PRECAUCIÓN: Los cultivos humanos de hiPSC deben manipularse como material potencialmente biopeligroso bajo los procedimientos institucionales de bioseguridad. Realizar todos los procedimientos de cultivo de hiPSC en humanos en un gabinete de seguridad biológica certificado Clase II utilizando técnica estéril. Todos los residuos que contengan células humanas, medios expuestos a células humanas y material plasmídico CRISPR/Cas9 deben ser descontaminados conforme a las directrices locales de bioseguridad antes de su eliminación. La doxiciclina, la puromicina, el DMSO y otros reactivos químicos deben manipularse con guantes y protección adecuada para ojos y piel, y los residuos deben desecharse según los procedimientos institucionales relacionados con residuos químicos. El extracto de membrana basal (EMB) debe manipularse mediante técnica estéril y almacenarse en hielo antes de su uso para evitar una polimerización prematura. El almacenamiento de nitrógeno líquido y la manipulación criovial deben realizarse con guantes criogénicos adecuados, protección facial y precaución para evitar quemaduras por frío o explosiones de vial durante el descongelamiento.
NOTA: Antes de la edición mediada por CRISPR/Cas9 y la diferenciación neuronal, los cultivos de hiPSC deben cumplir criterios predefinidos de control de calidad. Las células deben ser confirmadas negativas para micoplasma, mostrar un cariotipo normal o un perfil de integridad genómica aceptable, y mantener una expresión robusta de marcadores de pluripotencia, incluyendo OCT4, SOX2, NANOG, TRA-1-60 y/o SSEA4. Los cultivos deben mostrar la morfología típica compacta de colonias hiPSC, con una alta proporción nuclear-citoplasmático, bordes definidos de la colonia y una diferenciación espontánea mínima. Solo se deben utilizar cultivos que proliferen activamente dentro del rango recomendado de paso, y las células no deben superar el número máximo de pasos definido por el laboratorio, normalmente por debajo del paso 40, salvo que se valide lo contrario. Los cultivos que presenten morfología anormal, diferenciación espontánea excesiva, crecimiento pobre, contaminación confirmada o evidencia de inestabilidad genómica deben excluirse de los experimentos de edición y diferenciación. Todos los materiales necesarios para este protocolo, incluidas las recetas de medios, se enumeran en la Tabla de Materiales.
1. Preparación de reactivos y placas de cultivo
- Prepara el medio congelante combinando 40 mL de suero de reemplazo knock-out (KOSR) y 10 mL de dimetilsulfóxido (DMSO) en un tubo cónico de 50 mL.
- Homogeneiza el medio congelante pipeteando arriba y abajo 10 veces. Guarda la solución a 4 °C durante hasta 1 mes.
- Diluye el extracto de membrana basal (BME) en el medio Modified Eagle Medium/F12 (DMEM/F12) de Dulbecco a una concentración final de 80 μg/mL.
NOTA: Antes de diluirla, verifique la concentración de la solución BME recibida utilizando el número de lote en la web del vendedor.
- Añade 1 mL de BME diluido por pozo a una placa de 6 pozos. Devuelve inmediatamente el BME de la acción a 4 °C durante hasta 1 mes.
- Inclina la placa para distribuir la solución de manera uniforme a lo largo de toda la superficie de los pozos. Asegúrate de que no haya zonas sin recubrir.
- Incuba la placa durante un mínimo de 30 minutos a 37 °C antes de usarla.
NOTA: No hay un tiempo máximo de incubación. Si incuba durante más de un día, asegúrese de que el DMEM/F-12 no se evapore. La solución BME utilizada para un pozo solo puede reutilizarse una vez para recubrir un segundo pozo. La manipulación de la EMB a temperatura ambiente debe ser breve debido a su rápida polimerización.
2. Mantenimiento y paso de hiPSC
NOTA: En este protocolo, medio de mantenimiento hiPSC se refiere a mTeSR plus. mTeSR plus es el medio recomendado para el mantenimiento rutinario, el paso, la recuperación tras la nucleofección y la selección de puromicina.
- Realiza el paso hiPSC aproximadamente cada 4–6 días cuando las células alcanzan el 60% de confluencia.
- Aspira el medio de cultivo de los pozos usando una pipeta aspiradora.
- Añade 1 mL de ReLeSR al pozo e incuba durante 30 s a temperatura ambiente.
- Aspira el reactivo de disociación e incuba la placa durante 8 minutos a 37 °C.
- Añade suavemente 1 mL de medio de mantenimiento hiPSC usando una pipeta de 5 mL. Recoge la suspensión de la celda en un tubo de 50 mL.
- Mezcla 10 μL de la suspensión de la celda con 10 μL de azul de tripán en un tubo de microcentrífuga. Carga 10 μL de la mezcla sobre una lámina de la celda para determinar la concentración viable de la celda.
- Aspira el recubrimiento BME de un pozo previamente preparado. Añadir 2 mL de medio de mantenimiento hiPSC suplementado con inhibidor de la quinasa de bobina enrollada asociada a Rho (ROCK) (Y-27632; 10 μM final).
- Siembra 100.000 hiPSCs en el pozo, con el objetivo de una viabilidad del >90%. Mueve la placa en un movimiento en forma de ocho para asegurar una distribución homogénea de las células.
- Incubar las células a 37 °C con un 5% de CO2.
- Tras 24 horas, sustituye el medio por 2 mL de mTeSR fresco más medio sin inhibidor de ROCK.
NOTA: Se espera un cambio transitorio en la morfología celular (elongación celular) en presencia del inhibidor de ROCK. Verifica que las células recuperen su morfología característica tras su extracción.
3. Nucleofección de hiPSCs
- Pasa las células cuando la confluencia alcance alrededor del 60%.
NOTA: En este protocolo, aproximadamente el 60% de confluencia corresponde a colonias de hiPSC en crecimiento activo que cubren algo más de la mitad de la superficie del pozo, con espacio visible entre colonias y una diferenciación espontánea mínima. Las colonias no deben estar sobrecubiertas, fusionarse extensamente ni mostrar centros densos y multicapas en el momento de la nucleofección.
- Asegúrese de que el dispositivo de nucleofección esté encendido y que el suplemento de nucleofección se añada a la solución de nucleofección P3. Prepara un cubo de hielo.
- Añadir 110 μL de la solución nucleofección P3 a un tubo microcentrífuga colocado sobre hielo.
- Añadir 1 μg del plásmido CRISPR/Cas9 y 1 μg del plásmido donante que contiene el casete inducible por doxiciclina ASCL1-P2A-DLX2. Casete, reportero fluorescente y casete de resistencia a puromicina al tubo. Mezcla suavemente sin añadir burbujas.
- Prepara la placa de destino aspirando la BME desde dos pozos recubiertos. Añadir 2 mL de medio de mantenimiento hiPSC que contenga un inhibidor de ROCK a cada pozo e incubar la placa a 37 °C.
- Disociar hiPSCs en una confluencia del 60% de un pozo de una placa de 6 pozos, como se describe en los pasos 2.2 a 2.5. Transfiere la suspensión a un tubo estéril y centrifuga durante 5 minutos a 500 x g a temperatura ambiente.
- Descarta el sobrenadante y vuelve a suspender el pellet celular en los 110 μL de la solución nucleofeccional P3 que contiene los plásmidos. Pipetea suavemente para evitar la formación de burbujas.
- Transfiere 100 μL de la suspensión celular a una cubeta de nucleofección colocada sobre hielo.
- Inserta la cubetas en el dispositivo nucleofector y ejecuta el programa CB-150 para hiPSCs.
- Recupera inmediatamente las células usando una pipeta Pasteur de plástico. Transfiere volúmenes iguales de la suspensión de celda a los dos pozos previamente preparados.
- Distribuye las células mediante un movimiento en forma de ocho e incuba a 37 °C.
- Después de 24 horas, reemplaza el medio por mTeSR más un inhibidor de ROCK sin medio. Verifica la eficiencia de la nucleofección observando la fluorescencia si es aplicable.
4. Selección de antibióticos
PRECAUCIÓN: La puromicina es tóxica. Manejar con el equipo de protección individual adecuado y desechar los residuos conforme a las directrices institucionales.
NOTA: Antes de seleccionar hiPSCs editados, determina la concentración óptima de puromicina para cada línea de hiPSC. Sembrar hiPSCs sin editar a 100.000 células por pozo en una placa de 6 pozos recubierta con BME en medio de mantenimiento de hiPSC suplementado con inhibidor de ROCK. Tras 24 horas, sustituye el medio por un medio de mantenimiento hiPSC fresco que contenga puromicina a 0, 0,2, 0,4, 0,6, 0,8, 1,0 y 1,5 μg/mL. Sustituir diariamente el medio que contiene puromicina y monitorizar la morfología celular y la supervivencia mediante microscopía de campo brillante durante 5 días. La concentración seleccionada debería eliminar todos los hiPSC sin editar en un plazo de 3–5 días, minimizando la toxicidad excesiva. En este protocolo, la concentración óptima de puromicina suele ser de 0,4–0,6 μg/mL.
- Esperar 3 pasajes tras la nucleofección, normalmente aproximadamente 1–2 semanas dependiendo de la recuperación y la tasa de crecimiento, para permitir la pérdida de plásmidos no integrados antes de iniciar la selección.
- Realiza un paso celular y sembra 100.000 células por pozo.
- Después de 24 horas, añadir puromicina a la concentración determinada por la curva de eliminación, típicamente 0,4–0,6 μg/mL.
- Mantén la selección de puromicina durante el tiempo predeterminado, generalmente unos 5 días.
- Validar la población seleccionada mediante microscopía de fluorescencia o citometría de flujo para estimar la proporción de células reporteras positivas.
NOTA: Proceder solo con poblaciones agrupadas que muestren una expresión reportera homogénea en general, idealmente > 80–90% de células reporteras positivas. Si la expresión del reportero permanece en mosaico, amplía la selección, repite el enriquecimiento o considera el aislamiento clonal antes de la diferenciación.
- Confirma la correcta dirección de AAVS1 mediante PCR de unión antes de iniciar la diferenciación neuronal.
- Cuando se requiera una validación rigurosa, verificar los productos PCR mediante secuenciación Sanger y evaluar el número de copias del transgen mediante qPCR, ddPCR u otro ensayo de número de copia apropiado.
- Evalúa la integración aleatoria usando ensayos basados en PCR para secuencias de columna vertebral de plásmidos o análisis de integración genómica más amplia, dependiendo de la aplicación posterior prevista.
- Confirmar que la población seleccionada de hiPSC sigue siendo mico-negativa, conserva la morfología típica de la colonia de hiPSC y mantiene un crecimiento robusto tras la selección de puromicina.
- Reevalúa la integridad genómica mediante cariotipado, matriz SNP u otro ensayo validado, especialmente cuando se usen células editadas para modelado de enfermedades, ensayos funcionales o estudios a largo plazo.
- Evaluar los posibles efectos fuera de objetivo de CRISPR/Cas9 mediante la secuenciación dirigida de sitios fuera de objetivo predichos o, cuando sea necesario, enfoques genómicos más amplios.
NOTA: No utilice cultivos para diferenciación si presentan morfología anormal, recuperación deficiente tras la selección, expresión persistente de los reporteros en mosaico, anomalías genómicas confirmadas o fallida integración de AAVS1 . En este protocolo, se utilizan hiPSC seleccionados diseñados como población agrupada y pueden ser criopreservados antes de la inducción de doxiciclina, una vez validada la expresión del reportero, la localización, morfología y crecimiento de AAVS1 . La criopreservación tras la inducción de doxiciclina o durante la maduración neuronal no forma parte del flujo de trabajo estándar y debe validarse empíricamente antes de su uso.
5. Diferenciación en neuronas gabaérgicas
- Prepara el número necesario de pozos recubiertos de BME. Ten en cuenta que una bien sembrada en el Día 0 producirá un pozo de neuronas GABAérgicas.
- Preparar 6,9 mL de medio de neuroinducción por pozo, suplementándolo con doxiciclina (1 μg/mL). Incluye un volumen de exceso del 15% para compensar errores de evaporación o pipeteo.
NOTA: La doxiciclina se utiliza a una concentración final de 1 μg/mL, a partir del día 0, y se mantiene durante la diferenciación y maduración. Se prepara un medio fresco que contiene doxiciclina en cada cambio de medio para mantener una inducción consistente del transgénico. Esta dosis se seleccionó porque producía una expresión robusta de reporteros y una conversión neuronal eficiente en nuestras manos. No se realizó una dosis-respuesta formal de doxiciclina en este protocolo; por lo tanto, los laboratorios que adoptan el método pueden probar empíricamente 0,1–2 μg/mL de doxiciclina si la inducción por transgénio resulta subóptima.
- En el día 0, disociar los hiPSCs modificados y sembrar 200.000 células en los pozos preparados recubiertos de BME. Incubar a 37 °C.
- En los días 1, 2 y 3, aspira el medio y añade 2 mL de medio de neuroinducción fresco que contenga doxiciclina.
NOTA: Para el tercer día, la expansión celular debería disminuir notablemente y pueden empezar a aparecer estructuras similares a dendríticas. Si se requiere confirmación experimental de la salida del ciclo celular, se puede realizar inmunotinción con Ki-67 o incorporación de EdU/BrdU en los días 3–4.
- En el día 4, preparar un medio de neuromaduración que contiene el factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF), el factor neurotrófico derivado de la línea celular glial (GDNF) y la neurotrofina-3 (NT-3), cada uno a una concentración final de 10 ng/mL, doxiciclina a 1 μg/mL y PluriSln a 20 μM.
- Aspira el medio de neuroinducción. Añade cuidadosamente 2 mL del medio de neuromaduración gota a gota a lo largo de la pared del pozo para evitar perturbar las neuronas recién formadas.
- En el día 7, aspirar el medio y añadir suavemente 2 mL de medio de neuro-maduración que contenga las neurotrofinas y la doxiciclina, pero omitiendo el inhibidor de la supervivencia de células pluripotentes.
- Para un mantenimiento a largo plazo, se reemplaza completamente el medio de neuromaduración cada 3 a 4 días, adaptando la frecuencia según la densidad celular.
NOTA: El día 21 es el punto final estándar para evaluar la identidad neuronal gabaérgica. Para el día 21, las células deberían mostrar características neuronales GABAérgicas, incluyendo DLX1.y continúan madurando sus redes axonales. Se seleccionó empíricamente una densidad de siembra de 200.000 células/pozo para producir colonias bien espaciadas, evitando el hacinamiento y la muerte celular asociada a la maduración. Densidades de 150.000–300.000 celdas por pozo son compatibles, con densidades más bajas preferidas para morfología y densidades más altas para la recuperación de materiales. Para reducir el desprendimiento, realiza cambios más frecuentes de medio a medio medio usando una pipeta de 1.000 μL a bajo caudal sin inclinar la placa. Si es necesario, las células pueden ser replacadas una vez después de la inducción de doxiciclina de 3 días, antes de añadir el medio de maduración, utilizando recubrimientos mejorados como poli-L-lisina/laminina o laminina-521. Se debe evitar el paso adicional tras el inicio de la maduración.
- Los cultivos pueden mantenerse más allá del día 21 para una maduración prolongada si las redes permanecen adheridas, viables y libres de colonias proliferantes similares a hiPSC. Después del día 21, realiza cambios de medio medio cada 3–4 días con un medio fresco de neuromaduración que contenga doxiciclina y factores neurotróficos.
NOTA: Utilizar cultivos para ensayos posteriores una vez que la morfología neuronal y las redes neuríticas estén estables, el desprendimiento sea mínimo y no se vean colonias indiferenciadas. En nuestras manos, los cultivos suelen usarse entre el día 21 y el día 35.