November 3rd, 2011
我们已经建立了诱导多能干人类胚胎干细胞与小分子物质,使推导一个人类心脏的祖细胞和心血管修复功能心肌的大量供应定义的条件下保持直接从cardioblasts协议。
以下实验的总体目标是使用小分子诱导直接从多能人胚胎干细胞中直接和独家获得心脏后代。这是通过将烟酰胺添加到维持在规定条件下的未分化人 ES 细胞中来实现的。接下来,心脏分化细胞被分离以形成心脏急变细胞,即悬浮培养物中漂浮的细胞簇。
一旦形成,心脏原始细胞就会附着在心脏分化介质上,在那里它们继续发育成跳动的心肌细胞。最终,通过免疫荧光与去卷积或共聚焦显微镜以及电生理记录来评估结果。该技术的主要优点是,它可以通过简单地提供小分子,将多能人胚胎干细胞专门有效地诱导到心脏谱系。
而在现有的多谱系分化方法中,只有一小部分细胞追求心脏表型。准备储备溶液时需要注意几个步骤。注意将基质胶和人层粘连蛋白从零下 80 摄氏度缓慢解冻到 4 摄氏度,将培养基储存在 4 摄氏度过夜,并在使用前始终将培养基预热至 37 摄氏度。
此外,在制备人 E es 细胞培养基时,会在使用前添加一些添加剂。这些包括 BFGF、抗坏血酸、在 A 中活性的人胰岛素和转入。接下来,在板涂层之前立即制备基质胶或人层粘连蛋白工作溶液。
在37 度 SIU 中在 5% 二氧化碳中孵育板:制备明胶预包被的组织培养板后。明胶可以用 matra 凝胶或层粘连蛋白工作溶液代替。通过在 4 摄氏度下孵育过夜来涂布这些板。
首先让人 ES 细胞集落生长 5 到 7 天,然后准备分裂其中一些 选择具有超过 75% 未分化人 ES 细胞的集落。它们通常略微不透明,具有明确的边缘,包含堆积的加售。分化开始的迹象通常表现为包含大部分分化细胞的白色菌落通常看起来很清晰。
不要选择白色或透明菌落。将板子举到光线下,并使用记号笔沿着轮廓勾勒出板底部略微不透明的菌落。使用无菌 P 双移液器吸头的边缘将周围的成纤维细胞层与人 ES 细胞集落分离。
然后去除周围的成纤维细胞,并去除集落的所有分化部分。现在吸出含有分离分化细胞的旧培养基。接下来,在每个孔中,用缺乏 BFGF 的人 ES 细胞培养基洗涤未分化细胞一次,然后在使用前立即向新鲜培养基中加入 3 毫升含有 B-F-G-F-B-F-G-F 的新鲜人 ES 细胞培养基。
现在使用无菌 P 双移液器吸头将菌落切成小块,并将其从板中分离。将培养基中分离的菌落碎片拉入 50 毫升锥形管中。每孔再抽取 1 毫升培养基冲洗液。
细胞现在已准备好使用小分子进一步分化。首先将新鲜涂覆的盘子加热到 37 摄氏度。从板中吸出包被溶液,将含有菌落块的 4 mL 等分试样的培养基加入每个孔中,然后轻轻地将板转移到培养箱中,不要摇晃它们。
不要打扰盘子,让它们播种。然后去除大部分旧培养基,留下足够的培养基,使细胞保持浸没状态。切勿让细胞变干。
将含有碱性 FGF 和烟酰胺的新鲜人 ESL 培养基以及配方毫升的该培养基混合到每个孔中。培养基可在 4 摄氏度下储存长达两周,在此期间,可用于每隔一天刷新一次细胞培养物以培养集落。8 到 10 天后,细胞将发生形态变化,变成大的分化细胞繁殖和堆积。
然后进行悬浮培养,进行悬浮培养,首先从自发分化并迁移形成成纤维细胞层的细胞中分离 ESL 集落。将上述技术与无菌移液器吸头一起使用,然后吸出含有漂浮分离成纤维细胞的旧培养基。用 HESC 培养基洗涤细胞一次,然后现在使用无菌 P 双移液器吸头将它们重新悬浮在 3 毫升 HESC 培养基中。
将菌落切成小块,然后从平板上拆下。将带有分离菌落的培养基拉入单个 50 ml 锥形管中。用 1 毫升培养基冲洗孔,然后将冲洗液加入池中。
然后将 4 毫升混合细胞分装到 6 孔超低附着板的每个孔中,放置 4 到 5 天。将板放在培养箱中,以允许形成漂浮的细胞簇或心动冲击,以将心动冲击推进到跳动的心肌细胞表型。将它们与培养基一起拉入 50 毫升锥形管中。
然后以 1, 400 RPM 的转速离心细胞 5 分钟。吸出,称量尽可能多的旧培养基,并添加等量的新鲜心脏分化物。含有 10 毫摩尔烟酰胺的培养基。
将漂浮的 Cardio Blasts 与移液混合,然后将 4 mL 的 Cardio Blasts 悬浮液分装到 6 个孔组织培养板的每个孔中。将板转移到 37 摄氏度的加湿培养箱中,让心肺爆炸在组织培养板上过夜。文化中每隔一天。
在第 8 天更换含有 10 个 molin 烟酰胺的心脏分化培养基。转为心脏鉴别。不含烟酰胺的培养基继续每隔一天更换一次培养基。
在停用烟酰胺跳动后的两周内,心肌细胞将开始出现,并且烟酰胺数量的增加足以诱导维持在确定培养系统中的人 ES 细胞从完全多能性过渡到心肺中胚层表型。在未分化的人 ES 细胞暴露于烟酰胺后,集落内的所有细胞都发生了形态变化,转变为下调 OCT 4 表达的大分化细胞。细胞还开始表达心脏特异性转录因子 NK X 2.5,并且还表达 α 肌动蛋白。
这两个特征都与心脏中胚层表型一致。这些分化的细胞在细胞堆积的集落区域继续繁殖并增大。NKX 2.5 表达变得更加强烈分离后,烟酰胺处理的人 ES 细胞在悬浮培养物中形成心脏原始细胞。
在允许心脏原始细胞附着后,用烟酰胺处理心脏原始细胞一周,从烟酰胺跳动中撤出后一到两周,心肌细胞开始出现效率急剧增加。它们表现为以有节奏的收缩搏动的细胞簇,未接受 IDE 处理的细胞的自发多谱系分化不表达这些特征。跳动心肌细胞簇内的细胞表达心肌细胞特征的标志物,包括 NK X 2.5 和 α 肌动蛋白。
通过电剖面证实跳动的心肌细胞的收缩是强烈的、有节奏的,同时协调和良好的夹带,它们表现出有规律的冲动,让人想起从临床心电图中的体表电极看到的 P-Q-R-S-T 复合物。此外,一旦掌握,心肌细胞可以保持其强大的收缩力超过三个月。如果作得当,该技术可用于在大约五周内从多能人胚胎干细胞中均匀地产生心脏前体和跳动心肌细胞。
本研究提出了一种使用小分子诱导直接从多能人类胚胎干细胞中提取心肌细胞的协议。该方法能够产生大量心脏前体细胞和功能性心肌细胞,用于潜在的心血管修复。
Efficient derivation of human cardiac precursors and cardiomyocytes from pluripotent stem cells addresses a critical bottleneck in cardiovascular drug discovery and regenerative research. This small molecule-driven protocol enables scalable, lineage-specific cardiac cell production, reducing heterogeneity and tumorigenicity risks that impede translational progress. The approach supports predictive confidence and portfolio advancement for preclinical cardiac models and therapeutic candidate evaluation.
This protocol integrates from early discovery through preclinical model development, enabling direct generation of cardiac cells for target validation, screening, and translational research.