本文介绍了一种用于启动、维持和分析小鼠造血干细胞培养的实验方案 离体 基于聚乙烯醇的扩增,以及通过慢病毒转导和电穿孔对其进行遗传操作的方法。
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本文介绍了一种用于启动、维持和分析小鼠造血干细胞培养的实验方案 离体 基于聚乙烯醇的扩增,以及通过慢病毒转导和电穿孔对其进行遗传操作的方法。
自我更新 多能的 造血干细胞(HSCs)是一类重要的细胞类型,因其能够在整个生命周期中维持造血功能,并在移植后重建完整的血液系统。HSCs 已被临床应用于干细胞移植治疗,该疗法是多种血液系统疾病的根治性手段。目前,人们高度关注对调控 HSC 活性及造血过程的机制研究,以及新型 HSC 相关疗法的开发。然而,HSCs 的稳定培养与扩增仍面临挑战。 离体 一直是研究这些易于处理的干细胞的主要障碍 离体 系统。我们近期开发了一种基于聚乙烯醇的培养系统,可支持可移植小鼠造血干细胞的长期、大规模扩增,并实现了对其进行基因编辑的方法。本实验方案描述了培养和基因操控小鼠造血干细胞的技术方法 通过 电穿孔和慢病毒转导。本方案预期对广泛从事造血干细胞生物学及造血过程研究的实验血液学研究人员具有实用价值。
造血系统通过特化的血细胞和免疫细胞类型,支持哺乳动物体内多种基本生理过程,从氧气输送至抵御病原体。持续的血液生成(即造血作用)对于维持血液系统的稳态至关重要,这一过程由造血干细胞和祖细胞(HSPCs)1所维持。其中最原始的造血细胞是造血干细胞(HSC),具有自我更新和多谱系分化的能力2,3。HSC是一类稀有细胞群体,主要存在于成年个体的骨髓中4,其频率约为每30,000个细胞中仅有一个。HSC被认为能够支持终生的造血功能,并在遭受血液系统应激后帮助重建造血功能。这些特性还使得HSC在移植到经辐照处理的受体体内后,能够稳定地重建整个造血系统5。这构成了HSC的功能性定义,也是HSC移植疗法的科学基础——该疗法是多种血液系统和免疫系统疾病的根治性治疗手段6。正因如此,HSC成为实验血液学研究的主要焦点。
尽管研究投入巨大,但稳定扩增造血干细胞(HSCs)仍然具有挑战性 离体7我们最近开发了首个长期 离体 小鼠造血干细胞扩增培养系统8该方法可在4周的培养期内将可移植的造血干细胞扩增234至899倍。与其它方法相比,本方案的主要改进在于去除血清白蛋白,并以一种合成聚合物替代。聚乙烯醇(PVA)被确定为小鼠造血干细胞培养中最优的聚合物。8,该方法现已被用于培养其他类型的造血细胞9然而,最近还发现另一种名为Soluplus(一种聚乙烯基己内酰胺-醋酸酯-聚乙二醇接枝共聚物)的聚合物,似乎能够促进克隆性造血干细胞的扩增10在使用聚合物之前,曾采用胎牛血清、牛血清白蛋白第V组分或重组血清白蛋白的形式,但这些成分对造血干细胞扩增的支持能力有限,且仅能维持短期扩增(约1周) 离体 培养7然而,需要注意的是,能够维持造血干细胞(HSC)处于静息状态的HSC培养方案可支持更长的 离体 培养时间11,12.
与其他培养方法相比,基于PVA的培养体系主要优势在于能够生成的细胞数量,以及该方案可用于追踪造血干细胞(HSCs)的时间长度。 离体这克服了实验血液学领域中的多个障碍,例如每只小鼠可分离的造血干细胞(HSC)数量极少(仅数千个),以及难以长期追踪HSC的问题。 体内然而,重要的是要记住,这些培养条件会刺激造血干细胞的增殖,而 体内 静息状态下,造血干细胞池主要处于静止状态13此外,尽管该培养体系对造血干细胞(HSCs)具有选择性,但随着培养时间的推移,其他类型的细胞也会逐渐积累;培养1个月后,具有移植能力的HSC仅约占总细胞数的1/34。髓系造血祖细胞似乎是这些HSC培养物中的主要污染细胞类型。8然而,我们可以利用这些培养体系从异质性细胞群体(例如,c-Kit)中富集造血干细胞(HSCs)+ 骨髓HSPCs14它还支持对造血干细胞(HSCs)进行转导或电穿孔以实现遗传操作14,15,16为了从异质性的培养HSPC群体中帮助鉴定HSCs,CD201(EPCR)最近被确定为一种有用的标记 离体 造血干细胞标志物10,17,18,具有可移植性 仅限于CD201的造血干细胞+CD150+c-Kit+Sca1+谱系- 组分
本方案描述了启动、维持和评估基于PVA的小鼠造血干细胞扩增培养的方法,以及在这些培养体系中利用电穿孔或慢病毒载体转导进行遗传操作的方案。这些方法预期对各类实验血液学研究人员具有重要应用价值。
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所有动物实验操作,包括繁育和安乐死,均须在机构和国家规定的指南范围内进行。下述实验已获得英国政府内政部的批准。有关本实验方案中使用的所有材料、试剂和设备的列表,请参见材料表。
1. 储备液的配制
2. HSC 骨髓提取与 c-Kit+ 富集
3. 使用 c-Kit 富集的造血干细胞和祖细胞启动细胞培养
4. 使用FACS纯化的HSCs启动细胞培养
5. 进行培养基更换
6. 对培养的造血干细胞和祖细胞进行电穿孔
注意:本方案适用于 Cas9/sgRNA 核糖核蛋白(RNP)的电穿孔,但也可根据需要调整用于 mRNA 或其他重组蛋白的电穿孔。为在预定的实验时间点进行操作,需以足够数量的细胞起始培养。
7. 使用慢病毒载体转导培养的造血干细胞和祖细胞
注意:应以足够数量的细胞起始培养,以便在预定的实验时间点进行操作。
8. 造血干细胞和祖细胞培养物的流式细胞术分析
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对于造血干细胞(HSC)的FACS纯化,我们预期在c-Kit富集的骨髓中,约0.2%的细胞为CD150+CD34-c-Kit+Sca1+Lineage-群体,该比例适用于年轻的(8–12周龄)C57BL/6小鼠(图1)。然而,转基因小鼠或不同年龄的小鼠其造血干细胞频率可能存在差异。培养4周后,我们预期CD201+CD150+c-Kit+Sca1+Lineage-细胞比例约为10%(图2)。无论细胞培养起始于c-Kit富集的骨髓还是FACS纯化的造血干细胞,结果均相似。在使用表达GFP的慢病毒载体(每细胞20个转导单位)进行转导后,我们预期约有30%的细胞为GFP+(图3)。
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我们希望本实验方案为研究造血干细胞生物学、造血过程以及更广泛的血液学领域提供一种有效的方法。自从基于PVA的培养方法最初开发用于FACS纯化的造血干细胞以来8该方法已被进一步拓展。例如,已证明该方法适用于经骨髓富集的c-Kit以及表面带负电荷的培养板14其与转导和电穿孔的兼容性也已得到证实14,15。该 体内 HSC 和 c-Kit 的验证+ HSPC 培养可在这些出版物中找到,而读者可参考其他已发表的实验方案以获取更多信息 体内 移植方案21我们未观察到移植后新鲜与培养的HSPC在谱系嵌合性方面存在显著差异,然而,单个HSC在培养后的重建潜能 离体 扩增的详细机制仍有待阐明。通过该方法产生的大量造血干细胞(HSCs)为利用需要大量细胞的分子或生化检测手段来研究HSCs提供了新的途径。此外,若能在这些培养...
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感谢WIMM流式细胞术核心实验室提供的流式细胞术使用权限,以及WIMM病毒筛查核心实验室在慢病毒载体构建方面的支持。本工作由Kay Kendall白血病基金和英国医学研究理事会资助。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 仪器 | |||
| 解剖工具包 | Fisher Scientific | 12764416 | |
| 血细胞计数板 | Appleton Woods Ltd | HC002 | |
| P3 原代细胞 4D-核转染 X 试剂盒 | Lonza | V4XP-3024 | |
| 研钵和研杵 | Scientific Laboratory Supplies Limited | X18000 | |
| QuadroMACS 分离器 | Miltenyi Biotec | 130-090-976 | |
| 材料 | |||
| 5 mL 注射器 | VWR International Ltd | 720-2519 | |
| 19 G 针头 | VWR International Ltd | 613-5394 | |
| 50 μm 细胞筛 | Sysmex | 04-004-2317 | |
| 70 μm 细胞筛 | Corning | 431751 | |
| Kimtech 擦拭纸 | VWR International Ltd | 115-2075 | |
| LS MACS 柱 | Miltenyi Biotec | 130-042-401 | |
| 试剂 | |||
| Alt-R S.p. Cas9 核酸酶 V3,100 μg | IDT | 1081058 | |
| 无动物成分重组小鼠干细胞因子 | Peprotech | AF-250-03 | |
| 无动物成分重组小鼠血小板生成素 | Peprotech | AF-315-14 | |
| 抗小鼠 CD117 APC(克隆:2B8) | ThermoFisher | 17-1171-83 | |
| 抗小鼠 CD117 BV421(克隆:2B8) | Biolegend | 105828 | |
| 抗小鼠 CD127 APC/Cy7(克隆:A7R34) | Biolegend | 135040 | |
| 抗小鼠 CD127 生物素(克隆:A7R34) | Biolegend | 135006 | |
| 抗小鼠 CD150 PE/Cy7(克隆:TC15-12F12.2) | Biolegend | 115914 | |
| 抗小鼠 CD201 APC(克隆:eBio1560) | ThermoFisher | 17-2012-82 | |
| 抗小鼠 CD34 FITC(克隆:RAM34) | ThermoFisher | 11-0341-85 | |
| 抗小鼠 CD4 APC/Cy7(克隆:RM4-5) | Biolegend | 100526 | |
| 抗小鼠 CD4 生物素(克隆:RM4-5) | Biolegend | 100508 | |
| 抗小鼠 CD45R APC/Cy7(克隆:RA3-6B2) | Biolegend | 103224 | |
| 抗小鼠 CD45R 生物素(克隆:RA3-6B2) | Biolegend | 103204 | |
| 抗小鼠 CD48 BV421(克隆:HM48-1) | Biolegend | 103428 | |
| 抗小鼠 CD8 生物素(克隆:53-6.7) | Biolegend | 100704 | |
| 抗小鼠 CD8a APC/Cy7(克隆:53-6.7) | Biolegend | 100714 | |
| 抗小鼠 Ly6G/Ly6C APC/Cy7(克隆:RB6-8C5) | Biolegend | 108424 | |
| 抗小鼠 Ly6G/Ly6C 生物素(克隆:RB6-8C5) | Biolegend | 108404 | |
| 抗小鼠 Sca1 PE(克隆:D7) | Biolegend | 108108 | |
| 抗小鼠 Ter119 APC/Cy7(克隆:TER-119) | Biolegend | 116223 | |
| 抗小鼠 Ter119 生物素(克隆:TER-119) | Biolegend | 116204 | |
| CellBIND 培养板,24 孔 | Corning | 3337 | 负表面电荷 |
| CellBIND 培养板,96 孔 | Corning | 3330 | 负表面电荷 |
| 定制合成 sgRNA | Synthego, Sigma Aldrich, IDT | 定制订购 | |
| 胎牛血清 | Merck Life Science UK Limited | F7524-50ML | |
| 纤维连接蛋白包被板,96 孔 | BD Biosciences | 354409 | |
| Ham's F-12 营养混合物 | Gibco | 11765054 | |
| 胰岛素-转铁蛋白-硒-X(100 倍浓缩液) | Gibco | 51500.056 | |
| 磷酸盐缓冲液 | Alfa Aesar | J61196.AP | |
| 聚乙烯醇 | Sigma Aldrich | P8136 | |
| 碘化丙啶 | Enzo Life Sciences (UK) Ltd | EXB-0018 | |
| 链霉亲和素 APC/Cy7 | Biolegend | 405208 | |
| Türks’ 溶液 | Sigma Aldrich | 109277 | |
| Virkon | Mettler-Toledo Ltd | 95015662 |
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