2019年4月18日
我们提出了一个协议, 说明如何区分诱导多能干细胞衍生角质形成细胞和成纤维细胞, 并产生三维皮肤有机体, 使用这些角质形成细胞和成纤维细胞。该协议包含生成人性化小鼠模型的附加步骤。这里介绍的技术将改进皮肤科的研究。
脐带血单核细胞(CBMC)已成为再生医学的潜在细胞来源,因为人类白细胞抗原类型对细胞库系统至关重要。CBMC诱导的多能干细胞,或CMBC-iPSC,可以分化成角蛋白细胞和成纤维细胞。为了产生3D皮肤器官,我们使用皮肤学研究。
首先在37摄氏度和10%的二氧化碳下将CBMC-iPSC培养到镀维特龙素涂层的100毫升板上。当细胞达到80%的汇合时,用PBS洗涤培养物,每盘一毫升一毫升EDTA,在37摄氏度和5%的二氧化碳下治疗两分钟。当细胞分离后,停止每板三毫升E8介质的反应,通过离心收集细胞。
将颗粒重新悬浮在五毫升E8介质中进行计数,将一次-10至六分之六的细胞转移到15毫升锥形管中进行离心。用2.5毫升的胚胎体形成介质重新悬浮转移的细胞,辅以10微摩尔罗相关激酶,或 ROCK抑制剂。使用移液器将 125 微升的细胞液滴转移到未涂覆的培养板盖上。
放置所有液滴后,将盘子翻过来,让液滴在37摄氏度和5%的二氧化碳下从盖子上悬挂24小时。第二天,用新鲜的E8介质清洗盖子,将胚胎体溶液转移到50毫升锥形管中。允许胚胎体在室温下沉淀一分钟,然后吸上一清液,用新鲜E8培养的胚胎体在37摄氏度的90毫米培养皿中重新悬浮,直到其分化。
对于CBMC-iPSC角蛋白分化,用新鲜的E8培养基取代胚胎体培养物的E8培养基,辅以每毫升骨质原蛋白4的一毫微克,在37摄氏度和5%的二氧化碳下24小时孵育。第二天,将胚胎身体收获成50毫升的圆锥管,让胚胎在室温下沉淀一分钟。接下来,用六毫升角蛋白细胞分化介质 1 或 KDM1 替换上一代,辅以 10 微摩尔 ROCK 抑制剂,将胚胎体转移到四型胶原蛋白涂层的 100 毫米培养皿中。
在培养的天零到八天,每隔一天用新鲜的KDM1代替介质,辅以三微摩尔视网膜酸和每毫升25毫微克,每毫升骨形态遗传蛋白4和表皮生长因子。第9天至12天,每隔一天用KDM2代替介质,辅以三微摩尔视网膜酸,每毫升骨形态遗传蛋白25毫微克4,每毫升表皮生长因子20毫微克。第13天至30天,每隔一天将介质更改为KDM3,每毫升骨形态遗传蛋白4,每毫升20毫微克,每毫升表皮生长因子20毫微克。
对于CBMC-iPSC成纤维细胞分化,在6毫升成纤维细胞分化介质1中重新悬浮胚胎体培养,辅以10微摩尔 ROCK抑制剂,将胚胎体悬浮转移到地下室膜基质涂层的100毫米培养皿中。经过三天的孵育,用0.5纳米摩尔骨形态遗传蛋白4治疗培养物4天,然后将培养基改变为成纤维细胞分化介质2。在文化的第七天,每隔一天将介质更改为 FDM2 一周。
在培养的第14天,分离细胞与一毫摩尔EDTA如证明,并收集细胞在三毫升的成纤维细胞分化介质2离心。将细胞重新悬浮在五毫升成纤维细胞分化介质1中进行计数,并转移两次至十至六分之六的细胞至非涂层培养皿。在培养的第21天,将培养的两次-10至6-6细胞转移到新鲜成纤维细胞分化介质1的一型胶原蛋白涂层100毫米培养皿。
在培养的第28天,将两次-10至6个 iPSC 衍生的成纤维细胞转移到一个新的非涂层菜。对于三维皮肤器官生成,从培养中收获 iPSC 衍生的成纤维细胞,将两次-10 到 50 细胞转移到 15 毫升锥形管中进行离心。将成纤维细胞颗粒重新悬浮在1.5毫升的成纤维细胞分化介质1和1.5毫升的中和 I 型胶原蛋白溶液中。
在室温下,在六孔微孔板中孵育刀片上的细胞30分钟。当溶液凝固后,在刀片顶部加入两毫升介质,在井底加入三毫升。然后将成纤维细胞基质放入培养箱中五到七天,直到凝胶完成,基质不再收缩。
在孵育结束时,收获 iPSC 衍生的角蛋白细胞,将一次-10 至 6 次细胞转移到 15 毫升锥形管中进行离心。将颗粒重新悬浮在50至100微升的低钙上皮介质1中,用角蛋白细胞溶液取代成纤维细胞基质的介质。在37摄氏度下15分钟后,用两毫升的上皮介质1替换刀片顶部的介质,用三毫升的上皮介质将刀片的介质更换,并将板返回孵化器。
两天后,用正常的钙上皮介质2替换插入物中的培养,再进行两天的培养。在培养的第四天,去除所有的培养,并添加三毫升的玉米化介质到底部井只,以产生一个空气-液体接口。然后将板返回孵化器长达 14 天,然后收获 3D 皮肤器官进行下游分析。
CBMC-iPSC衍生的角蛋白细胞具有类似于原发性角蛋白细胞的形态,在这些细胞中增加了角蛋白细胞标记的表达。CBMC-iPSC衍生的成纤维细胞具有类似于原发性成纤维细胞的形态,多能干细胞标记10月4日的表现受到低调节,而成纤维细胞标记则向上调节。3D皮肤器官的厚度在3D培养过程中增加,确认3D皮肤器官是由 iPSC 衍生的角蛋白细胞和成纤维细胞产生的。
两周后,移植的3D皮肤器官移植有效整合到受体小鼠皮肤,HNE分析证实。此外,角蛋白细胞成熟和表皮分化标记在CBMC-iPSC衍生的3D皮肤器官中表达,表现出功能分化,有效的移植,并有效愈合小鼠皮肤缺陷。我们过去使用高钙介质,诱导分层的3D皮肤器官层模仿皮肤附近。
分析表明皮肤是分层的。CBMC-iPSC 是皮肤移植的潜在细胞来源,CBMC-iPSC 衍生的 3D 皮肤器官可用于与皮肤科、美容筛查和再生医学相关的研究。
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本协议概述了诱导多能干细胞衍生角质细胞和成纤维细胞分化以生成3D皮肤类器官的过程。另外一步包括创建人源化小鼠模型,从而增强皮肤病学研究。
This protocol enables the generation of 3D human skin organoids from cord blood-derived iPSCs, providing a scalable and HLA-typed in vitro model for dermatologic research and regenerative medicine. The system supports mechanistic de-risking of skin-targeted therapeutics by recapitulating epidermal stratification and dermal-epidermal interactions. It offers translational continuity from discovery to preclinical validation through humanized mouse engraftment, reducing reliance on primary tissue sourcing and improving predictive confidence in target and lead identification workflows.
The method fits within the discovery continuum from target validation through lead identification to preclinical evaluation, offering a renewable human skin model that bridges in vitro findings with in vivo relevance.