建立红细胞生成模型为理解该过程中各参与因子的生物学意义以及评估可能缓解分化缺陷的新型治疗策略提供了宝贵机会。本文介绍了一种简单且可靠的方法,可高效地将CD34+ 造血干细胞和祖细胞 离体.
需要JoVE订阅才能观看此内容。 请登录或开始免费试用
建立红细胞生成模型为理解该过程中各参与因子的生物学意义以及评估可能缓解分化缺陷的新型治疗策略提供了宝贵机会。本文介绍了一种简单且可靠的方法,可高效地将CD34+ 造血干细胞和祖细胞 离体.
红细胞生成是一种极为动态且高效的生理过程,负责每日生成定量的红细胞(约每天280 ± 200亿个细胞),对维持个体健康至关重要。该通路中的任何干扰均可能产生显著后果,导致健康问题。根据世界卫生组织统计,全球约有25%的人口表现出贫血症状。本实验方案描述了如何体外生成人红系细胞 体外 使用来自脐带血(UCB)或健康供体血液等来源的造血干细胞和祖细胞(HSPCs) 离体 使用从患者骨髓中分离的造血干细胞和祖细胞(HSPCs),通过基因操作技术可调控HSPCs中目标基因的表达,并在红细胞分化过程的不同阶段监测其对红细胞生成的影响。该方法可用于筛选能够干扰、增强或恢复HSPCs向成熟红系细胞分化能力的化合物,同时可用于研究目标基因在红系分化过程中的功能作用。
每天约有2800亿个红细胞(RBCs)在骨髓中生成,以确保氧气在全身的运输1。红细胞生成是一个精密调控的分化过程,可从造血干细胞产生成熟且具有功能的红细胞。许多获得性或先天性疾病均可影响这一过程,包括骨髓增生异常综合征、再生障碍性贫血、地中海贫血和先天性红细胞生成异常性贫血2。
红细胞生成障碍的临床表现为贫血,这是全球发病率的主要原因之一。贫血的症状从疲劳、呼吸急促和头晕,到心力衰竭和心脏骤停等危及生命的情况不等。3全球有18亿人受到贫血影响4,建模红细胞生成过程 离体 研究这些疾病及其潜在机制仍是全球关注的重点。本文所述方法旨在提供一种简单且可靠的模型,用于研究正常与异常的红系分化过程。该模型可解析特定基因在此过程中的作用,并可用于测试可能使贫血患者受益的化合物。历史上,构建无效红细胞生成的模型面临诸多挑战,包括某些病变骨髓中干细胞数量稀少,以及难以模拟骨髓微环境。
先前的研究已使用过类似或更复杂的方案;例如,Bondu 等人. 使用包含促红细胞生成素(EPO)、干细胞因子(SCF)和白细胞介素-6(IL6)的细胞因子混合物培养4天,随后在红系分化阶段去除IL6;相比之下,Yip 等人. 在液体培养7天后才向细胞因子混合物中添加EPO。Elvarsdóttir 等人. 建立了一种三维(3D)培养模型,用于CD34+细胞,以促进红系细胞的最大扩增与成熟,包括生成红细胞岛和去核红细胞,这对于研究环形铁粒幼细胞等现象具有重要意义5,6,7,8。本方案在细胞扩增阶段仅使用三种细胞因子(即SCF、血小板生成素[TPO]和FMS样酪氨酸激酶3[FLT3]),并在整个分化过程中持续维持另外三种细胞因子(即EPO、IGF1和SCF)。这些不同研究共有的一个关键标准是使用CD34+细胞。尽管这些细胞的来源各异,但在不同方案中均被一致采用。其来源范围可从非侵入性的脐带血(UCB)采集,到更具侵入性的成人骨髓样本获取,后者可通过粒细胞集落刺激因子(G-CSF)动员的患者或骨髓穿刺获得。通常,液体培养模型持续14天,而3D模型可维持细胞更长时间。这些方案对于模拟遗传性疾病及红细胞生成过程中的异常至关重要。可采用基因操作方法,如短发夹RNA(shRNA)敲低技术,以沉默目标基因并研究其在红细胞生成中的作用。基因沉默的影响可在分化的各个阶段进行监测,从而建立一种体外(ex vivo)人类红细胞生成模型,用于研究健康与疾病状态下的贫血。本方案包括将shRNA转导至CD34+脐带血细胞,该shRNA组成型表达报告基因(如增强型绿色荧光蛋白[EGFP]),使样本可通过荧光激活细胞分选(FACS)进行分选。随后将细胞在分化培养基中孵育2周,并通过流式细胞术分析和免疫化学染色进行监测。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
关于原代样本的研究均按照机构指南进行(伦理审查委员会编号:21/EE/0133;IRAS 项目编号:283103)。
1. 慢病毒制备
注意:慢病毒必须在生物安全二级(L2)实验室中无菌条件下进行生产。实验过程中必须穿戴该实验室要求的全部个人防护装备(PPE),包括双层手套。污染材料在丢弃至高压灭菌垃圾桶前,需使用杀病毒消毒剂进行去污染处理。本实验中使用携带 EGFP 报告基因的非特异性 shRNA(对照)以说明该操作流程。
第1天
第2天
第3天
第4天
第5天
2. 慢病毒滴定
注意:慢病毒必须在生物安全二级(L2)实验室的无菌条件下操作。实验过程中必须穿戴所有必要的个人防护装备(PPE),包括双层手套。污染材料在丢弃至高压灭菌废物桶前,需先用杀病毒消毒剂进行去污染处理。
3. 转导自脐带血中分离的 CD34+ 细胞
注意:本步骤需在无菌条件下进行。此处,使用携带 eGFP 报告基因的一种 shRNA(对照)对 CD34+ 脐带血细胞(纯度 >85%)进行转导。实验设置三个技术重复。比例需根据样本数量进行调整。
第1天
第2天
4. CD34+ EGFP+ 细胞分选与红系分化
注意:此步骤需在无菌条件下进行。
从第6天到第14天,每周两次通过流式细胞术分析红系分化
6. 通过吉姆萨染色分析红系分化
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
首先将来自脐带血或骨髓的CD34+细胞解冻,进行刺激,并用表达GFP的shRNA进行转导(图1A)。转导后第4天,根据图1B所示的设门策略对CD34+GFP+细胞进行分选。代表性结果展示了转导及FACS分选后CD34+细胞的成熟过程。通过以下方法对细胞进行分析:(1)在不同成熟阶段使用CD71/CD235a9,10,11染色进行流式细胞术分析(图1A);(2)经吉姆萨染色后在显微镜下观察,进行免疫化学分析。
红系分化的特点是依次表达CD71和CD235a,而终末成熟阶段则需要丢失CD71。这些是公认的、可重复且稳定的红系分化标志物
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
本文介绍了一种高效且可靠的方法,用于诱导从成人骨髓(BM)或脐带血(UCB)中分离的CD34+造血干细胞(HSPCs)向红系分化。该技术流程包括对原代细胞进行基因编辑/修饰,以研究任何目的基因在红系分化过程中的功能。该方法已成功应用于研究此前未被发现与红系分化相关的基因在健康CD34+ HSPCs以及血液系统恶性肿瘤(如急性髓系白血病和骨髓增生异常综合征)中的功能意义12,13,14,15。建立红系分化的模型有助于深入理解相关基因在该过程中的生物学意义,并为测试可能缓解分化缺陷的新型治疗策略提供平台。
通过本方案,我们还提供了在分化过程及终点检测时可使用的稳定且可重复的读出指标。这些指标包括通过流式细胞术进行的CD71/CD235a表型分析,以及可用于进一步表征红系分化阶段的瑞氏-吉姆...
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
作者无任何利益冲突需要披露。
C.P.、S.B. 和 K.RP. 得到了 HARP 项目、Barts Charity(G-002167)、Kay Kendall 白血病基金(KKL1149)以及英国医学科学院(SBF004\1099)的支持。我们感谢 Pantelitsa Protopapa 博士在 MGG 染色和显微镜图像采集方面的帮助。同时,我们感谢伦敦玛丽女王大学巴茨癌症研究所的流式细胞术和显微镜技术平台提供的支持。 我们感谢英国慈善机构 Anthony Nolan 提供本研究中所使用的脐带血单位。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 2x HEPES | Merck | 51558 | |
| 微珠 | Thermo Scientific | 01-2222-42 | |
| CD235a APC Cy7 | Biolegend | 349115 | |
| CD34 PerCP Cy5.5 抗体 | BD Biosciences | 347222 | |
| CD71 PE 抗体 | Biolegend | 334106 | |
| DAPI | Merck | D9542 | |
| DMEM | Thermo Scientific | 41966-029 | |
| DNase | Merck | D4527-200KU | |
| DPX 封片剂 | VWR | 1.00579.0500 | |
| FACSAria Fusion | BD Biosciences | NA | |
| FBS | Merck | F9665 | |
| 明胶 | Merck | G1393 | |
| 吉姆萨染液 | Abcam | ab150670 | |
| HEPES | Merck | H0887-100mL | |
| 人 EPO | PeproTech | 100-64 | |
| 人 Flt-3 配体 | PeproTech | 300-19 | |
| 人 G-CSF | PeproTech | 300-23 | |
| 人 IGF1 | PeproTech | 100-11 | |
| 人 IL-6 | PeproTech | 200-06 | |
| 人 SCF | PeproTech | 300-07 | |
| 人 TPO | PeproTech | AF-300-18 | |
| LSRFortessa 细胞分析仪 | BD Biosciences | NA | |
| May-Grunwald 染液 | Generon | 26250-01 | |
| Pannoramic 250 高通量扫描仪 | 3DHISTECH | NA | |
| 青霉素/链霉素 | Thermo Scientific | 15140-122 | |
| Shandon Cytospin 3 | Thermo Scientific | NA | |
| 干细胞培养基 | Stem Cell Technologies | 9655 |
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。