化至关重要。目前已发表多种将ESC和iPS细胞定向分化为视网膜色素上皮(RPE)的方法,这些方法在分化效率上存在显著差异6-7, 12-16我们对发育或分化过程中调控细胞/组织命运的许多分子事件仍不清楚。近年来,研究人员致力于开发尽可能模拟胚胎发育过程的分化方案。在囊胚阶段,未定向分化的干细胞群体共同存在于一个三维微环境中。因此,人们采用了多种策略促使胚胎干细胞(ESC)或诱导多能干细胞(iPS细胞)聚集并以三维形式生长。这些干细胞聚集体被称为类胚体(embryoid bodies, EBs)。研究表明,干细胞的类胚体分化可模拟胚胎发育的早期阶段,并能自发在其外表面形成原始内胚层。随着类胚体进一步发育,三个胚层谱系的分化细胞表型相继出现。17-18因此,基于EBs的分化方案已受到广泛关注 体外 ESC/iPS细胞的分化,是利用多能干细胞生成视网膜色素上皮(RPE)的良好候选方法13.
可以通过多种方法利用胚胎干细胞(ESC)或诱导多能干细胞(iPS细胞)制备拟胚体(EBs)。最初,拟胚体是通过刮取贴壁生长的细胞集落,并将其维持在非贴壁悬浮培养中来制备的。然而,这种方法产生的拟胚体群体具有异质性,导致可重复性较低。悬滴培养法和基于微孔的拟胚体制备技术是另外两种常用的拟胚体制备方法,能够产生大小均一、高度可重复的拟胚体。此外,微孔技术能够以较少的操作获得大量细胞聚集体。
EBs 中细胞的分化受到来自细胞外和细胞内微环境的多种形态发生信号的调控。与单层培养条件下的分化相比,EBs 为细胞的复杂组装以及细胞间信号传递提供了平台17。有趣的是,用于形成单个 EBs 的多能干细胞数量被发现会影响细胞的命运。例如,在一项关于人胚胎干细胞造血分化的研究中,观察到由 500 个细胞形成的 EB 更倾向于向髓系分化,而由 1,000 个细胞形成的 EB 则更倾向于向红系分化20。在另一项研究中,较小的 EBs 更有利于内胚层分化,而较大的 EBs 则促进神经外胚层分化11, 17。
既往研究强烈表明,用于形成单个胚胎小体(EB)的胚胎干细胞(ESC)/诱导多能干细胞(iPS细胞)数量会影响EB向各类细胞分化的程度。然而,据我们所知,目前尚无研究阐明EB大小对其向视网膜色素上皮细胞(RPE)分化倾向的影响。本研究旨在表征EB大小对诱导多能干细胞(iPS细胞)向视网膜色素上皮(iPS-RPE)分化的影响,并确定用于定向诱导RPE谱系分化的最佳EB形成细胞数量。
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1. 培养试剂和培养板的准备
2. iPS 细胞培养
3. iPS 细胞的传代
4. 使用微孔板生成拟胚体
5. 胚状体铺板与分化诱导
6. RNA 提取与 PCR
7. 免疫细胞化学
8. FACS 分析染色
9. iPS-RPE 的分离与培养
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在本实验中,将诱导性多能干细胞(iPS细胞)进行培养,并通过胚胎样体(EB)诱导其分化为视网膜色素上皮(RPE)谱系。利用微孔板技术形成尺寸可控的EB。如图1所示,微孔板中EB的形成具有良好的均一性。随后收集这些EB并接种于6孔板中(图2)。
RPE 可通过其典型的六边形形态、色素沉着以及 RPE 标志物的表达来鉴定。培养 12 周后,由 200 个细胞形成的 EB 出现了星形胶质细胞和成纤维细胞的形态,这些细胞中未观察到色素沉着(图 3A)。较大的 EB 则发育出具有典型 RPE 形态和色素沉着的单层细胞(图 3B 和 图 3C)。通过免疫细胞化学检测 RPE 标志物 MITF 和 ZO1,结果显示来源于 500 个细胞和 3,000 个细胞的 EB 均共表达这两种蛋白(图 4)。
通过PCR监测眼区和视网膜色素上皮(RPE...
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为了充分实现多能干细胞在细胞治疗中的潜力,必须以一致且可重复的方式调控其分化。本报告介绍了利用微孔板技术形成尺寸可控的拟胚体(EBs)、启动向视网膜色素上皮(RPE)分化的步骤,以及鉴定RPE蛋白和基因标志物的方法。为同步 体外 通过强制聚集法,在微孔板中将已知数量的iPS细胞离心,形成大小均一的拟胚体(EBs)。采用免疫细胞化学和逆转录聚合酶链式反应(RT-PCR)检测视网膜色素上皮(RPE)蛋白和基因的表达情况。最后,通过流式细胞术(FACS)分析不同大小EBs的分化效率。这些技术可促进iPS细胞向RPE的分化,为其未来的应用提供支持。
该方法中有几个关键步骤必须仔细执行,以确保本实验方案的成功以及获得准确的数据。第一个关键步骤出现在iPS细胞培养过程中。iPS细胞必须维持在多能状态,以保持其干性。为维持适当水平的bFGF,培养基必须每天更换,并且每天需仔细检查细胞是否出现分化迹象。未分化的iPS细胞以紧密的多细胞集落形式生长,细胞具有较高的核质比和明显的核仁。iPS细胞集落具有清晰的边界,中心区域由多层细胞构成。分化迹象包括集落边界模糊、细胞形态不均一,以及...
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作者无任何利益冲突需要披露。
本文所包含的观点或主张均为作者的个人观点,不应被视为官方立场,也不代表美国陆军部或美国国防部的观点。本研究是在作者 Alberto Muñiz、Ramesh R Kaini、Whitney A Greene 和 Jae-Hyek Choi 担任美国陆军研究所(USAISR)国家研究委员会博士后研究协会成员期间完成的。本工作得到了美国陆军临床康复医学研究计划(CRMRP)和军事作战医学研究计划(MOMRP)的支持。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| mTeSR1 培养基 + 5x 补充剂 | Stem Cell Technologies | 5850 | |
| Y-27632(ROCK 抑制剂) | Stem Cell Technologies | 72304 | |
| DMEM/F12 | Life Technologies | 11330-032 | |
| 2-巯基乙醇 | Sigma | M-7154 | |
| 非必需氨基酸 | Hyclone(Fisher) | SH30853.01 | |
| Knockout 胎牛血清替代物 | Life Technologies | 10828-028 | |
| Gentamicin | Life Technologies | 15750-060 | |
| L-谷氨酰胺 | Life Technologies | 25030-081 | |
| MEM 培养基 | Life Technologies | 10370-021 | |
| N1 补充剂 | Sigma | N-6530-5ML | |
| 牛磺酸 | Sigma | T-8691-25G | |
| 氢化可的松 | Sigma | H0888-1G | |
| 胎牛血清 | Hyclone(Fisher) | SH3008803HI | |
| 三碘甲腺原氨酸钠 盐 | Sigma | T6397 | |
| 氢氧化钠 | Sigma | S5881 | |
| Dispase | Life Technologies | 17105-041 | |
| Matrigel | BD Biosciences | 354277 | |
| 磷酸盐缓冲液 | Hyclone(Fisher) | 10010-023 | |
| Aggrewell 400 培养板 | Stem Cell Technologies | 27940 | |
| AggreWell 培养基 | Stem Cell Technologies | 5893 | |
| Accutase | Stem Cell Technologies | 7920 | |
| BD Cytofix/Cytoperm 固定/通透试剂盒 | BD Biosciences | 554714 | |
| 小鼠抗 PAX6 抗体 | Developmental Studies Hybridoma Bank | ||
| 兔抗 RX 抗体 | Abcam | Ab23340 | |
| 小鼠 抗 MITF 抗体 | Thermo Scientific | MS-772-P | |
| 兔抗 ZO-1 抗体 | Invitrogen | 40-2200 | |
| RNeasy plus mini 试剂盒 | Qiagen | 74134 | |
| PCR master mix | Promega | M7502 | |
| 高容量 RNA 反转录 cDNA 试剂盒 | Life Technologies | 4387406 |
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