Methodenartikel

Generierung von Endothelzellen des Gehirns aus induzierten pluripotenten Stammzellen

8. Juli 2025

In diesem Artikel

Zusammenfassung

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Quelle: Endres, L. M., et al., Neisseria meningitidis Infektion von induzierten pluripotenten Stammzellen abgeleiteter Gehirn-Endothelzellen. J. Vis. Exp. (2020)

Dieses Video zeigt ein Protokoll zur Induktion der Differenzierung von induzierten pluripotenten Stammzellen in Gehirn-Endothelzellen.

Protokoll

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>1. Vorbereitung von Materialien, die für die iPSC-Kultur und die BEC-Differenzierung benötigt werden.

  1. Matrixbeschichtung aus Gewebekultur-Kunststoff (TC) für IMR90-4 iPSC-Kultur
    1. Aliquotes Basalmembran-Matrix-Gel (z. B. Matrigel) in 2,5 mg Aliquots und Lagerung bei -20 °C.
      Anmerkung: Arbeiten Sie schnell mit dem Matrixgel und aliquotieren Sie es auf Eis, da es oberhalb von 4 °C ein Gel bildet und nach dem Erstarren nicht mehr aliquotiert werden kann.
    2. Für die Beschichtung von TC-Kunststoff geben Sie schnell ein Aliquot Matrixgel zu 30 mL Modified Eagle Medium (DMEM)/F12 Medium von Dulbecco in einem konischen 50-ml-Röhrchen. Geben Sie 1 ml des Mediums auf das gefrorene Matrixgel, pipettieren Sie es auf und ab, bis es aufgetaut ist, und geben Sie es sofort mit dem restlichen Medium in das konische 50-ml-Röhrchen.
    3. Verwenden Sie 1 ml dieser Matrix-Gel-Beschichtungslösung pro Vertiefung einer 6-Well-Platte und 12 ml pro T75-Kolben.
      Anmerkung: Matrix-Gel-beschichteter TC-Kunststoff kann bis zu zwei Wochen vor seiner Verwendung aufbereitet werden. Es ist jedoch wichtig zu vermeiden, dass die Matrixgellösung austrocknet, was die gelegentliche Zugabe von mehr DMEM/F12 auf die Vertiefungen erfordern kann.
  2. Bereiten Sie das Stammzellerhaltungsmedium vor, indem Sie 50 ml 50x Zusatz zu 450 ml Stammzellerhaltungs-Basalmedium in der sterilen Umgebung einer Biosicherheitswerkbank hinzufügen.
  3. Um 500 ml unkonditioniertes Medium (UM) herzustellen, kombinieren Sie 392,5 ml DMEM/F12 mit 100 ml Knock-out-Serumersatz (KOSR), 5 ml nicht-essentiellen Aminosäuren, L-Glutamin in einer Endkonzentration von 1 mM und 3,5 μl β-Mercaptoethanol. Filtersterilisieren und bis zu 2 Wochen bei 4 °C lagern.
  4. Zur Herstellung von 200 ml Endothelzellmedium (EC) plus Retinsäure (RA) plus bFGF kombinieren Sie 198 ml humanes endotheliales Serummedium (hESFM), 2 ml filtersterilisiertes Thrombozytenarmes abgeleitetes Serum (PDS) und 20 ng/ml bFGF. Filtrieren, sterilisieren und bis zu 2 Wochen bei 4 °C lagern. Kurz vor der Zugabe zu den Zellen werden 10 μM RA in das EC-Medium gegeben.
    Anmerkung: Da die PDS abgesetzt wurde und daher möglicherweise eingeschränkt ist, wurde dieses Protokoll erfolgreich mit B27 anstelle von PDS durchgeführt.
  5. Zur Herstellung von 200 mL EC-Medium ohne RA oder bFGF werden 198 mL hESFM und 2 mL filtersterilisiertes PDS kombiniert und mit Filter sterilisiert. Bis zu 4 Wochen bei 4 °C lagern.

2. Differenzierung von Endothelzellen des Gehirns von menschlichen iPSCs

  1. Plattierung von iPSCs zur Differenzierung (Tag -3 des Differenzierungsprotokolls)
    1. Pro IMR90-4-Erhaltungskultur-Well, das zur Differenzierung verwendet wird, aspirieren Sie das Kulturmedium, fügen Sie 1 ml enzymatisches Zelldissoziationsreagenz pro Vertiefung hinzu und inkubieren Sie 7 Minuten lang bei 37 °C.
    2. Inaktivieren Sie das enzymatische Zelldissoziationsreagenz, indem Sie das 1 ml dissoziierte Zellsuspension in ein konisches 15-ml-Röhrchen mit mindestens 2 ml frischem Stammzellerhaltungsmedium pro 1 ml Zellen überführen. Die Zellsuspension bei 1.500 x g 5 min einschleudern.
    3. Resuspendieren Sie das Zellpellet in 1 ml Stammzellerhaltungsmedium pro Well der verwendeten IMR90-4-Zellen und zählen Sie die Zellen mit einem Hämozytometer.
      Anmerkung: Es kann hilfreich sein, 1:1 mit 0,4% Trypanblau zu verdünnen, um bei der Zählung zwischen lebenden und toten Zellen zu unterscheiden. Abhängig von der Dichte der iPSCs ergibt eine Vertiefung einer 6-Well-Platte in der Regel 1 bis 106 Zellen.
    4. Zur Differenzierung in einem T75-Kolben werden 7,5 x 105 Zellen in 12 ml Stammzellerhaltungsmedium und ROCK-Inhibitor (Y27632-Dihydrochlorid) in einer Endkonzentration von 10 μM gegeben. Die Matrix-Gel-Beschichtungslösung aus einem T75-Kolben aspirieren und die Zellsuspension in den Kolben überführen. Die Zellen werden gleichmäßig verteilt, indem der Kolben hin und her und von links nach rechts geschüttelt wird, und bei 37 °C und 5 % CO2,
      Anmerkung: Es ist wichtig, in diesem Schritt einen ROCK-Inhibitor hinzuzufügen, um das Überleben der dissoziierten Einzelstammzellen zu verbessern. Die Zellen sollten gleichmäßig über den Kolben und in Einzellingen verteilt werden, die aufgrund der Behandlung mit dem ROCK-Inhibitor eine gespreizte, mesenchymale Morphologie aufweisen.
  2. An Tag -2 und Tag -1 wird das Medium auf frisches Stammzellerhaltungsmedium umgestellt; 12 ml pro T75.
  3. Beginnen Sie an Tag 0 mit der Differenzierung, indem Sie das Medium auf UM (12 mL pro T75) umstellen.
  4. Ändern Sie UM täglich (Tag 1 – Tag 5).
    Anmerkung: Die Zellen erreichen in der Regel nach 2 bis 3 Tagen in UM die Konfluenz, die mit bloßem Auge oder durch ein inverses Hellfeldmikroskop beobachtet werden kann. Mit fortschreitender Differenzierung werden nestin+ "Nervenbahnen" sichtbar, dazwischen liegen PECAM-1+ Zellen.
  5. Selektive Erweiterung der Endothelzellpopulation durch Umstellung auf EC-Medium mit 20 ng/mL bFGF und 10 μM Retinsäure (RA) (Tag 6) und zweitägige Inkubation. EC-Medium mit bFGF kann bis zu zwei Wochen vorher hergestellt werden. RA wird am Tag der Anwendung aus gefrorener Brühe zugegeben (z. B. 1 μl 10 mM RA-Brühe pro 1 mL EC + bFGF).
    Anmerkung: Eine erfolgreiche Differenzierung kann auch ohne Supplementierung der RA an den Tagen 6 und 8 erreicht werden. Das Weglassen von RA führt jedoch zu BECs mit reduziertem TEER.
  6. Beschichten Sie
  7. Zellkulturplatten und Membraneinsätze (z. B. Transwell) mit Kollagen IV und Fibronektin (Tag 7) für die Aufreinigung der BECs und die anschließenden Experimente.
    1. Kombinieren Sie für die Beschichtung von Membraneinsätzen 4 Teile Kollagen IV (1 mg/ml in 0,5 mg/ml Essigsäure), 1 Teil Fibronektin (1 mg/ml) und 5 Teile steriles Wasser in Gewebequalität. Die ECM-Lösung kann 1:5 verdünnt werden, um Zellkulturplatten zu beschichten (d. h. 4 Teile Kollagen IV, 1 Teil Fibronektin, 45 Teile Wasser). Über Nacht mit einer Beschichtungslösung bei 37 °C inkubieren.
      HINWEIS: Platten und Membraneinsätze können auch mindestens 4 h vor der Subkultivierung am selben Tag des Reinigungsschritts beschichtet werden.
  8. Reinigen Sie BECs, indem Sie die differenzierten Zellen auf Kollagen-IV- und Fibronektin-beschichteten Platten oder Membraneinsätzen subkultivieren (Tag 8).
    1. EC-Medium aspirieren und enzymatisches Zelldissoziationsreagenz (12 mL pro T75) hinzufügen. Bei 37 °C inkubieren, bis sich 90 % der Zellen vom Kolben gelöst haben.
      Anmerkung: Die Zelldissoziation kann bis zu 1 h dauern.
    2. Während der Inkubationszeit die Kollagen-IV/Fibronektin-Beschichtungslösung von zuvor vorbereiteten Platten/Einsätzen entfernen und in einer sterilen Haube trocknen lassen. Es dauert ca. 20 Minuten, bis die Einsätze getrocknet sind.
    3. Sobald sich die Zellen abgelöst haben, waschen Sie sie mit einer 10-ml-Pipette aus dem Kolben. Pipettieren Sie auf und ab, um eine Einzelzellensuspension zu erhalten.
      Anmerkung: Die Einzelzellsuspension ist wichtig für eine zuverlässige Zellzählung und um feste Monoschichten zu erzielen.
    4. Mit mindestens dem gleichen Volumen frischer hESFM in einem konischen 50-ml-Röhrchen verdünnen und die Zellen mit einem Hämozytometer zählen.
    5. Pelletieren Sie die Zellen bei 1.500 x g für 10 min.
    6. Resuspendieren Sie die Zellen in einem geeigneten Volumen von frisch zubereitetem EC + bFGF + RA, um eine Suspension von 2 x 106 Zellen/ml für die Aussaat auf Membraneinsätzen zu erhalten. Geben Sie 500 μl (1 x 106 Zellen) auf einen 12-Well-Einsatz und 1,5 ml EC + bFGF + RA-Medium auf die Unterseite. Für die Aussaat auf 24- und 48-Well-Platten verdünnen Sie die Zellsuspension 1:2 und fügen Sie 500 μl (5 x 105 Zellen) bzw. 250 μl (2,5 x 105 Zellen) pro Well hinzu. Die Zellen gleichmäßig über die Vertiefung/den Einsatz verteilen und bei 37 °C unter 5 % CO2 inkubieren.
  9. Wechsel des Mediums auf Platten/Transwells auf EC ohne bFGF oder RA (Tag 9).

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Offenlegungen

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Es wurden keine Interessenkonflikte angegeben.

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
Accutase (1x)SigmaNr. A6964
All-trans-Retinsäure (RA)SigmaNr. R2625
b-MercaptoethanolMerck (Sigma-Aldrich)Artikel-Nr.: 805740
Zellkulturplatten und -flaschenSarstedt
Zentrifuge (Heraeus Megafuge 1.0R)Thermo Scientific
Biosicherheitswerkbank der Klasse IINuaireNU-437-400E
Kohlendioxid-Inkubator (DHD Autoflow Kohlendioxid-Air-Jacketed Inkubator)Nuaire
Kollagen IVSigmaNr. C5533
Costar Transwell Polyesterfilter (12 oder 24 Wells)Corning3460, 3470
FibronektinSigmaNr. F1141
Hämazytometer (Neubauer)A. HartensteinZK06
Humaner basischer Fibroblasten-Wachstumsfaktor (bFGF)PeproTech100-18 Mrd.
Freies Medium für humanes Endothelserum (hESFM)GibcoArtikel-Nr.: 11111-044
Inverses Mikroskop (Wilovert)Hund (Will Wetzlar)
iPS(IMR90)-4 ZellenWiCell
Knockout-Serum-Ersatz (KOSR)GibcoTel.: 10828-028
L-Glutamin (GlutaMAX)InvitrogenArtikel-Nr.: 35050-038
Matrigel-MatrixCorningArtikel-Nr.: 354230
Nicht-essentielle Aminosäuren (NEAA)GibcoTel.: 11140-035
StemFlex Basalmedium + 50x StemFlex ErgänzungGibcoA3349401Erhaltungsmedium für Stammzellen
Schwenkbarer Schaufelrotor (Heraeus #2704)Thermo Scientific

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Schlagwörter

iPSC DifferenzierungEndothelzellmediumROCK InhibitorRetins ureFibroblasten WachstumsfaktorKollagen Fibronectin BeschichtungZelldissoziationsreagenzZ hlung mit dem H mozytometer

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