$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Die humane pluripotente Stammzelltechnologie (hPSC) ist eine leicht skalierbare und erneuerbare Quelle menschlicher Zellen, die in jeden Zelltyp im Körper differenziert werden kann und es Forschern ermöglicht, Zell- und Gewebetypen zu untersuchen, die schwer zu erhalten oder bei Patienten unzugänglich sind. Darüber hinaus können induzierte pluripotente Stammzellen (iPSCs) direkt aus somatischen Patientenzellen1 gewonnen werden. Dies ermöglicht die Differenzierung patientenspezifischer Zelltypen von Interesse, ein unschätzbares Werkzeug für Krankheitsmodellierung und Arzneimittelentwicklung. Daher sind rigorose, reproduzierbare und erfolgreiche Methoden zur Umprogrammierung somatischer Zellen zu iPSCs entscheidend.
Fibroblasten, Urinzellen und Blutzellen 2,3, jeweils mit eigenen Einschränkungen, gehören zu den am häufigsten verwendeten somatischen Zellquellen für die iPSC-Herleitung. Fibroblasten, historisch gesehen die beliebteste Wahl zur Reprogrammierungvon 3, sind nicht sehr leicht zu erhalten und erfordern eine etwas invasive Hautbiopsie. Reprogrammierbare Zellen können aus Urinproben gewonnen werden, die leicht zu gewinnen und nicht invasiv sind, aber der Reprogrammierungsprozess muss mit frischen Proben bis zu 48 Stunden nach derEntnahme 4 beginnen. Blut bietet eine hervorragende Quelle für reprogrammierbare Zellen, da es minimalinvasiv zu erhalten und leicht verfügbar ist. Es gibt viele verfügbare Umprogrammierungsprotokolle von peripheren mononuklearen Blutzellen (PBMCs), Blutzellen mit einem einzigen Kern, einschließlich Lymphozyten, Monozyten und natürlichen Killerzellen5. Da PBMCs weniger dicht sind als andere Blutzellen, können sie aus frisch isolierten Vollblutproben durch Dichtegradientenzentrifugation5 isoliert oder gereinigt werden. Alternativ trennt sich Vollblut nach der Zentrifugation in drei verschiedene Schichten: Plasma, Buffy-Coup und roteBlutkörperchen. Buffy Coats enthalten PBMCs sowie Thrombozyten und einige Erythrozyten. PBMCs sind jedoch in den meisten Biobanken weniger leicht verfügbar, während Vollblut- oder Buffycoats reichlich vorhandenund zugänglich sind. Trotz der Verfügbarkeit von Buffy Coats in Biobanken und des Vorhandenseins von reprogrammierbaren PBMCs in diesen Proben beschreiben nur sehr wenige Protokolle die Umprogrammierung von gefrorenen Buffy Coats8, sodass dies eine ungenutzte Ressource bleibt.
Derzeit gibt es viele veröffentlichte Protokolle 1,8,9 und kommerziell verfügbare Kits10, um die Umprogrammierung zu optimieren; Sie untersuchen jedoch nicht tiefgehend, wie man den Erfolg von Patientenspenderzellen, die schwer umprogrammierbar sind, maximieren kann. Es ist allgemein anerkannt, dass sich manche Zellen einfach nicht umprogrammieren lassen, und wenn dies passiert, versuchen viele Forscher es mit einem anderen Spender-Zelltyp oder einem anderen Patienten. Dies ist jedoch für viele Forscher oder Patientengruppen möglicherweise keine praktikable Option. Im Gegensatz zu zuvor veröffentlichten Protokollen 8,9 enthält dieses Protokoll einen Leitfaden mit Kontrollpunkten und Kriterien, auf denen der Erfolg der Reprogrammierung vorhergesagt werden kann, und verfolgt einen einzigartigen Ansatz, indem gefrorene Buffy-Coats mit Dichtegradientenzentrifugation beim Auftauen gereinigt werden.
Der Prozess beginnt mit der Blutentnahme von ausgewählten Personen und der Isolierung entweder PBMCs oder Buffy Coats. Für neue Experimente wird dies voraussichtlich die Rekrutierung neuer Spender einschließen, die unter IRB-Genehmigung und mit einem ordnungsgemäßen Einverständnisformular frisches Blut abnehmen lassen. Der nächste Schritt ist die somatische Zellexpansion, bei der eingefrorene Blutzellen aufgetaut und unter Bedingungen kultiviert werden, die die Proliferation hämatopoietischer Stammzellen und erythroidescher Vorläufer fördern – den Blutzellen, die die besten Kandidaten für die Reprogrammierungsind. Nach 10–14 Tagen sollten die Zellen bereit für die Umprogrammierung sein, wie eine deutliche Morphologie zeigt, die in früheren Protokollen nicht behandelt wurde, und anschließend durch Inokulation mit einem Sendai-Virus transduziert werden, das die Yamanaka-Faktoren Oct4, Sox2, c-Myc und Klf41 trägt. Nach der Transduktion beginnen die Zellen, die Yamanaka-Transkriptionsfaktoren zu exprimieren und kehren in einen pluripotenten Zustand zurück, der wiederum durch eine deutliche morphologische Veränderung und Proliferation in Stammzellkolonien gekennzeichnet ist. Neue Kolonien werden dann einzeln gepflückt, erweitert und kryokonserviert. Nach zehn Durchgängen validiert die Charakterisierung durch Bestätigung der Expression von Stammmarkern und Differenzierungspotenzial in die drei Keimschichten eine erfolgreich umprogrammierte iPSC-Linie.
Dieses Protokoll funktioniert am besten für kryokonservierte Buffy-Coats, die < 1 Monat gelagert wurden, oder für kryokonservierte PBMCs, die bis zu 2 Jahre mit mindestens 1 Million lebensfähigen Zellen nach dem Auftauen gelagert werden. Die beschriebenen Kontrollpunkte können jedoch helfen, die Fehlersuche bei der Umprogrammierung an jeder hochwertigen Blutprobe zu unterstützen. Zusätzlich können Details zur Anpassung neu programmierter iPSCs an feederfreie Bedingungen auf jeden iPSC-Umprogrammierungsworkflow anwendbar sein, unabhängig vom ursprünglichen somatischen Zelltyp.
Dieses Protokoll, das durch praktische Fehlerbehebung etabliert wurde, beschreibt die Neuprogrammierung von iPSCs aus gefrorenen Buffy Coats und identifiziert morphologische Indikatoren für den Erfolg der Reprogrammierung, sodass es einen brauchbaren Leitfaden zur Neuprogrammierung schwieriger Proben bietet. Letztlich führt die Umsetzung dieser Strategien zu Zeit-, Geld-, Reagenzien und Probeneinsparungen.