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Derivación de podocitos renales humanos a partir de células madre pluripotentes inducidas: un procedimiento para la diferenciación dirigida de podocitos renales maduros a partir de células madre

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30 de abril de 2023

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Resumen

Fuente: Burt, M. et al. Diferenciación guiada de podocitos renales maduros a partir de células madre pluripotentes inducidas humanas en condiciones químicamente definidas. J. Vis. Exp. (2020)

En este video, describimos el protocolo para derivar podocitos renales humanos a partir de células madre pluripotentes inducidas a través de la diferenciación celular bajo condiciones químicas definidas. Los podocitos generados se pueden utilizar para pruebas de nefrotoxicidad y modelado de enfermedades.

Protocolo

1. Preparación de reactivos

  1. Diluir el suplemento de medios de cultivo celular (CCM) hiPS descongelados 5x en medio basal de cultivo celular hiPS para obtener una solución 1x de hiPS CCM.
    nota: El suplemento congelado 5x hiPS CCM requiere un proceso de descongelación lento, idealmente a 4 °C durante toda la noche. Las alícuotas del 1x hiPS CCM pueden almacenarse hasta 6 meses a -20 °C.
  2. Preparación de placas recubiertas de matriz de membrana basal (BM) 1 para el cultivo de células hiPS: Descongele la matriz BM 1 durante la noche en hielo a 4 °C. Una vez descongelados, prepare las alícuotas con los factores de dilución adecuados según lo sugerido por el fabricante.
    nota: Normalmente, las alícuotas se preparan para su posterior dilución en 25 mL de DMEM/F12 frío en un tubo cónico de 50 mL, seguido de una mezcla completa para disolver completamente la matriz BM 1 y evitar la formación de cristales residuales.
  3. Transfiera 1 mL de la solución de la matriz BM 1 a cada pocillo de una placa de 6 pocillos e incube a 37 °C durante 1-2 h o a 4 °C durante un mínimo de 24 h, envuelto en una película de parafina. Las placas recubiertas de matriz BM 1 pueden almacenarse a 4 °C durante un máximo de 2 semanas.
  4. Preparación de placas recubiertas de matriz de membrana basal (BM) 2: Diluir cantidades apropiadas de matriz BM 2 en agua destilada estéril de 9 mL para preparar una concentración final de 5 μg/mL. Añada 700 μL de la solución BM matrix 2 a cada pocillo de una placa de 12 pocillos e incube la placa a temperatura ambiente durante 2 h o toda la noche a 4 °C.
  5. Prepare 100 μg/ml de soluciones madre de BMP7, Activina A y VEGF de la siguiente manera: Reconstituya BMP7 en agua destilada estéril que contenga 0,1% (peso/vol) de BSA y reconstituya Activina A y VEGF por separado en PBS estéril que contenga 0,1% (peso/vol) de BSA. Para evitar ciclos frecuentes de congelación y descongelación, prepare 100 μL de alícuotas de cada solución madre y almacene a -20 °C durante un máximo de 6 meses.
  6. Prepare una solución madre de 10 mM de Y27632 disolviendo 10 mg de Y27632 en 3,079 mL de agua destilada estéril. Aliquot 100 μL del stock y almacenar a -20 °C durante un máximo de 6 meses.
  7. Disuelva 2 mg de CHIR99021 en 143,4 μL de DMSO estéril para preparar una solución madre de 30 mM. Prepare 5 μL de alícuotas y almacene a -20 °C durante un máximo de 1 mes (o según la recomendación del fabricante).
  8. Disuelva 10 mg de ácido retinoico trans en 3,33 ml de DMSO estéril. Prepare 500 μL de alícuotas y almacene a -20 °C durante un máximo de 6 meses.

>2. Preparación de los medios de cultivo

  1. Prepare el medio de diferenciación del mesodermo reconstituyendo las soluciones madre correspondientes a una concentración final de 100 ng/mL de Activina A, 3 μM CHIR99021, 10 μM Y27632 y 1x suplemento sin suero B27 en un volumen adecuado de DMEM/12 con suplemento de glutamina.
    nota: El medio de diferenciación del mesodermo debe estar recién preparado antes de los pasos de diferenciación y a un volumen apropiado para la escala del experimento (por lo general, 50 mL de medio son adecuados para dos placas de 12 pocillos).
  2. Prepare el medio de diferenciación del mesodermo intermedio reconstituyendo las soluciones madre correspondientes a una concentración final de 100 ng/mL de BMP7, 3 μM CHIR99021 y 1x suplemento sin suero B27 en DMEM/F12 con un suplemento de glutamina.
    nota: Si es necesario, el medio se puede complementar con penicilina-estreptomicina al 1% (vol/vol). Ajuste el volumen del medio mediante el uso de DMEM/F12 con suplemento de glutamina. Este medio se puede preparar en grandes lotes; sin embargo, se recomienda almacenar en alícuotas más pequeñas (por ejemplo, 45 mL en tubos cónicos de 50 mL) para evitar ciclos repetidos de congelación y descongelación. Este medio se puede almacenar a -20 °C durante un máximo de 3 meses y se puede descongelar a 4 °C durante la noche antes de su uso.
  3. Prepare el medio de inducción de podocitos reconstituyendo a una concentración final 100 ng/mL de BMP7, 100 ng/mL de activina A, 50 ng/mL de VEGF, 3 μM CHIR99021, 1x suplemento sin suero B27 y 0,1 μM de ácido transretinoico en DMEM/F12 con suplemento de glutamina. Proteja el medio de la luz (por ejemplo, envolviendo el recipiente con papel de aluminio).
    nota: Este medio puede prepararse en grandes lotes y almacenarse en la oscuridad a -20 °C durante un máximo de 3 meses. Las alícuotas congeladas deben descongelarse durante la noche a 4 °C antes de su uso.
  4. Prepare 25 mL de solución neutralizante de tripsina agregando FBS inactivado por calor al 10% (vol/vol) en DMEM/F12 y filtre en condiciones estériles.
  5. Para el mantenimiento posterior a la diferenciación de los podocitos derivados de células madre, prepare Complete Medium con medios de mantenimiento de podocitos añadiendo el suplemento al medio basal según las directrices del fabricante, y almacene a 4 °C durante un máximo de dos semanas.

>3. Cultivo de células hiPS sin alimentador utilizando medio de cultivo celular hiPS

  1. Aspire la solución residual de la matriz BM 1 de las placas prerrevestidas y lave los pocillos 3 veces con 1 a 2 mL de DMEM/F12 calentado.
  2. Aspire el CCM hiPS gastado de las células hiPS y enjuague las células 3 veces con DMEM/F12 calentado. Añadir 1 mL de solución tibia de desprendimiento de células e incubar durante 1 min a 37 °C para ayudar a disociar las células. Realice una inspección visual de las células bajo un microscopio de cultivo de tejidos y asegúrese de que los bordes de las colonias celulares aparezcan redondeados, luego aspire rápidamente la solución de desprendimiento celular de las células (asegurándose de que las colonias celulares aún estén unidas a la placa, aunque sin apretar). Enjuague suavemente las células una vez con DMEM/F12 para eliminar la solución de desprendimiento de células.
  3. Agregue 3 mL de hiPS CCM a las células hiPS (en cada pocillo de una placa de 6 pocillos) que fueron tratadas con la solución de desprendimiento de células. Raspe las colonias con un elevador de células y pipetee suavemente la suspensión de células hacia arriba y hacia abajo para desalojar las células poco adheridas. Lave bien la placa para asegurarse de que se recojan todas las células.
    nota: Se recomienda el uso de una pipeta de 5 ml para evitar el exceso de cizallamiento en las células.
  4. Transfiera 0,5 mL de la suspensión celular a cada pocillo de una nueva placa de 6 pocillos recubierta con 1 matriz BM que contenga 2 mL de CCM hiPS por pocillo. Mueva la placa en forma de ocho para distribuir las colonias celulares dentro de los pocillos e incubar a 37 °C en una incubadora de 5 % de CO2. Refresque el medio diariamente hasta que las células estén listas para ser pasadas o utilizadas para el experimento de diferenciación (aproximadamente 70 % de confluencia).
    nota: El tamaño ideal de la colonia para el paso rutinario de iPSC es de entre 200 y 500 μm en condiciones sin alimentador utilizando hiPS CCM (sin inhibidor de ROCK). Si las células se individualizan durante el tratamiento con enzimas de disociación o tampones, el hiPS CCM se puede complementar con un inhibidor de ROCK (por ejemplo, 10 μM Y27632) para mejorar la viabilidad celular.

>4. Diferenciación de células hiPS en células mesodermas (días 0-2)

  1. Mientras que los cultivos de células hiPS se encuentran en la fase de crecimiento exponencial (aproximadamente dentro de los 4 días posteriores al cultivo después del paso, y alrededor del 70% de confluencia), inspeccione visualmente la presencia de células diferenciadas espontáneamente dentro y alrededor de los bordes de las colonias. Si es necesario, raspe asépticamente las áreas de diferenciación.
  2. Aspire hiPS CCM de las células hiPS y enjuague las células 3 veces con DMEM/F12 tibio. Incubar las células con 1 mL de tampón de disociación celular libre de enzimas durante 10 min a 37 °C y comprobar la disociación al microscopio. Debido a las diferencias inherentes entre las diferentes líneas celulares de hiPS, el tiempo de incubación real para el tampón de disociación celular debe determinarse para una línea celular determinada.
  3. Raspe suavemente el pocillo con un elevador de células para desalojar las células poco adheridas y transfiera la suspensión celular a un tubo cónico de 15 mL, seguido de un pipeteo hacia arriba y hacia abajo varias veces para individualizar las células hiPS.
    1. Lleve la suspensión celular al volumen de 15 mL con DMEM/F12 caliente y centrifugue durante 5 min a 290 x g a temperatura ambiente.
    2. Aspire suavemente el sobrenadante y vuelva a suspender las células con DMEM/F12 caliente para otra ronda de centrifugación para eliminar los componentes residuales de la matriz BM 1 y del tampón de disociación.
  4. Aspire el sobrenadante y vuelva a suspender las células en 1 mL de medio de inducción de mesodermo como se describió anteriormente. Cuente el número total de células utilizando un hemocitómetro o un contador de rejas para determinar el volumen apropiado de medio de diferenciación del mesodermo necesario para lograr una concentración de 1 x 105 células/mL.
  5. Aspire la solución de ECM de las placas recubiertas de BM matrix 2 y enjuague las placas dos veces con DMEM/F12 tibio. Mezcle suavemente la suspensión de células hiPS pipeteando unas cuantas veces. Transfiera 1 mL de la suspensión celular a cada pocillo de las placas de 12 pocillos recubiertas de 2 pocillos de la matriz BM y luego agite suavemente las placas para distribuir las celdas de manera más uniforme.
  6. Incubar la placa a 37 °C en una incubadora con 5% de CO2. Refrescar el medio de inducción del mesodermo al día siguiente.
    nota: Después de 2 días, las células del mesodermo derivadas de células hiPS estarían listas para la inducción del mesodermo intermedio.

>5. Diferenciación de células mesodermas derivadas de células hiPS en mesodermo intermedio (días 2-16)

  1. En el día 2 del protocolo de diferenciación, aspire el medio de inducción del mesodermo y reponga con 1 mL por medio de inducción del mesodermo intermedio del pocillo.
  2. Refresh medium todos los días para mantener un umbral preciso de factores de crecimiento y moléculas pequeñas para las células metabólicamente activas. Si hay un crecimiento celular sustancial y un rápido agotamiento de los nutrientes del medio (indicado por el color amarillento del medio), el volumen del medio de diferenciación del mesodermo intermedio se puede aumentar a 1,3 mL por pocillo de las placas de 12 pocillos.
  3. Cultive células durante 14 días adicionales para obtener células del mesodermo intermedio. Para el día 16, estas células pueden ser criopreservadas para su uso posterior.

>6. Diferenciación de células del mesodermo intermedio derivadas de células hiPS en podocitos (días 16-21)

  1. Enjuague las células del mesodermo intermedio con DMEM/F12 tibio, seguido de la incubación de las células con 0,5 mL por pocillo de tripsina-EDTA al 0,05 % durante 3 min a 37 °C. Realice una inspección visual para asegurarse de que las células están comenzando a disociarse.
  2. Raspe las células con un elevador de células y pipetee la suspensión celular varias veces con una punta de pipeta de 1.000 μL para obtener células individualizadas (o pequeños grupos de ellas)
    nota: En esta etapa, asegúrese de que las células estén completamente disociadas, ya que es posible que las células agregadas no adquieran un fenotipo terminalmente diferenciado dentro de la línea de tiempo del protocolo.
  3. Agregue aproximadamente 2 mL por pocillo de solución neutralizante de tripsina para detener la actividad de la tripsina.
  4. Transfiera las células a un tubo cónico de 50 mL y aumente el volumen hasta 50 mL utilizando DMEM/F12, y luego centrifugue la suspensión de la celda durante 5 min a 201 x g a temperatura ambiente.
  5. Aspirar el sobrenadante y resuspender las células en el medio de inducción de podocitos. Para obtener resultados óptimos, asegure una densidad de siembra final de aproximadamente 100.000 células/pocillo de una placa de 12 pocillos. Agregue la suspensión celular a las placas recubiertas de BM matrix 2 y agite suavemente la placa para ayudar a distribuir las celdas de manera más uniforme.
  6. Incubar las células a 37 °C y 5% de CO2 y refrescar el medio diariamente durante un máximo de 5 días para obtener podocitos a las 21.
    nota: Los podocitos derivados de células hiPS resultantes se pueden mantener en cultivo durante 2-4 semanas adicionales mediante el uso de medio completo con medios de mantenimiento de podocitos. Una vez en el medio de mantenimiento de los podocitos, las células pueden alimentarse cada dos días y pueden utilizarse para estudios posteriores o análisis posteriores.

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Divulgaciones

No se han declarado conflictos de interés.

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
células
Células iPS humanas DU11La línea celular iPS DU11 (clon # 11 de la Universidad de Duke) se generó en las instalaciones centrales de iPSC de la Universidad de Duke y nos fue proporcionada por el Laboratorio Bursac de la Universidad de Duke. Esta línea ha sido analizada para micoplasma y nuestro laboratorio realizó el cariotipo por última vez en julio de 2019, y resultó ser cariotípicamente normal.
Factores de crecimiento y suplementos de medios
Ácido retinoico trans (500 mg)72262Tecnologías de células madre
Suplemento sin sérum B2717504044Tecnologías Thermo/Life
CHIR9902104-0004DerivantePuede mostrar variación de lote a lote
Kit mediano completo con
CulturaBoost-R
4Z0-500-RSistemas de celdasMedios de mantenimiento de podocitos
DMEM/F1212634028Tecnologías Thermo/Life
DMEM/F12 con suplemento GlutaMAX10565042Tecnologías Thermo/LifeDMEM/F12 con suplemento de glutamina
FBS inactivado por calor10082147Tecnologías Thermo/Life
Activina humana APHC9564Tecnologías Thermo/Life
BMP7 humanoPHC9544Tecnologías Thermo/Life
VEGF humanoPHC9394Tecnologías Thermo/Life
mTeSR1 medio05850Tecnologías de células madreMedios de cultivo celular hiPS (CCM)
Penicilina-estreptomicina líquida (100×)Números 15140-163Tecnologías Thermo/Life
Y27632 Inhibidor de ROCKAño 1254Tocris
anticuerpos
Anticuerpos secundarios conjugados Alexa Fluor 488 y Alexa Fluor 594A32744; A32754; A-11076; A32790Tecnologías Thermo/Life
Brachyury(T)AB20680Abcam
NefrinaGP-N2Progen
OCT4AF1759Sistemas de investigación y desarrollo
PAX271-6000Invitrogen
WT1MAB4234Millipore
Moléculas ECM
Fragmento de iMatrix-511 Laminin-E8 (LM-E8)N-892012Iwai América del NorteMatriz de membrana basal (BM) 2
Matriz calificada para Matrigel hESC, vial de 5 mL354277BD BiocienciasMatriz de membrana basal (BM) 1. Puede mostrar variación de lote a lote
Enzimas y otros reactivos
AccutaseA1110501Tecnologías Thermo/LifeSolución de desconexión de células
BsaA9418Sigma-Aldrich
Dimetilsulfóxido (DMSO)D2438Sigma-AldrichEl DMSO es tóxico. Debe manipularse en una campana de seguridad química
Tampón de disociación celular sin enzimas, sal equilibrada de Hank13150016Tecnologías Thermo/Life
Solución de etanol, 70% (vol/vol), grado biotecnológico97065-058VWREl etanol es inflamable y tóxico
FBS431097Corning
Paraformaldehído (PFA)28906Tecnologías Thermo/LifeEl PFA debe manipularse en una campana de gases químicos con el equipo de protección personal adecuado, incluidos guantes, bata de laboratorio y anteojos de seguridad. Evite la inhalación y el contacto con la piel.
Solución salina tamponada con fosfato (PBS)14190-250Tecnologías Thermo/Life
Agua destilada estéril15230162Tecnologías Thermo/Life
Tritón X-10097062-208VWR
Tripsina-EDTA, 0,05%25300-120Tecnologías Thermo/Life
equipo
Pipetas de aspiración, envueltas individualmente29442-462Corning
Centrífuga Avanti J-15RB99516Beckman Coulter
Tubo centrífugo cónico, 15 mL352097Corning
Tubo centrífugo cónico, 50 mL352098Corning
Cajas criogénicas3395465Tecnologías Thermo/LifePara el almacenamiento de alícuotas congeladas
EVOS M7000AMF7000Tecnologías Thermo/LifeMicroscopio fluorescente utilizado para adquirir imágenes de células iPS fijadas y teñidas y sus derivados
Hemotómetro100503-092VWR
Incubadora de CO2 Heracell VIOS 160i51030403Tecnologías Thermo/LifePara el cultivo rutinario y el mantenimiento de células iPS y sus derivados
Zeiss Axio Observer invertido equipado con cámara AxioCam 503491916-0001-000(microscopio) ;
426558-0000-000(cámara)
Microscopía Carl ZeissSe utiliza para adquirir imágenes de contraste de fase de células iPS vivas y sus derivados en cada etapa de la diferenciación de podocitos
Guantes de nitrilo Kimberly-Clark40101-346VWR
Toallitas Kimwipes, grandes21905-049VWR
Toallitas Kimwipes, pequeñas21905-026VWR
Puntas de pipeta de barrera de precisión P10P1096-FRCientífico de Denville
Puntas de pipeta de barrera P100P1125Científico de Denville
Puntas de pipeta de barrera P1000P1126Científico de Denville
Puntas de pipeta de barrera P20P1121Científico de Denville
Puntas de pipeta de barrera P200P1122Científico de Denville
Pipeta serológica, 10 mL, envuelta individualmente356551Corning
Pipeta serológica, 25 mL, envuelta individualmente356525Corning
Pipeta serológica, 5 mL, envuelta individualmente356543Corning
Steriflip, 0,22 μm, PESSCGP00525EMD Millipore
Tubos de microcentrífuga estériles1138W14Thomas CientíficoPara alícuotas de factores de crecimiento
Placas de 12 pocillos tratadas con cultivo de tejidos353043Corning
Placas de 6 pocillos tratadas con cultivo de tejidos353046Corning
Bata de laboratorio techuni blanca de VWR10141-342VWR
Elevador de celdas de bisel anchoAño 3008Corning

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