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1. Lösungs-und Medien-Vorbereitung
- Gelatin Beschichtungslösung: 0,1% (w / v) Gelatine in ddH 2 O, autoklaviert und bei 4 ° C.
- Matrigel Beschichtungslösungen. Stammlösung: langsam auftauen Matrigel (10 ml) bei 4 ° C über Nacht, 10 ml eiskaltem DMEM oder DMEM/F12, gut mischen und aliquoten 1 ml / Rohr unter sterilisiert Gewebekultur Kapuze, lagern bei -20 ° C. Working-Lösung: langsam auftauen 1 ml Matrigel Aliquot bei 4 ° C für 1-2 Stunden, Transfer zum 14 ml gekühltes DMEM oder DMEM/F12 und gut mischen unter sterilisiert Gewebekultur Haube unmittelbar vor der Beschichtung.
- Menschliche Laminin Beschichtungslösung: Verdünnen Sie 1 ml menschlichen Laminin-Lösung (0,5 mg / ml in Tris Buffered NaCl, Lagerung bei -80 ° C, langsam auftauen bei 4 ° C für 1-2 Stunden) mit eiskaltem DMEM oder DMEM/F12 zu 12,5 ml Arbeitslösung (40 ug / ml) unter sterilisiert Gewebekultur Haube unmittelbar vor der Beschichtung.
- Wachstumsfaktor Stammlösungen (500-1000X): Man löst growth factor bei 10 ug/ Ml in sterilisierte Puffer (0,5% BSA, 1,0 mM DTT, 10% Glycerin, 1XPBS) und speichern als 50-100 &mgr; l / Röhrchen aliquotiert bei -80 ° C.
- HESC Medien: DMEM/F12 oder KO-DMEM (80%), KO Serumersatz (20%), L-Alanyl-L-Gln oder L-Gln (2 mM), MEM nicht essentielle Aminosäuren (MNAA, 1X) und β-Mercaptoethanol (100 uM), filtriert und bei 4 ° C mit 20 ng / ml bFGF vor der Verwendung ergänzt. Oder ersetzen Sie "KO-Serum-Ersatz" mit definierten Komponenten: DMEM/F12 oder KO-DMEM (100%), L-Alanyl-L-Gln oder L-Gln (2 mM), MNAA (1X), MEM essentiellen Aminosäuren (MEAA , 1X) und β-Mercaptoethanol (100 uM), filtriert und bei 4 ° C, mit bFGF (20 ng / ml) ergänzt, Humaninsulin (20 ug / ml), Ascorbinsäure (50 ug / ml), die menschliche Aktivin A (50 ng / ml), Humanalbumin / Albumax (10 mg / ml), und menschliches Transferrin (8 pg / ml) vor der Verwendung.
- HESC kardialen Differenzierung Medien: DMEM/F12 (90%), definiert FBS (10%) und L-Alanyl-L-Gln oder L-Gln (2 mM).
- Medien mit Nicotinamid (NAM): add NUhr bis HESC Medien oder HESC kardialen Differenzierung Medien Endkonzentration von 10 mM, gefiltert, lagern bei 4 ° C und innerhalb von 2 Wochen der Vorbereitung.
2. Plattenbeschichtung
- Coat-Platten mit Gelatine: 2,5 ml / well der Gelatine-Lösung bis 6-Well-Platten und Inkubation über Nacht bei 37 ° C befeuchteten Inkubator.
- Coat-Platten mit Laminin: chill Gelatine beschichteten Platten und entfernen Gelatine, 2,5 ml / well Matrigel oder menschliche Laminin-Beschichtung funktionierende Lösung zu vorgekühlte verkleistert 6-Well-Platten und Inkubation bei 4 ° C über Nacht.
3. Passagieren und Seeding Undifferenzierte hESCs unter definierten Bedingungen
- Lassen hESC Kolonien wachsen auf 5-7 Tage alt, und nehmen Sie hESC Kultur Platte Präpariermikroskop (pre-warm Sezieren der Bühne bis 37 ° C) unter Sezieren sterilisiert Kapuze.
- Wählen Sie hESC Kolonien aufgeteilt werden. Morphologisch sind diese Kolonien> 75% undifferenzierte hES (smalle Kompakt-Zellen), in der Regel leicht opak (nicht weißen aufgehäuften Zellen nicht klar differenzierten Zellen) mit definierten Rand unter dem Binokular. Vorsichtig einen Überblick über die ausgewählten Kolonien und entfernen differenzierten Fibroblasten-Schicht rund um die Kolonie und alle differenzierten Teile (falls vorhanden) der Kolonie mit der Schärfe des P2 sterilen Pipettenspitze gezogen oder Glaskapillare.
- Entfernen Sie die alten Medien mit schwimmenden freistehende differenzierten Zellen durch Absaugen. Waschen mit hESC Medien (ohne bFGF) einmal. 3 ml / well frisches hESC Medien mit 20 ng / ml bFGF.
- Schneiden Sie die undifferenzierte hES-Kolonien in kleine Stücke, und lösen Sie mit einer sterilen Pipettenspitze gezogen oder Glaskapillare.
- Pool der Medien, die losgelöst Kolonie Stücke zusammen in einem 50 ml konischen Röhrchen. Waschen Sie die Platte einmal mit 1 ml / well hESC Medien mit 20 ng / ml bFGF und Pool zusammen.
- Saugen Sie das Matrigel oder menschliche Laminin-Lösung von dem beschichteten frischen Platten. Aliquot 4 ml / well hESC-haltigen Medien Kolonie Stücke zu einer 6-Well-Platte. Gently Transfer der Platte Inkubator ohne Schütteln und lassen Kolonie Stücke Samen über Nacht, ohne zu stören in einem befeuchteten 37 ° C Inkubator mit einer Atmosphäre von 5% CO 2.
4. Cardiac Induktion von hESCs unter definierten Kultur-System mit Nicotinamid
- Am Tag 3 nach der Aussaat, die Abschaffung der meisten alten Medien aus jedem Well der Platte und lassen genug Medien zu ermöglichen hESC Kolonien unter Wasser (niemals zulassen hESCs austrocknen) werden. Ersetzen mit 4 ml / well frisches hESC Medien mit 20 ng / ml bFGF und 10 mM Nicotinamid (NAM).
- Ersetzen Sie die alten Medien mit frischen hESC Medien mit 20 ng / ml bFGF und 10 mM NAM jeden zweiten Tag, und lassen Sie Herz-induzierten embryonalen Stammzellen Kolonien wachsen zu Tag 8-10. Nach Belichtung mit NAM, werden alle Zellen innerhalb der Kolonie zu unterziehen Morphologie Änderungen an großen differenzierten Zellen, die auch weiterhin vermehren wird. Die Kolonien werden in Größe und von Tag 8-10 zu erhöhen, eind-Zellen beginnen, häufen sich in einigen Gebieten der Kolonien.
5. Continuing Cardiac Differenzierung in Suspensionskultur
- Nehmen hESC Kultur Platte Präpariermikroskop (pre-warm Sezieren der Bühne bis 37 ° C) unter Sezieren sterilisiert Kapuze. Vorsichtig einen Überblick über die Kolonien und entfernen Fibroblasten-Schicht rund um die Kolonie (differenzierte Zellen aus der Kolonie eingewandert) mit dem Rand des P2 sterilen Pipettenspitze gezogen oder Glaskapillare.
- Entfernen Sie die alten Medien mit schwimmenden freistehende Fibroblasten-Zellen durch Absaugen. Waschen mit hESC Medien (ohne bFGF) einmal. 3 ml / well frisches hESC Medien (ohne bFGF).
- Schneiden Sie das Herz-induzierten embryonalen Stammzellen Kolonien in kleine Stücke, und lösen Sie mit einer sterilen Pipettenspitze gezogen oder Glaskapillare.
- Pool der Medien, die losgelöst Kolonie Stücke zusammen in einem 50 ml konischen Röhrchen. Waschen Sie die Platte einmal mit 1 ml / well hESC Medien (ohne bFGF) und Pool zusammen.
- Aliquot 4 ml / well serumfreiem hESC Medien mit Kolonie Stücke zu einer 6-well ultraniedrigen Befestigungsplatte und inkubieren bei 37 ° C befeuchteten Inkubator, damit schwimmende zellulären Clustern (Kardioblasten) für 4-5 Tage zu bilden.
6. Beating Cardiomyocyte Phänotyp Reifung in Adhesive Kultur
- Pool der Medien mit schwimmenden Kardioblasten zusammen in einem 50 ml konischen Röhrchen. Zentrifugation bei 1400 rpm für 5 min. Saugen Sie die alten Medien so viel wie du kannst, und fügen Sie die gleiche Menge frischen hESC kardialen Differenzierung Medien mit 10 mM NAM.
- Pipette auf und ab zu schweben Kardioblasten und aliquoten 4 ml / well bis 6-Well-Platten mischen. Übertragen Sie die Platten auf eine 37 ° C befeuchteten Inkubator, damit Kardioblasten zu befestigen Nacht.
- Ersetzen hESC kardialen Differenzierung Medien mit 10 mM NAM jeden zweiten Tag.
- Am Tag 8, mit menschlichen embryonalen Stammzellen Herz-Differenzierung Medien ohne NAM ersetzen und weiterhin HESC kardialen Differenzierung media e ersetzensehr anderen Tag. Beating Kardiomyozyten beginnen, in ca. 1-2 Wochen kontinuierlicher Kultivierung nach Abzug der NAM erscheinen und der Erhöhung der Zahl mit der Zeit und konnte starke und rhythmische Kontraktionen länger als 3 Monate behalten.
7. Repräsentative Ergebnisse:
Nicotinamid (NAM) wiedergegeben wird ausreichen, um hESCs in den definierten Kultur-System zum Übergang erhalten von Pluripotenz ausschließlich auf eine cardiomesodermal Phänotyp (Abb. 2B) zu induzieren. Bei der Belichtung von undifferenzierten hES zu NAM, werden alle Zellen innerhalb der Kolonie zu unterziehen Morphologie Änderungen an großen differenzierten Zellen, die nach unten regulieren die Expression von Oct-4 und beginnen, die Herz-spezifische Transkriptionsfaktor (CSX) Nkx2.5 und α-express actinin, im Einklang mit einer cardiomesoderm Phänotyp (Abb. 2B). Diese differenzierten Zellen weiter zu vermehren und die Kolonien an Größe zunehmen. Erhöhte Intensität des Nkx2.5 wirdin der Regel in den Gebieten der Kolonien, in denen Zellen beginnen zu häufen (Abb. 2B) beobachtet werden. Nach abgelöst, wird die NAM-behandelten hESCs schwimmenden zellulären Clustern (Kardioblasten) in einer Suspensionskultur Form der kardialen Differenzierung fortzusetzen. Nach erlaubt die Kardioblasten zu befestigen und die weitere Zusammenarbeit mit NAM für 1 Woche zu behandeln, wird gegen Kardiomyozyten beginnen, in ca. 1-2 Wochen kontinuierlicher Kultivierung nach Abzug der NAM erscheinen mit einer drastischen Steigerung der Effizienz als die spontane multi-lineage Differenzierung gegenüber hESCs ohne Behandlung über den gleichen Zeitraum (Abb. 2C). Zellen innerhalb des Kardiomyozyten schlagen Cluster Express Marker Merkmal Kardiomyozyten, einschließlich Nkx2.5 und α-Actinin (Abb. 2C). Die Kontraktionen des schlagenden Kardiomyozyten wurden durch elektrische Profile bestätigt, stark zu sein, rhythmische, gut koordinierte und gut mitgerissen, mit regelmäßigen Impulsen erinnert an die p-QRS-T-Komplexe von Körperoberfläche Elektroden in klinischen Elektrokardiogramme gesehen (Abb. 2C, siehe auch Video). Die Kardiomyozyten könnte behalten ihre starke Kontraktilität über 3 Monate.

Abbildung 1. Insgesamt Systeme der konventionelle Ansatz im Vergleich zu kleinmolekularen-Induktion Ansatz zur Differenzierung von humanen pluripotenten Stammzellen zu spezialisierten funktionalen Zellen. (A) Eine schematische Darstellung der konventionelle Ansatz mit multi-lineage Neigung der menschlichen pluripotenten Stammzellen durch spontane Keimblatt Differenzierung. (B) Eine schematische Darstellung gut kontrollierten effiziente Induktion von menschlichen pluripotenten Stammzellen ausschließlich zu einem bestimmten klinisch relevanten Linie durch eine einfache Bereitstellung von kleinen Molekülen.

Abbildung 2. Nicotinamide induziert kardiale Linienspezifikation direkten der Pluripotenz unter definierten Bedingungen und die Progression in Richtung schlagen Kardiomyozyten. (A) Schematische Darstellung des Protokolls Zeit Linie gerichtet kardialen Differenzierung von hES. (B) Bei der Belichtung von undifferenzierten hES zu Nicotinamid (NAM) unter den definierten Kultur, großer differenzierte Oct-4 (rot)-negativen Zellen innerhalb der Kolonie begann zu entstehen, wie zum Spott behandelt (DMSO) hESCs als Kontrollgruppe verglichen. NAM-induzierte Oct-4-negativen Zellen begannen sich zu äußern Nkx2.5 (grün) und α-Actinin (rot), im Einklang mit frühen kardialen Differenzierung. Schrittweise erhöhte Intensität der Nkx2.5 war in der Regel in Gebieten der Kolonie, wo Zellen begannen sich zu häufen beobachtet. Alle Zellen sind durch DAPI-Färbung ihrer Kerne (blau) angezeigt. (C) NAM-induzierte kardiale-committed hESCs ergab schlagen Kardiomyozyten mit einer drastischen Steigerung der Effizienz, wie sie in der zellulären Clustern bewertetter, die rhythmische Kontraktionen (siehe elektrophysiologische Profil und Videos) und immunpositive für Nkx2.5 (grün) und α-Actinin (rot) angezeigt. Phase Bilder Vertreter großer schlagen Kardiomyozyten Clustern und höhere Macht Bilder von repräsentativen Contracting Herzmuskulatur sind gezeigt (siehe auch entsprechende Videos). Die Pfeile zeigen die großen Schläge Kardiomyozyten Cluster für die elektrophysiologische Ableitung verwendet. Elektrophysiologische Profil des schlagenden Kardiomyozyten zeigt regelmäßig, mitgerissen, rhythmische Impulse erinnert an die p-QRS-T-Komplexe in der klinischen Elektrokardiogramme gesehen. Maßstabsbalken: 0,1 mm.
Videos: Contracting Kardiomyozyten aus NAM-induzierte hESCs differenziert. Videos 1 und 2 zeigen repräsentative große Schläge Kardiomyozyten Cluster in etwa 1 und 3 Monate nach der Befestigung. Video 3 und 4 zeigen repräsentative öffentliche Herzmuskeln bei höherer Leistung. Video 5 zeigt eine typical kleine Schläge Kardiomyozyten Cluster spontan aus hESCs ohne NAM Behandlung als Kontrolle unterschieden.
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