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Research Article
Fangqin Wang1, Langping Gao2,3, Xudong Fu4, Qintao Yan2, Lidan Hu1,2, Jianhua Mao2,3
1National Clinical Research Center for Child Health,The Children's Hospital, Zhejiang University School of Medicine, 2Department of Nephrology,The Children's Hospital, Zhejiang University School of Medicine, 3Zhejiang University School of Medicine, 4Liangzhu Laboratory,Zhejiang University
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Ce protocole décrit et compare deux méthodes représentatives pour différencier les hiPSCs en cellules stromales mésenchymateuses (CSM). La méthode monocouche se caractérise par un coût inférieur, un fonctionnement plus simple et une différenciation ostéogénique plus facile. La méthode des corps embryoïdes (EBs) se caractérise par une consommation de temps plus faible.
Les cellules stromales mésenchymateuses (CSM) sont des cellules souches pluripotentes adultes qui ont été largement utilisées en médecine régénérative. Étant donné que les CSM dérivées de tissus somatiques sont limitées par des dons limités, des variations de qualité et la biosécurité, les 10 dernières années ont vu une forte augmentation des efforts visant à générer des CSM à partir de cellules souches pluripotentes induites humaines (CSPhi). Les efforts passés et récents visant à différencier les hiPSC en CSM ont été centrés sur deux méthodologies de culture : (1) la formation de corps embryoïdes (EB) et (2) l’utilisation de la culture monocouche. Ce protocole décrit ces deux méthodes représentatives pour dériver les CSM à partir des hiPSC. Chaque méthode présente ses avantages et ses inconvénients, notamment le temps, le coût, la capacité de prolifération cellulaire, l’expression des marqueurs MSC et leur capacité de différenciation in vitro. Ce protocole démontre que les deux méthodes peuvent dériver des CSM matures et fonctionnelles à partir de CSPhi. La méthode monocouche se caractérise par un coût inférieur, un fonctionnement plus simple et une différenciation ostéogénique plus facile, tandis que la méthode EB se caractérise par une consommation de temps plus faible.
Les cellules stromales mésenchymateuses (CSM) sont des cellules souches pluripotentes adultes dérivées du mésoderme1. Les CSM sont présentes dans presque tous les tissus conjonctifs2. Depuis que les CSM ont été découvertes pour la première fois dans les années 1970 et isolées avec succès de la moelle osseuse en 1987 par Friedenstein et al.3,4,5, une variété de tissus somatiques humains (y compris le fœtus et l’adulte) ont été utilisés pour isoler les CSM telles que les os, le cartilage, les tendons, les muscles, le tissu adipeux et le stroma de soutien hématopoïétique 1,2,6,7 . Les CSM présentent des capacités prolifératives et une plasticité élevées pour se différencier en de nombreuses lignées cellulaires somatiques et pourraient migrer vers les tissus lésés et enflammés 2,8,9. Ces propriétés font des CSM un candidat potentiel pour la médecine régénérative10. Cependant, les CSM dérivées de tissus somatiques (CSM-ST) sont limitées par un don limité, une capacité de prolifération cellulaire limitée, des variations de qualité et des préoccupations en matière de biosécurité liées à la transmission possible d’agents pathogènes, le cas échéant, par les donneurs11,12.
Les cellules souches pluripotentes induites humaines (hiPSC) sont dérivées de la reprogrammation de cellules adultes avec des facteurs de transcription (Oct4, Sox2, Klf4 et c-Myc), qui ont des fonctions similaires à celles des cellules souches embryonnaires13,14. Ils peuvent s’auto-renouveler et possèdent le potentiel de se différencier en n’importe quel type de cellules somatiques, y compris les CSM. Par rapport aux CSM-ST, les CSM-iPS présentent l’avantage d’un approvisionnement illimité, d’un coût inférieur, d’une pureté plus élevée, d’une commodité dans le contrôle de la qualité, d’une production à grande échelle et d’une modification génique facile 15,16,17.
En raison de ces avantages des CSM-iPS, diverses méthodes de pilotage des CSM à partir des CSPi ont été rapportées. Ces méthodes de différenciation ont été centrées autour de deux méthodologies de culture : (1) la formation de corps embryoïdes (EB) et (2) l’utilisation de cultures monocouches 11,18,19,20. Une approche représentative pour chacune des deux méthodologies a été caractérisée. De plus, des comparaisons entre deux approches représentatives basées sur le temps, le coût, la capacité de prolifération, l’expression des biomarqueurs MSC et la capacité de différenciation in vitro ont également été effectuées.
1. Maintenance des hiPSC
2. Différenciation des CSM des CSPhi, via la formation d’EB
NOTE : La méthode est dérivée de la littérature antérieure 21,22,23,24. Une vue d’ensemble de la méthode est illustrée à la figure 1. Les caractéristiques de la méthode sont résumées dans le tableau 1.
3. Différenciation des CSM des HIPs par culture monocouche
NOTE : La méthode est dérivée de la littérature antérieure 25,26,27,28. Une vue d’ensemble de cette méthode est illustrée à la figure 1. Les caractéristiques de la méthode sont résumées dans le tableau 1.
4. Analyse des antigènes de surface des CSM pilotant les hiPSC par cytométrie en flux
NOTA : Semblables aux antigènes de surface des CSM dérivées de la moelle osseuse, les CSM hiPS qui pilotent les CSM expriment CD105, CD73 et CD90, mais n’expriment pas CD45, CD3429. De plus, les hiPSC peuvent être utilisées comme cellules de contrôle négatives. L’analyse des antigènes de surface des CSM et des CSPhi pilotant les hiPSC par cytométrie en flux est présentée à la figure 2.
5. Différenciation ostéogénique des CSM conduisant les hiPSC
NOTE : Les CSM à l’origine des CSPhiPS possèdent un potentiel de différenciation ostéogénique (Figure 3A, B). Le protocole de différenciation ostéogénique est donné ci-dessous.
6. Différenciation adipogénique des CSM hiPSC
NOTE : Les CSM à moteur hiPSC possèdent un potentiel de différenciation adipogénique (Figure 3C, D). Le protocole de différenciation adipogénique est donné ci-dessous.
7. Différenciation chondrogénique des CSM hiPSC
NOTE : Les CSM pilotant les hiPSC possèdent un potentiel de différenciation chondrogénique (Figure 3E, F). Le protocole de différenciation chondrogénique est donné ci-dessous.
Suivant le protocole (Figure 1A), les hiPSC ont été différenciées en CSM par les méthodes de formation d’EB et de culture monocouche. Au cours de la différenciation, les cellules ont montré différentes morphologies représentatives (Figure 1B,C).
Comme le montre la figure 1B, les colonies de hiPSCs présentent une morphologie compacte typique avant la différenciation avec une bordure claire composée de cellules serrées. Des EB sphériques uniformes se sont formées après la dissociation et la culture des hiPSC pendant 24 h sur l’agitateur. Entre le 1er et le 7e jour de culture dans le milieu de différenciation des CSM, le bord lisse de l’EB est devenu rugueux et le volume de l’EB a augmenté. Du jour 8 au jour 17, après avoir transféré les EB sur une plaque à 6 puits enduite de gel de matrice extracellulaire du GFR, les EB ont progressivement adhéré à la plaque, et de nombreuses cellules monocouches adhérentes se sont répandues autour des EB. Lorsque les cellules ont atteint 90 % de confluence au jour 18, elles ont été digérées et ensemencées sur une plaque de culture enrobée de gélatine. Au jour 19, la cellule a adhéré et a montré une forme polygonale. Consécutivement, les cellules ont été traversées deux fois alors qu’elles étaient confluentes à 90 %. Les CSM dérivées ont progressivement mûri et ont montré une forme de fuseau typique, et la colonie s’est développée dans un tourbillon.
Comme le montre la figure 1C, le volume des cellules a augmenté et s’est propagé dans la colonie après avoir remplacé le milieu d’entretien iPSC par le milieu d’entretien MSC pendant 24 h. Lors de la culture dans un milieu d’entretien MSC, les cellules ont progressivement proliféré et formé des cellules adhérentes multicouches. Le 14e jour, les cellules ont été digérées et ensemencées sur une plaque de culture recouverte de gélatine. Le 15e jour, la cellule a adhéré et a montré une forme polygonale. Consécutivement, les cellules ont été traversées 6 fois alors qu’elles étaient confluentes à 90 %. Les CSM dérivées ont progressivement mûri et ont montré une forme de fuseau typique, et la colonie s’est développée dans un tourbillon.
Les antigènes de surface des CSPhi et des CSM pilotant les CSPhi ont été analysés par cytométrie en flux (Figure 2). Comme le montre la figure 2C, les CSPhiC étaient positives pour CD90 et négatives pour CD34, CD45, CD73 et CD105. Après avoir différencié les hiPSC en CSM par les deux méthodes, les CSM de conduite étaient positives pour CD90, CD73 et CD105, et négatives pour CD34 et CD45 (Figure 2A,B).
La capacité de différenciation des CSM conduisant les hiPSC a été étudiée par différenciation ostéogène, adipogénique et chondrigène. Comme le montre la figure 3, les deux CSM pilotant les hiPSC des deux méthodes se sont différenciées en ostéoblaste, adipocyte et chondrocyte. Les CSM pilotant les hiPSC de la méthode monocouche ont formé plus de dépôts de calcium que la méthode EB (Figure 3B). Les deux méthodes n’ont pas présenté de différence significative dans la différenciation adipogénique et la capacité de différenciation chondrogénique (Figure 3D, F).
La capacité de prolifération des CSM conduisant les hiPSC a été examinée par culture de passage continu. Comme le montre la figure 3G, les CSM pilotant les hiPSC des deux méthodes peuvent être traversées pendant plus de 20 passages tout en conservant une capacité de prolifération rapide.
La comparaison entre les deux approches présentées dans le tableau 1 est basée sur le temps de différenciation, le coût, la capacité de prolifération cellulaire, l’expression des marqueurs MSC et leur capacité de différenciation in vitro.

Figure 1 : Différenciation des hiPSC en CSM par la méthode de formation de l’EB et la méthode de culture monocouche. (A) Schéma montrant la différenciation des hiPSCs en CSM par formation d’EB et culture monocouche. Morphologie de représentation des cellules au niveau des phages clés lors de la dérivation des CSM à partir des hiPSCs via la formation d’EB (B) et la culture de monocouches (C). Barres d’échelle : 300 μm et 50 μm. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 2 : Analyse des antigènes de surface des CSM pilotant les CSM hiPS par cytométrie en flux. Pourcentages d’expression des antigènes de surface des CSM dans les CSM pilotant les CSM iPS via (A) la formation d’EB et (B) la culture monocouche. (C) Les hiPSC ont été utilisés comme témoins négatifs. Marqueurs négatifs des CSM : CD34, CD45 ; Marqueurs positifs des CSM : CD73, CD90 et CD105. marqueurs négatifs des hiPSCs : CD34, CD45, CD73 et CD105 ; Marqueurs positifs des hiPSCs : CD90. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 3 : Différenciation à trois lignes et capacité de prolifération des CSM pilotant les hiPSC. (A) Coloration au rouge d’alizarine des dépôts calciques de CSM induisant les CSP hiPS dans un milieu de différenciation ostéogénique pendant 2 semaines. Barres d’échelle : 300 μm. (B) Quantification de la coloration au rouge d’alizarine S par analyse ImageJ. (C) Coloration O oli rouge des gouttelettes lipidiques des CSM hiPSC dans un milieu de différenciation adipogénique pendant 2 semaines. Barres d’échelle : 300 μm. (D) Quantification de la coloration Oli Red O par analyse ImageJ. (E) Coloration au bleu de toluidine de la matrice extracellulaire des chondrocytes. Barres d’échelle : 300 μm et 150 μm. (F) Quantification de la coloration au bleu de toluidine par analyse ImageJ. (G) calcul du temps de doublement de la population de CSM conduisant des CSM. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
| Comparaison | Méthode de formation EB | Méthode des cultures monocouches |
| Temps de différenciation | 27 jours | 35 jours |
| Coût | Haut | Bas |
| Vitesse de prolifération | Rapide | Rapide |
| Capacité de prolifération | Passage de ≥20 | Passage de ≥20 |
| Expression des marqueurs MSC | CD73/CD90/CD105 positif, CD34/CD45 nagatif | CD73/CD90/CD105 positif, CD34/CD45 nagatif |
| Capacité de différenciation | Différenciation adipogénique, différenciation chondrogénique et capacité de différenciation ostéogénique | Différenciation adipogénique, différenciation chondrogénique et capacité de différenciation ostéogénique plus forte |
| Opération | Compliqué | Simple |
Tableau 1 : Caractéristiques des deux méthodes de différenciation des hiPSC en CSM.
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Ce protocole décrit et compare deux méthodes représentatives pour différencier les hiPSCs en cellules stromales mésenchymateuses (CSM). La méthode monocouche se caractérise par un coût inférieur, un fonctionnement plus simple et une différenciation ostéogénique plus facile. La méthode des corps embryoïdes (EBs) se caractérise par une consommation de temps plus faible.
Nous sommes extrêmement reconnaissants à tous les membres du laboratoire Mao et Hu, passés et présents, pour les discussions intéressantes et les grandes contributions au projet. Nous sommes reconnaissants au Centre national de recherche clinique pour la santé de l’enfant pour son grand soutien. Cette étude a été financée par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (U20A20351 à Jianhua Mao, 82200784 à Lidan Hu), la Fondation des sciences naturelles de la province chinoise du Zhejiang (No. LQ22C070004 à Lidan Hu).
| Kit de coloration rouge d’alizarine | Beyotime  ; Biotechnologie | C0148S | |
| Anti-humain-CD105 (PE) | Biolegend | 323206 | |
| Anti-human-CD34 (FITC) | Biolegend | 343503 | |
| Anti-human-CD45 (APC) | Biolegend | 304011 | |
| Anti-human-CD73( APC) | Biolegend | 344006 | |
| Anti-human-CD90 (FITC) | Biolegend | 328108 | |
| Acide ascorbique | Solarbio | A8100 | |
| BMP-6 | Novoprotein | C012 | |
| Agitateur de niveau de dioxyde de carbone | Crystal | CO-06UC6 | |
| Perles de compensation | BioLegend | 424601 | |
| CryoStor CS10 | STEMCELL Technology | 07959 | |
| Dexaméthasone | Beyotime  ; Biotechnologie | ST1254 | |
| DMEM/F12  ; moyen | Servicebio | G4610 | |
| Sérum fœtal bovin | HAKATA | HS-FBS-500 | |
| FGF2 | Cellule souche | 78003.1 | |
| Gélatine | Sigma-Aldrich | G2500-100G | |
| GlutaMAX | Gibco | 35050061 | |
| contrôle des isotypes IgG1 humains APC | BioLegend | 403505 | |
| contrôle des isotypes IgG1 humains FITC | BioLegend | 403507 | |
| contrôle des isotypes IgG1 humains PE | BioLegend | 403503 | |
| TGF-&beta humain ; 1 | cellule souche | 78067 | |
| Human TruStain FcX  ; | BioLegend | 422301 | |
| IBMX | Beyotime  ; Biotechnologie | ST1398 | |
| Indométacine | Solarbio | SI9020 | |
| Insuline | Beyotime  ; Biotechnologie | P3376 | |
| iPSC support de maintenance | STEMCELL Technology | 85850 | |
| ITS Media Supplement | Beyotime  ; Biotechnologie | C0341-10mL | |
| Matrigel, facteur de croissance réduit | BD Corning | 354230 | |
| Oli Red O kit de coloration | Beyotime  ; Biotechnologie | C0158S | |
| Proline | Solarbio | P0011 | |
| Pyruvate de sodium | ThermoFisher | 11360-070 | |
| TGF&beta ; 3 | Novoprotein | CJ44 | |
| Kit de coloration au bleu de toluidine | Solarbio | G2543 | |
| TrypLE Express Enzyme(1x)  ; | Gibco | 12604013 | |
| Accessoire ultra-bas Plaque à 6 puits | Costar | 3471 | |
| Versene | Gibco | 15040-66 | |
| Y-27632 | Cellule souche | 72304 | |
| &alpha ;-MEM | Hyclone | SH30265 | |
| &beta ;-glycérophosphate | Solarbio | G8100 |