Name: Differenzierung und Charakterisierung von Osteoklasten aus humanen induzierten pluripotenten Stammzellen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-03-22T14:35:00.000+00:00
Duration: 10 min 52 s
Description: Lernen Sie die Differenzierung von Osteoklasten aus humanen iPSCs für Knochenforschung und Gewebetechnik. Dieses Protokoll ermöglicht zuverlässige Zellkulturmöglichkeiten für die Biologie.

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Die Autoren danken den Mitgliedern des Giachelli-Labors für ihre technische Hilfe und Unterstützung. Wir danken dem W. M. Keck Mikroskopiezentrum und dem Leiter des Keck-Zentrums, Dr. Nathanial Peters, für die Unterstützung bei der Beschaffung der konfokalen Mikroskopie- und Weitfeldmikroskopiebilder. Wir danken auch der UW Flow Core Facility und dem Leiter der Flow Core Facility, Aurelio Silvestroni, für die technische Unterstützung und Unterstützung. Abschließend bedanken wir uns bei Hannah Blümke für die Unterstützung bei Illustration und Grafikdesign.
Die Finanzierung erfolgte durch den Zuschuss der National Institutes of Health R35 HL139602-01. Wir danken auch dem NIH S10 Grant S10 OD016240 für die Instrumentenfinanzierung am W. M. Keck Center sowie dem NIH Grant 1S10OD024979-01A1 für die Instrumentenfinanzierung in der UW Flow Core Facility.

HINWEIS: Alle in diesem Protokoll verwendeten Reagenzien finden Sie in der Materialtabelle. Sofern nicht anders angegeben, wurden alle Medien vor der Verwendung auf 37 °C voräquilibriert. Alle Zentrifugationsschritte werden bei 37 °C und im langsamsten Beschleunigungs-/Verzögerungsmodus durchgeführt. Sofern nicht anders angegeben, wird der Überstand immer mit Einweg-Pasteur-Glaspipetten entfernt.
1. Auftauen und Vermehrung humaner iPS-Zellen
<ol><li>Einen Tag vor dem Auftauen der iPS-Zellen wird eine Vertiefung einer 6-Well-Platte mit 1 ml eines Basalmembranextrakts in einer Konzentration von 200-300 μg/ml bestrichen. Stellen Sie die Well-Platte über Nacht bei 4 °C auf.</li>
	<li>Am nächsten Tag werden die Zellen aufgetaut und mit einer P1000-Pipette in ein 15-ml-Röhrchen überführt. Tropfenweise 5-7 ml DMEM/F-12 mit 15 mM HEPES hinzufügen.</li>
	<li>Zentrifugieren Sie die Zellen bei 300 x g für 5 min. Nehmen Sie die Zellen vorsichtig aus der Zentrifuge und achten Sie darauf, das Zellpellet nicht zu stören.</li>
	<li>Entfernen Sie den Überstand vorsichtig mit einer Pasteur-Glaspipette und resuspendieren Sie die Zellen in 1 ml hiPSC-serumfreiem Medium (hiPSC-SFM mit 10 μM Rho-Kinase (ROCK)-Inhibitor Y-27632) unter Verwendung von P1000 mit Spitzen mit großer Bohrung.</li>
	<li>Saugen Sie den Basalmembranextrakt aus der am Vortag beschichteten Vertiefung an (Schritt 1.1) und überführen Sie 1 mL hiPSC-SFM mit 10 μM Y-27632 in die Vertiefung. Geben Sie resuspendierte iPS-Zellen in die Vertiefung, um ein Endvolumen von 2 ml pro Vertiefung zu erreichen.</li>
	<li>Schwenken Sie die Platte, um die iPSC-Aggregate gleichmäßig zu verteilen, bevor Sie sie bei 37 °C und 5 % CO2 in einen Inkubator legen.</li>
	<li>Führen Sie jeden zweiten Tag einen vollständigen Mediumwechsel mit hiPSC-SFM durch (ohne Zusatz von ROCK-Inhibitor Y-27632). iPS-Zellen erreichen in der Regel nach 3-4 Tagen der Ausbreitung eine Konfluenz von 70-80%.</li>
</ol>2. Weiterleitung von iPS-Zellen
<ol><li>Einen Tag vor der Passage von iPS-Zellen werden die Vertiefungen einer 6-Well-Platte mit einem Basalmembranextrakt in einer Konzentration von 200-300 μg/ml beschichtet. Stellen Sie die Well-Platte für die Nacht auf 4 °C. HINWEIS: Vergewissern Sie sich, dass die Zellen eine Konfluenz von ca. 70-80 % erreicht haben. Stellen Sie sicher, dass iPS-Zellen nicht überkonfluent werden (mehr als 80 % Konfluenz), da dies die spontane Differenzierung fördert.</li>
	<li>Beginnen Sie mit der Passage von iPS-Aggregaten, indem Sie differenzierte Regionen oder Regionen mit vielen toten iPSC-Aggregaten unter dem Stereomikroskop entfernen, indem Sie 10-μl- oder 20-μl-Pipettenspitzen oder einen Zellschaber verwenden. Differenzierte Bereiche erscheinen dichter oder weißer. HINWEIS: Abgeschabte Zellaggregate können sich noch teilweise am Boden der Vertiefung anheften.</li>
	<li>Waschen Sie den Brunnenboden mehrmals mit einer P1000-Pipette mit breitem Bohrloch, um alle Aggregate zu entfernen, die möglicherweise noch teilweise am Boden der Vertiefung haften.</li>
	<li>Verwerfen Sie das verbrauchte Medium, in dem die iPS-Zellen kultiviert wurden und das die abgelösten iPSC-Aggregate enthält. Wiederholen Sie den Waschschritt noch zwei weitere Male mit phosphatgepufferter Kochsalzlösung (PBS).</li>
	<li>Als nächstes fügen Sie 1 ml 5 U/ml Dispase pro Vertiefung hinzu. Die Ränder der iPSC-Kolonien heben sich von der Well-Platte ab, was unter dem Stereomikroskop nach 3-5 Minuten Inkubation bei Raumtemperatur beobachtet werden kann.</li>
	<li>Entfernen Sie Dispase vorsichtig, um zu vermeiden, dass sich leicht ablösende Aggregate lösen, und fügen Sie 1 ml DMEM/F-12 mit 15 mM HEPES hinzu. Verwenden Sie einen Einweg-Zellheber, um die Aggregate in kleine Größen zu schneiden. Die Konsistenz der iPSC-Aggregatgrößen kann mit einem Stammzell-Passage-Tool verbessert werden.</li>
	<li>Waschen Sie die in Scheiben geschnittenen iPSC-Aggregate mit dem Medium im Well ab und überführen Sie das Medium mit den Aggregaten in ein konisches 15-ml-Röhrchen mit einer serologischen 5-ml-Pipette oder P1000 mit einer breiten Bohrungsspitze.</li>
	<li>Spülen Sie die Vertiefung mit DMEM/F-12 und füllen Sie das Medium in das 15-ml-Röhrchen mit den iPSC-Aggregaten um.</li>
	<li>Zentrifugieren Sie die in Scheiben geschnittenen iPSC-Aggregate bei 200 x g für 3 Minuten. Entfernen Sie den Überstand mit einer Pasteur-Glaspipette und fügen Sie 2 ml hiPSC-SFM hinzu, um die iPS-Zellen mit einer serologischen 5-ml-Pipette oder einer P1000-Pipette mit breiter Bohrung zu lösen und zu resuspendieren.</li>
	<li>Saugen Sie den übrig gebliebenen Basalmembranextrakt von der/den vorbeschichteten Well-Platte(n) ab und geben Sie 1 ml hiPSC-SFM in jede Vertiefung der 6-Well-Platte.</li>
	<li>Übertragen Sie iPS-Zellen in neue Vertiefungen einer 6-Well-Platte, so dass das Endvolumen 2 ml hiPSC-SFM pro Well beträgt, wobei ein P1000 mit Wide-Bore-Spitzen verwendet wird. Je nach iPSC-Leitung müssen die Split-Verhältnisse optimiert werden. Hier wurde ein Split-Verhältnis von 1:6 verwendet.</li>
	<li>Überprüfen Sie die Vertiefung unter dem Stereomikroskop auf schwimmende Aggregate und Aggregatgröße. Idealerweise sollte die Aggregatgröße zwischen 50-200 μm liegen.</li>
	<li>Schwenken Sie die Well-Platte, um die Zellen nach dem Transfer der Aggregate gleichmäßig auf der Platte zu verteilen, und inkubieren Sie bei 37 °C bei 5 % CO2 bis zu 70-80 % Konfluenz.</li>
</ol>3. Einfrieren von iPS-Zellen
<ol><li>Um iPSC-Zellen wieder einzufrieren, werden die Zellen wie oben beschrieben (siehe Protokollschritt "2. Passage von iPS-Geräten"). Nachdem die Zellen in Kolonien geschnitten und vom Boden der Vertiefung abgewaschen wurden (Schritt 2.10), werden die in Scheiben geschnittenen Aggregate 3 Minuten lang bei 200 x g heruntergeschleudert. Saugen Sie den Überstand ab.</li>
	<li>Geben Sie 1 ml serumfreies Kryokonservierungsmedium pro Well einer 6-Well-Platte in das 15-ml-Röhrchen und resuspendieren Sie die geschnittenen Aggregate mit einem P1000 mit einer breiten Bohrungsspitze.</li>
	<li>Übertragen Sie die Zellen in vormarkierte Kryoröhrchen. Röhrchen verschließen und Röhrchen bei 4 °C in einen vorgekühlten Kryokonservierungsbehälter überführen. Die Zellen werden 24-48 h bei -80 °C gelagert.</li>
	<li>Füllen Sie Kryoröhrchen zur Langzeitlagerung in flüssigen Stickstoff um. HINWEIS: Eine schematische Zusammenfassung des OC-Differenzierungsprozesses ist in Abbildung 1 dargestellt.</li>
</ol>4. Induktion des Embryoidkörpers
<ol><li>Kultivieren und expandieren Sie ausreichend iPS-Zellen wie oben beschrieben für die EB-Induktion. HINWEIS: Die OC-Produktion kann durch die Erhöhung der Anzahl der Embryoidkörper erhöht werden, die wiederum eine insgesamt höhere Ausbeute an hämatopoetischen Zellen produzieren. Ein Well mit 70-80% konfluenten iPS-Zellen ergibt ca. 8,4 x 105 Zellen pro Well eines 6-Well-Platten-Wells. 12.500 einzellige iPS-Zellen werden benötigt, um einen embryoidförmigen Körper zu bilden.</li>
	<li>Saugen Sie das verbrauchte Medium aus den iPSC-Kulturen ab und spülen Sie die iPSC-Kolonien mit D-PBS.</li>
	<li>Geben Sie 0,5 ml auf Raumtemperatur vorgewärmtes Einzelzell-Dissoziationsreagenz in jede Vertiefung einer 6-Well-Platte und schwenken Sie das Kulturgefäß, um die gesamte Well-Oberfläche zu beschichten. Das Kulturgefäß wird bei 37 °C für 5-8 min inkubiert.</li>
	<li>Nehmen Sie das Gefäß aus dem Inkubator, saugen Sie das Einzelzelldissoziationsreagenz ab und geben Sie 1 ml des Differenzierungsmediums der Stufe 1 in die Vertiefungen, bestehend aus hiPSC-serumfreiem Medium mit 50 ng/ml humanem morphogenetischem Knochenprotein 4 (hBMP4), 50 ng/ml humanem vaskulärem endothelialem Wachstumsfaktor-165 (hVEGF), 20 ng/ml humanem Stammzellfaktor (hSCF), und 10 μM Y-27632.</li>
	<li>Lösen Sie die Zellen vorsichtig ab, indem Sie die Vertiefung mit dem Medium der Stufe 1 spülen. Im Pool dissoziierte iPS-Zellen in ein konisches 15-ml-Röhrchen.</li>
	<li>Geben Sie 1 ml Differenzierungsmedium der Stufe 1 in die Vertiefungen und waschen Sie alle verbleibenden Zellen ab oder verwenden Sie einen Zellschaber für Kolonien, die sich nicht leicht abwaschen lassen.</li>
	<li>Nachdem Sie alle Zellen in das Röhrchen umgefüllt haben, zentrifugieren Sie bei 200 × g für 5 Minuten bei Raumtemperatur, um ein Zellpellet zu bilden. Die Zellen werden in insgesamt 2 ml voräquilibriertem Differenzierungsmedium der Stufe 1 mit einer serologischen 5-ml-Pipette oder einem P1000 mit einer weiten Spitze abgesaugt und resuspendiert.</li>
	<li>Zählen Sie Zellen mit einem Hämozytometer oder einem automatischen Zellzählgerät. Geben Sie das Medium in das 15-ml-Röhrchen, das die Einzelzellsuspension enthält, auf eine Platte mit 12.500 Zellen pro Well in einer 96-Well-Platte mit rundem Boden und extrem niedrigem Aufsatz in 100 μl des Differenzierungsmediums der Stufe 1. HINWEIS: Unter dem Mikroskop erscheinen die Zellen als einzellige Suspension mit Zellen, die im gesamten Well verteilt sind.</li>
	<li>Zentrifugieren Sie die 96-Well-Platten 3 Minuten lang bei 100 x g. Nach dem Zentrifugieren sollten die Zellen beginnen, Sphäroiden zu ähneln, wenn sie unter dem Mikroskop betrachtet werden. Stellen Sie die Platte für 24 h in einen 37 °C warmen Inkubator.</li>
	<li>Wechseln Sie die Hälfte des Mediums an Tag 1 und Tag 2 mit dem Differenzierungsmedium der Stufe 1. Um die Effizienz zu verbessern, verwenden Sie eine Mehrkanalpipette, um 50 μl des verbrauchten Differenzierungsmediums der Stufe 1 in eine Petrischale zu entsorgen.</li>
	<li>Nachdem Sie das Medium von der 96-Well-Platte entsorgt haben, suchen Sie unter dem Stereomikroskop nach EBs, die möglicherweise versehentlich entfernt wurden. Übertragen Sie versehentlich entfernte EBs mit einer P1000-Pipette mit weiten Spitzen auf die 96-Well-Platte.</li>
	<li>Mit einer Mehrkanalpipette 50 μl frisches Differenzierungsmedium der Stufe 1 in jede Vertiefung einer 96-Well-Platte mit rundem Boden und extrem niedrigem Aufsatz geben.</li>
</ol>5. Hämatopoetische Differenzierung
<ol><li>Einen Tag vor Beginn der hämatopoetischen Differenzierung wird eine Vertiefung einer 6-Well-Platte mit 1 ml eines Basalmembranextrakts in einer Konzentration von 200-300 μg/ml beschichtet. Stellen Sie die Well-Platte über Nacht bei 4 °C auf. HINWEIS: Jede Bohrung erhält zu einem späteren Zeitpunkt dieses Protokolls 8 EBs. Abhängig von der Anzahl der präparierten EBs sind die Vertiefungen entsprechend zu beschichten.</li>
	<li>Saugen Sie den überschüssigen Basalmembranextrakt ab und füllen Sie die Vertiefungen der 6-Well-Platte mit 3 ml des Differenzierungsmediums der Stufe 2 auf, das aus einem hämatopoetischen Basalmedium besteht, dem 2 mM Ultraglutamin, 55 μM 2-Mercaptoethanol, 25 ng/ml humanes Interleukin 3 (hIL-3) und 100 ng/ml humaner Makrophagen-Kolonie-stimulierender Faktor (hM-CSF) zugesetzt werden.</li>
	<li>Verwenden Sie einen P1000 mit Spitzen mit breiter Bohrung und übertragen Sie 8 EBs in jede Vertiefung der 6-Well-Platte. Vergewissern Sie sich nach dem Übertragen mit Augenmaß oder unter dem Stereomikroskop, dass sich in jeder Vertiefung 8 EBs befinden. HINWEIS: Nach 1 Tag haften die schwimmenden EBs am Brunnenboden. In den folgenden 5-7 Tagen sollte eine schwimmende Zellpopulation aus hämatopoetischen Zellen sichtbar werden. Die hämatopoetische Differenzierungsperiode kann variiert werden, beginnend mit 7 Tagen. Die Differenzierung über 10 Tage ergab eine hämatopoetische Population, die sich aus großen CD45+-, CD14+ - und CD11b+ -Subpopulationen zusammensetzte.</li>
	<li>Nach 5-tägiger Behandlung mit dem Differenzierungsmedium der Stufe 2 führen Sie einen Mediumwechsel durch, indem Sie das verbrauchte Medium entfernen und in ein konisches 50-ml-Röhrchen abgeben. Pipettieren Sie langsam, um zu versuchen, so wenig schwimmende Zellen wie möglich zu entfernen und die Scherspannung so gering wie möglich zu halten. Das Pipettieren unter dem Stereomikroskop kann dazu beitragen, eine versehentliche Entnahme von Zellen zu vermeiden.</li>
	<li>Geben Sie sofort 1 ml frisches Differenzierungsmedium der Stufe 2 in die Vertiefungen. Um schwimmende hämatopoetische Zellen, die zu diesem Zeitpunkt des Differenzierungsprozesses bereits vorhanden sind, zurückzugewinnen, darf das abgegebene Medium nicht verworfen werden. Drehen Sie stattdessen das Röhrchen mit dem verbrauchten Medium bei 300 x g für 5 Minuten ab und saugen Sie den Überstand ab.</li>
	<li>Geben Sie frisches Differenzierungsmedium der Stufe 2 in das Röhrchen und resuspendieren Sie es, um Zellen abzulösen, die möglicherweise mit dem verbrauchten Medium übertragen wurden.</li>
	<li>Geben Sie 2 ml des frischen Differenzierungsmediums der Stufe 2 mit den gewonnenen Zellen in jede Vertiefung, die zuvor mit 1 ml des Differenzierungsmediums der Stufe 2 gefüllt war.</li>
	<li>Am 10. Tag der hämatopoetischen Differenzierung ist auf das Vorhandensein einer großen Anzahl schwimmender hämatopoetischer Zellen zu achten. Ernten Sie, indem Sie sie in einem 50-ml-Röhrchen sammeln. Sie können entweder in 10 % DMSO, 50 % FBS und 40 % Medium eingefroren oder sofort verwendet werden, um die Zellen in OCs zu differenzieren.</li>
</ol>6. M-CSF-Reifung und OC-Differenzierung
<ol><li>Samenzellen in einer Konzentration von 200.000 Zellen/cm2 auf Gewebekultur, behandelte Well-Platten und behandeln mit alpha-MEM, ergänzt mit 10% FBS und 50 ng/ml hM-CSF.</li>
	<li>Um funktionelle Assays oder Bildgebung durchzuführen, trennen Sie die gereiften M-CSF-Zellen 3 Tage nach der Aussaat ab, indem Sie sie mit einem P1000 mit einer Spitze mit breiter Bohrung mit vorgewärmtem PBS auf 37 °C waschen. Möglicherweise sind wiederholte Waschschritte erforderlich, um die Zellen vollständig zu lösen.</li>
	<li>Die abgelösten Zellen werden mit einem P1000 mit breiter Spitze in ein 15-ml-Röhrchen überführt und 5 Minuten lang bei 300 x g zentrifugiert. Verwerfen Sie den Überstand.</li>
	<li>Resuspendieren und lösen Sie das Zellpellet mit dem OC-Differenzierungsmedium, bestehend aus alpha-MEM, ergänzt mit 10% FBS, 50 ng/ml hM-CSF und 80 ng/ml hRANKL. Zählen Sie die Zellen mit einem Hämozytometer oder einem automatischen Zellzählgerät und säen Sie M-CSF-gereifte Zellen mit einer Dichte von 200.000-250.000 Zellen/cm2 in einem geeigneten Kulturgefäß für funktionelle Assays oder Bildgebung (d. h. Knochenresorptionsassays, Deckglas-Objektträger für die Bildgebung usw.) wieder aus.</li>
	<li>Differenzieren Sie mit dem OC-Differenzierungsmedium für 7-9 Tage. Führen Sie alle 2-3 Tage einen kompletten Well-Mediumwechsel mit dem frischen OC-Differenzierungsmedium durch. HINWEIS: Mehrkernige OCs treten in der Regel nach 5-7 Tagen auf.</li>
</ol>

Die Autoren erklären, dass es keine konkurrierenden Interessen gibt.

Dieses Protokoll bietet eine zuverlässige und robuste Methode zur Unterscheidung von iPS-Zellen in OCs. Dennoch gibt es einige Fallstricke, die während des gesamten Differenzierungsprozesses auftreten können. Humane iPSC-Linien, die aus Zellen unterschiedlicher Gewebeherkunft erzeugt wurden, wurden mit diesem Protokoll erfolgreich differenziert33. Beim Einfrieren von iPS-Zellen (siehe Protokollschritt "3. Einfrieren von iPS-Geräten") wurde eine Vertiefung zum Zeitpunkt des Durchgangs wieder in ein...

Osteoklasten (OCs) sind hämatopoetische 1,2, vielseitige Zelltypen, die häufig von Forschern in Bereichen wie der Erforschung von Knochenkrankheiten 3,4, derKrebsforschung 5,6, dem Tissue Engineering 7,8 undder Endoprothesenforschung 9,10 verwendet werden. Nichtsdestotrotz kann die OC-Differenzierung eine Herausforderung darstellen, da die Fusion von mononukleären Vorläufern zu mehrkernigen OCs notwendig ist, um funktionelle OCs zu erzeugen11. Mehrere biologische Faktoren, wie z.B. der Rezeptoraktivator des NF-κB-Liganden (RANKL) und der Makrophagen-Kolonie-stimulierende Faktor (M-CSF), sind für die OC-Differenzierung notwendig. Es wurde berichtet, dass M-CSF einen positiven Effekt auf die Zellproliferation, das Zellüberleben und die RANK-Expression hat 12,13,14. Auf der anderen Seite bindet RANKL an RANK, das nachgeschaltete Signalkaskaden aktiviert, die die Osteoklastogenese induzieren. Die Aktivierung wird über den TNF-Rezeptor-assoziierten Faktor 6 (TRAF6) vermittelt, der zum Abbau des nukleären Faktors des Kappa-Light-Polypeptid-Genverstärkers im B-Zell-Inhibitor alpha (IκB-α) führt, einem Bindungsprotein, das NF-kB-Dimerebindet 16,17. Daher werden beim Abbau von IκB-α NF-kB-Dimere freigesetzt, die dann in den Zellkern translozieren und die Expression der Transkriptionsfaktoren c-Fos und Nuclear Factor of Activated T-Cells 1 (NFATc1) induzieren. Dies wiederum löst die Transkription einer Vielzahl von Proteinen aus, die mit der OC-Differenzierung zusammenhängen15,18. Hochregulierte Proteine wie DC-Stamp und Atp6v0d2 vermitteln die Zell-Zell-Fusion von OC-Vorläufern, was zur Bildung von Synzytium führt 19,20,21.
In Bezug auf humane Primärzellen sind CD34+ und CD14+ PBMCs derzeit die am häufigsten verwendeten Zelltypen für die Differenzierung in OCs22. Dieser Ansatz ist jedoch durch die Heterogenität innerhalb der CD34+ -Population von geernteten Zellen von Spendern23 und ihre begrenzte Erweiterbarkeit begrenzt. Humane iPS-Zellen stellen eine alternative Quelle für OCs dar. Da sie unbegrenzt vermehrt werden können24, ermöglichen sie eine Erweiterbarkeit und Hochskalierung der OC-Produktion. Dies ermöglicht die Differenzierung einer großen Anzahl von OCs, was die OC-Forschung erleichtert.
Es wurden mehrere Protokolle zur Differenzierung von iPS-Zellen in OCs veröffentlicht 25,26,27. Der gesamte Differenzierungsprozess kann in einen iPSC-Propagationsteil, einen mesodermalen und einen hämatopoetischen Differenzierungsteil und eine OC-Differenzierung unterteilt werden. Die Vermehrung von iPS-Zellen vor dem Differenzierungsprozess ermöglicht die Hochskalierung der OC-Produktion vor der Differenzierung. Es existieren mehrere Ansätze zur mesodermalen und hämatopoetischen Differenzierung. Traditionell wurde die Bildung von Embryoidkörpern (EB) zur Differenzierung hämatopoetischer Zellen verwendet, aber Monolayer-basierte Ansätze stellen eine weitere hämatopoetische Differenzierungsstrategie dar, die keine EB-Induktion erfordert. Nichtsdestotrotz scheinen monolayer-basierte Systeme weiterer Optimierung zu bedürfen, da wir und andere festgestellt haben, dass EB-basierte Ansätze robuster für die Differenzierung von OCs sind.
Hier beschreiben wir die Differenzierung von OCs von humanen iPSCs mit Hilfe eines EB-basierten Protokolls. Dieses Protokoll wurde von Rössler et al.26 adaptiert und modifiziert, um die Robustheit zu erhöhen und die Kryokonservierung während des Differenzierungsprozesses zu ermöglichen. Erstens haben wir hämatopoetische Zellen nur einmal nach 10 Tagen der Differenzierung geerntet. Die hämatopoetischen Zellen wurden dann kryokonserviert, um mehr Flexibilität während des Differenzierungsprozesses zu ermöglichen. Zusätzlich haben wir die hämatopoetische Zellaussaatdichte von 1 x 105 auf 2 x 105 Zellen/cm2 für die OC-Differenzierung erhöht. Es wurde ein neueres humanes iPSC-serumfreies Medium (hiPSC-SFM, siehe Materialtabelle) verwendet, und die Beschichtung der Wells wurde mit 200-300 μg/ml eines Basalmembranextrakts (siehe Materialtabelle) anstelle von 0,1% Gelatine durchgeführt. Penicillin/Streptomycin wurde den Medien nicht hinzugefügt.
Das Protokoll von Rössler et al.26 wurde ursprünglich von einem iPSC-Protokoll auf ein Makrophagen-Differenzierungsprotokoll28 adaptiert, das die EB-Bildung zur hämatopoetischen Differenzierung nutzt. Während die EB-Bildung von Forschern seit längerer Zeit für die hämatopoetische Differenzierung verwendet wird29,30, wurden in der Literatur mehrere Methoden der EB-Induktion beschrieben, wie z. B. spontane Aggregation, Zentrifugation in einer Well-Platte mit rundem Boden, hängende Tropfenkultur, Bioreaktorkultur, konische Röhrchenkultur, langsam drehende laterale Gefäße und Mikroformgelkultur31. Dieses Protokoll verwendet die Zentrifugation von dissoziierten iPS-Zellen in einer Well-Platte mit rundem Boden, um einzelne iPSC-Zellen in die Nähe zueinander zu bringen und die Bildung von Kugeln (EB) zu ermöglichen, wie im Folgenden beschrieben.

<table><tbody><tr><td>2-Mercaptoethanol</td><td>Sigma Aldrich</td><td>M6250-10ML</td><td></td></tr><tr><td>Antikörper - Anti-Cathepsin K&nbsp;</td><td>Abcam</td><td>ab19027</td><td></td></tr><tr><td>Antikörper - APC-konjugiertes Anti-Human-CD45</td><td>BD</td><td>555485</td><td></td></tr><tr><td>Antikörper - APC-konjugiertes Maus-IgG1, &kappa; Isotyp-Kontrolle</td><td>BD</td><td>555751</td><td></td></tr><tr><td>Antikörper - BV711-konjugierter Anti-Human-CD14</td><td>BD</td><td>563372</td><td></td></tr><tr><td>Antikörper - BV711-Konjugate Maus IgG2b, &kappa; Isotypkontrolle</td><td>BD</td><td>563125</td><td></td></tr><tr><td>Antikörper - Ziege Anti-Kaninchen IgG H& L Alexa Fluor&reg; 647</td><td>Abcam</td><td>ab150079</td><td></td></tr><tr><td>Antikörper - PE-konjugiertes Anti-Human-CD14</td><td>R& D Systems</td><td>FAB3832P-025</td><td></td></tr><tr><td>Antikörper - PE-konjugiertes Anti-Human-Integrin alpha M/CD11b</td><td>R& D Systems</td><td>FAB16991P-025</td><td></td></tr><tr><td>Antikörper - PE-Cy7-konjugiertes Anti-Human-CD34</td><td>BD</td><td>560710</td><td></td></tr><tr><td>Antikörper - PE-Cy7-konjugiertes Maus-IgG1 & Kappa; Isotypkontrolle</td><td>BD</td><td>557872</td><td></td></tr><tr><td>Antikörper - PE/Cyanin5-konjugiertes Anti-Human-CD11b</td><td>Biolegend</td><td>301308</td><td></td></tr><tr><td>Antikörper - PE/Cyanin5-konjugiertes Maus-IgG1, &kappa; Isotyp Ctrl</td><td>Biolegend</td><td>400118</td><td></td></tr><tr><td>Antikörper - PerCP-Cy5.5-konjugiertes Maus-IgG1 & kappa; Isotypkontrolle</td><td>BD</td><td>550795</td><td></td></tr><tr><td>Antikörper - PerCpCy5.5-konjugiertes Anti-Human-CD43</td><td>BD</td><td>563521</td><td></td></tr><tr><td>Knochenresorptions-Assay-Kit</td><td>CosmoBioUSA</td><td>CSR-BRA-24KIT</td><td></td></tr><tr><td>Countess 3 Automatisierter Zellzähler</td><td>ThermoFisher</td><td>16812556</td><td></td></tr><tr><td>Cultrex Stammzell-qualifizierter Basalmembranextrakt mit reduziertem Wachstumsfaktor</td><td>R& D Sytems</td><td>3434-010-02</td><td>Basalmembranextrakt</td></tr><tr><td>DAPI</td><td>R& D Systems</td><td>5748/10</td><td></td></tr><tr><td>Dispase (5 U/ml)</td><td>STEMCELL Technologies</td><td>7913</td><td></td></tr><tr><td>DMEM/F-12 mit 15 mM HEPES-Stammzelle</td><td></td><td>36254</td><td></td></tr><tr><td>DMSO</td><td>Sigma Aldrich</td><td>D2650</td><td></td></tr><tr><td>DPBS</td><td>Sigma Aldrich</td><td>D8537-500ML</td><td></td></tr><tr><td>Morphogenetisches Protein 4 (hBMP4)</td><td>STEMCELL Technologies</td><td>78211</td><td></td></tr><tr><td>Humaner IL-3</td><td>STEMCELL</td> Technologies <td>78146.1</td><td></td></tr><tr><td>Humaner Makrophagen-Kolonie-stimulierender Faktor (hM-CSF)</td><td>STEMCELL Technologies</td><td>78150.1</td><td></td></tr><tr><td>Humaner löslicher Rezeptoraktivator des Kernfaktors-&kappa; B-Ligand (hsRANKL)</td><td>STEMCELL Technologies</td><td>78214.1</td><td></td></tr><tr><td>Humaner Stammzellfaktor (hSCF)</td><td>STEMCELL Technologies</td><td>78155.1</td><td></td></tr><tr><td>Humaner TruStain FcX (Fc-Rezeptor-Blockierungslösung)</td><td>Biolegend</td><td>422301</td><td></td></tr><tr><td>Humaner vaskulärer endothelialer Wachstumsfaktor-165 (hVEGF165)</td><td>STEMCELL Technologies</td><td>78073</td><td></td></tr><tr><td>Invitrogen Rhodamin-Phalloidin</td><td>Invitrogen</td><td>R415</td><td></td></tr><tr><td>MEM &alpha;, Nukleoside, kein Phenolrot</td><td>ThermoFisher</td><td>41061029</td><td></td></tr><tr><td>mFreSR</td><td>STEMCELL Technologies</td><td>05855</td><td>Serumfreies Kryokonservierungsmedium</td></tr><tr><td>mTeSR Plus Medium</td><td>STEMCELL Technologies</td><td>100-0276</td><td>Humanes iPSC-Serummedium (hiPSC-SFM)</td></tr><tr><td>Nunclon Sphera 96-Well, Nunclon Sphera-behandelt, U-förmiger-Boden Mikrotiterplatte</td><td>Thermo Scientific</td><td>174925</td><td>96-Well-Platte mit rundem Boden und extrem niedriger Bindung</td></tr><tr><td>P1000 Spitzen mit breiter Bohrung</td><td>ThermoFisher</td><td>2079GPK</td><td></td></tr><tr><td>ROCK-Inhibitor Y-27632</td><td>STEMCELL Technologies</td><td>72304</td><td></td></tr><tr><td>StemSpan SFEM</td><td>StemCell</td><td>09650</td><td>Hämatopoetisches Zellkulturmedium</td></tr><tr><td>TrypLE Select Enzym (1X), ohne Phenolrot</td><td>Thermo Fisher</td><td>12563011</td><td>Einzelzell-Dissoziationsreagenz</td></tr><tr><td>Ultraglutamin</td><td>Bioscience</td><td>Lonza BE17-605E/U1</td><td></td></tr><tr><td>X-VIVO 15 Serumfreies hämatopoetisches Zellmedium</td><td>Bioscience</td><td>Lonza 04-418Q</td><td>Hämatopoetisches Basalmedium</td></tr> <tr><td>& Mikro;-Slide 8 Well High</td><td>Ibidi</td><td>80806</td><td></td></tr></tbody></table>

differenzierung und charakterisierung von osteoklasten aus humanen induzierten pluripotenten stammzellen

Differentiation and Characterization of Osteoclasts from Human Induced Pluripotent Stem Cells

Dieses Protokoll beschreibt die Vermehrung und Passage von humanen iPS-Zellen und ihre Differenzierung in Osteoklasten. Zunächst werden iPS-Zellen in eine einzellige Suspension dissoziiert, um sie in der Induktion des Embryoidkörpers weiter zu verwenden. Nach der mesodermalen Induktion durchlaufen die Embryoidkörper eine hämatopoetische Differenzierung, wodurch eine schwimmende hämatopoetische Zellpopulation entsteht. Anschließend durchlaufen die geernteten hämatopoetischen Zellen einen Makrophagenkolonie-stimulierenden Faktorreifungsschritt und schließlich eine Osteoklastendifferenzierung. Nach der Osteoklastendifferenzierung werden die Osteoklasten durch eine Färbung für TRAP in Verbindung mit einer methylgrünen Kernfärbung charakterisiert. Osteoklasten werden als mehrkernige, TRAP+-Polykaryonen beobachtet. Ihre Identifizierung kann durch die Cathepsin-K-Färbung weiter unterstützt werden. Knochen- und Mineralresorptionsassays ermöglichen eine funktionelle Charakterisierung und bestätigen die Identität von echten Osteoklasten. Dieses Protokoll stellt eine robuste und vielseitige Methode zur Unterscheidung menschlicher Osteoklasten von iPS-Zellen dar und ermöglicht eine einfache Anwendung in Anwendungen, die große Mengen an funktionellen menschlichen Osteoklasten erfordern. Denkbar wären Anwendungen in den Bereichen Knochenforschung, Krebsforschung, Tissue Engineering und Endoprothesenforschung.

Überwachung der Zellmorphologie während des gesamten Differenzierungsprozesses Alle unten beschriebenen Ergebnisse wurden mit der MCND-TENS2 iPSC-Linie zur OC-Differenzierung generiert. Diese iPSC-Linie wurde bereits in mehreren Studien eingesetzt 32,33. Nichtsdestotrotz wurden auch andere iPSC-Linien mit diesem Differenzierungsprotokoll erfolgreich eingesetzt.
Regelmäßige visuelle Untersuchungen zeigen unterschiedl...

Dieses Protokoll stellt die Differenzierung humaner Osteoklasten aus induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSCs) dar und beschreibt Methoden zur Charakterisierung von Osteoklasten und Osteoklastenvorläufern.

Differenzierung und Charakterisierung von Osteoklasten aus humanen induzierten pluripotenten Stammzellen

This protocol details the propagation and passaging of human iPSCs and their differentiation into osteoclasts. First, iPSCs are dissociated into a ...

Einleitung.Osteoklasten sind ein mehrkerniger Zelltyp, der häufig von Forschern in Bereichen wie der Erforschung von Knochenkrankheiten, Krebsforschung, Gewebezüchtung und Endoprothesenforschung verwendet wird. Dennoch kann die Osteoklastendifferenzierung eine Herausforderung darstellen, da eine Fusion von Vorläufern notwendig ist. Darüber hinaus erfordert die Differenzierung menschlicher Osteoklasten von IPSCs den Einsatz einer Vielzahl biologischer Faktoren zum richtigen Zeitpunkt.Wenn es um menschliche Primärzellen geht. CD34+periphere mononukleäre Blutzellen sind derzeit der am weitesten verbreitete Zelltyp für die Differenzierung in Osteoklasten. Dieser Ansatz ist jedoch durch die Heterogenität innerhalb der CD34+-Population und deren begrenzte Erweiterbarkeit begrenzt.Humane IPSCs stellen eine alternative Quelle für Osteoklasten dar. Da sie unbegrenzt vermehrt werden können, ermöglichen sie eine Erweiterbarkeit und Hochskalierung der Osteoklastenproduktion. Dies ermöglicht die Differenzierung einer großen Anzahl von Osteoklasten, was die Osteoklastenforschung erleichtert.Hier demonstrieren unser Postdoc Alexander Blumke und die Doktorandin Jessica Simon die Differenzierung vo

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Research

Forschung

JoVE Journal

Developmental Biology

Entwicklungsbiologie

Osteoklasten sind die Haupt knochenresorbierenden Zellen im Körper. Eine Fähigkeit, die Osteoklasten in großer Zahl zu isolieren hat erhebliche Fortschritte im Verständnis der Osteoklasten Biologie geführt. In diesem Protokoll beschreiben wir ein Verfahren zur Isolierung, Kultivierung und Quantifizierung der Osteoklastenaktivität in vitro.

Osteoklasten Ableitung aus Knochenmark der Maus

Notch-Signalisierung ist eine Form der zellulären Kommunikation, die auf direktem Kontakt zwischen Zellen beruht. Um den Notch-Signalweg in vitro korrekt zu induzieren, müssen Notch-Liganden den Zellen in einem immobilisierten Zustand präsentiert werden. Dieses Protokoll beschreibt Methoden zur in vitro Stimulation des Notch-Signalwegs in Maus-Osteoklasten-Vorläufern.

Die Stimulation der Notch-Signalweg in Maus-Osteoklasten Precursors

Wir präsentieren ein Protokoll zur Erzeugung einer chondrogenen Linie aus menschlichem peripherem Blut (PB) über induzierte pluripotenten Stammzellen (iPSCs) unter Verwendung einer integrationsfreien Methode, die Embryoidkörperbildung (EB), Fibroblastische Zellenexpansion und chondrogene Induktion umfasst.

Unterscheidung von Chondrozyten aus periphere Blut-abgeleiteten menschlichen induzierten pluripotenten Stammzellen

In diesem Artikel präsentieren wir Methoden zum isolieren und Stromazellen Knochenmarkzellen und Blutstammzellen von Röhrenknochen Maus unterscheiden. Zwei verschiedene Protokolle sind nachgiebig unterschiedliche Zellpopulationen geeignet für Erweiterung und Differenzierung in Adipozyten, Osteoblasten und Osteoklasten vorgestellt.

Isolation, Kultur und Differenzierung von Stromazellen Knochenmarkzellen und Osteoklasten-Vorläufer von Mäusen

Hier präsentieren wir Ihnen ein Protokoll für die Erzeugung von induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSCs) von Li-Fraumeni Syndrom (LFS) Patienten abgeleiteten Fibroblasten, Differenzierung der iPSCs über mesenchymalen Stammzellen (MSCs), Osteoblasten und Modellierung in vivo Tumorgenese mit LFS Patienten abgeleitet Osteoblasten.

Modellierung von Osteosarkom mit Li-Fraumeni-Syndrom, die Patienten abgeleitet induzierten pluripotenten Stammzellen

Osteoklasten sind gewebespezifische Makrophage-Polykaryonen, die aus der monozytenmakrophären Linie hämatopoietischer Stammzellen abgeleitet werden. In diesem Protokoll wird beschrieben, wie Knochenmarkzellen isoliert werden können, so dass große Mengen an Osteoklasten gewonnen werden, während gleichzeitig das Unfallrisiko in traditionellen Methoden reduziert wird.

Isolierung, Reinigung und Differenzierung von Osteoclast-Laufläufern aus der Rattenmarkierung

Osteoklasten sind wichtige knochenresorbierende Zellen im Körper. Dieses Protokoll beschreibt eine zuverlässige Methode zur in vitro Differenzierung von Osteoklasten aus humanen Monozyten im peripheren Blut. Diese Methode kann als wichtiges Werkzeug verwendet werden, um die Osteoklastenbiologie in der Homöostase und bei Krankheiten besser zu verstehen.

Abgrenzung funktioneller Osteoklasten von CD14+ Monozyten aus humanem peripherem Blut

Dieses Protokoll beschreibt und vergleicht zwei repräsentative Methoden zur Differenzierung von hiPSCs in mesenchymale Stromazellen (MSCs). Die Monolayer-Methode zeichnet sich durch geringere Kosten, einfachere Bedienung und leichtere osteogene Differenzierung aus. Die Methode der Embryoidkörper (EBs) zeichnet sich durch einen geringeren Zeitaufwand aus.

Vergleich zweier repräsentativer Methoden zur Differenzierung humaner induzierter pluripotenter Stammzellen in mesenchymale Stromazellen

Die verfügbaren Systeme zur Differenzierung von pluripotenten Stammzellen (PSC) zu funktionellen Zellen werden derzeit durch Probleme mit starker Variabilität von Linie zu Linie und von Charge zu Charge behindert. Hier stellen wir am Beispiel der kardialen Differenzierung ein Protokoll vor, um den Prozess der PSC-Differenzierung auf Basis von bildbasiertem maschinellem Lernen intelligent zu überwachen und zu modulieren.

Eine auf Lebendzellen basierende Strategie für maschinelles Lernen zur Überwachung der Differenzierung pluripotenter Stammzellen

Hier beschreiben wir ein robustes Protokoll für die Ableitung menschlicher Kardiomyozyten, das die modulierte kardiale Differenzierung kleiner Moleküle und die durch Glukoseentzug vermittelte Kardiomyozytenreinigung kombiniert und die Produktion von gereinigten Kardiomyozyten für die Zwecke der Modellierung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen und des Wirkstoffscreenings ermöglicht.

Ableitung von Highly Purified Kardiomyozyten aus Menschen induzierten pluripotenten Stammzellen mit Small Molecule modulierte Differenzierung und anschließende Glucose Starvation

Lernen Sie die Differenzierung von Osteoklasten aus humanen iPSCs für Knochenforschung und Gewebetechnik. Dieses Protokoll ermöglicht zuverlässige Zellkulturmöglichkeiten für die Biologie.

Differenzierung und Charakterisierung von Osteoklasten aus humanen induzierten pluripotenten Stammzellen

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