Nous proposons un protocole mini-invasif pour la transplantation intramusculaire d’îlots de cellules souches pancréatiques dérivées de cellules souches humaines dans des souris immunodéficientes pour une implantation in vivo et une analyse en aval.
Article de méthode
Nous proposons un protocole mini-invasif pour la transplantation intramusculaire d’îlots de cellules souches pancréatiques dérivées de cellules souches humaines dans des souris immunodéficientes pour une implantation in vivo et une analyse en aval.
Les cellules endocrines du pancréas dérivées des cellules souches pluripotentes humaines (hPSC) constituent une source prometteuse pour la thérapie des cellules du diabète et la modélisation des maladies. Bien que plusieurs protocoles de différenciation aient été établis, l’implantation in vivo est couramment nécessaire pour étudier la maturation et le fonctionnement dans un contexte physiologique. La plupart des approches de transplantation reposent sur des sites tels que la capsule rénale ou l’espace sous-cutané, ce qui peut présenter des limitations techniques ou physiologiques. Ici, nous présentons un protocole détaillé pour la transplantation intramusculaire d’îlots pancréatiques SC dérivés de hPSC sur des souris immunodéficientes. Ce site permet un accès chirurgical simple, une réduction de l’invasion et une récupération fiable des greffons pour une analyse ultérieure. La procédure permet l’implantation intramusculaire d’îlots dérivés des cellules souches et soutient leur récupération pour une évaluation en aval de la sécrétion d’insuline après un défi oral de glucose. Le protocole comprend des étapes pour la préparation et la compactation en grappes, la chirurgie de transplantation, la sécrétion d’insuline stimulée par glucose in vivo (GSIS) et la récupération de greffons pour l’analyse histologique, fournissant un cadre reproductible pour la transplantation intramusculaire dans des modèles murins précliniques.
Le diabète est un trouble métabolique hétérogène dont la prévalence a doublé au cours des trois dernières décennies et devrait toucher 1,3 milliard de personnes d’ici 2050. Bien que des facteurs environnementaux, tels que l’alimentation et le mode de vie, jouent un rôle important dans l’apparition du diabète de type 2 (DT2), la prédisposition génétique contribue également de manière significative à sapathogenèse 2. Les cellules β pancréatiques sont responsables de la synthèse et de la sécrétion de l’insuline et jouent un rôle central dans la physiopathologie dudiabète 3. Pour comprendre comment le risque génétique contribue au dysfonctionnement des cellules β, les cellules β dérivées des cellules souches humaines, organisées en grappes endocriniennes tridimensionnelles (ci-après appelées îlots SC), fournissent un système modèle hautement informatifet pertinent 4,5. Les protocoles récents guident efficacement la différenciation des cellules souches humaines en cellules β productrices d’insuline en récapitulant des étapes clés du développement pancréatique à l’aide d’inhibiteurs spécifiques et de facteursde croissance 6,7.
Ces systèmes répliquent de manière fiable les étapes du développement de manière évolutive et reproductible, surmontant les limites des îlots dérivés par les donateurs, qui ne supportent pas la modélisation développementale et sont soumis à des contraintes d’approvisionnement. Les modèles muriens ont fourni des informations précieuses sur le développement pancréatique, mais ils ne parviennent souvent pas à reproduire pleinement les manifestations phénotypiques observées chez des patientshumains 5. Par conséquent, l’utilisation d’un système basé sur les cellules souches permet de caractériser les variants génétiques impliqués dans le développement pancréatique humain et β dysfonctioncellulaire 8.
Malgré ces avancées, les îlots SC générés in vitro restent transcriptomiquement et fonctionnellement immatures comparés aux cellules adultes β natives. Ils présentent une sécrétion d’insuline stimulée par le glucose sous-optimale et manquent d’expression de marqueurs β cellules matures tels que MAFA et G6PC2 9,10. Pour combler cet écart, une maturation in vivo par transplantation chez des souris immunodéficientes est souvent utilisée ; Cela améliore généralement à la fois la dynamique de la sécrétion d’insuline et les profils d’expressiongénique 6.
Le métabolisme du glucose est strictement régulé et nécessite l’intégration de signaux systémiques. Les îlots SC transplantés sont capables d’intégrer des signaux provenant de plusieurs organes, offrant un environnement physiologiquement plus pertinent, crucial pour évaluer les conséquences fonctionnelles de la variation génétique chez les cellules β humaines11.
La transplantation d’îlots SC chez des souris a été réalisée à différents sites anatomiques. Le site conventionnel est la capsule rénale, efficace pour favoriser la maturation des cellules β et inverser le diabète chez les rongeurs traités par la streptozotocine (STZ) 12, mais il implique une chirurgie invasive complexe, ce qui limite sa mise en œuvre dans leslaboratoires 13. De plus, cette méthode n’est pas applicable en milieu clinique pour traiter les patients atteints de diabète de type 1 en raison des limitations de taille et devascularisation 14. Des sites alternatifs de transplantation, tels que les tissus intramusculaires, sous-cutanés et adipeux, ont été rapportés, offrant des voies moins invasives et plus cliniquement applicables. Bien que la transplantation intramusculaire puisse poser des difficultés pour atteindre une maturation optimale des cellules β et une sécrétion d’insuline par rapport à la capsulerénale 12, elle peut néanmoins assurer une sécrétion efficace d’insuline et le maintien de l’homéostasie du glucose, tout en offrant une approche chirurgicale plus simple et plusaccessible 15,16.
Ainsi, dans ce protocole, nous présentons une approche de transplantation intramusculaire qui aborde plusieurs limites d’autres protocoles de transplantation. Cette méthode est peu invasive et offre une stratégie in vivo fiable pour la maturation des îlots SC et l’étude des variantes génétiques liées à la dysfonction des cellules β.
Accès restreint. Veuillez vous connecter ou commencer un essai pour afficher ce contenu.
Toutes les expériences impliquant des cellules souches pluripotentes (hPSC) et des animaux de laboratoire ont été approuvées par des comités d’éthique institutionnels, régionaux et nationaux. Les lignes hPSC utilisées ici ont été initialement dérivées et distribuées conformément aux approbations éthiques appropriées et aux procédures de consentement éclairé dans les institutions sources. La figure 1 montre le flux de travail global, du maintien des hPSC à la différenciation dirigée de la lignée pancréatique et à la maturation vers des îlots SC adaptés à la transplantation.
1. Différenciation des hPSC en progéniteurs pancréatiques
REMARQUE : Ce protocole s’appuie sur deux étapes préparatoires essentielles : 1) le maintien et l’expansion des hPSC, et 2) leur différenciation dirigée vers la lignée endocrinienne du pancréas. Les deux étapes ont été décrites endétail 7,17. Les hPSC sont maintenus dans des plaques revêtues de milieux B8 conformément aux recommandations de Lyria-Leyte et al.17. Récolter les hPSC pour les différencier lors de la croissance exponentielle avant qu’ils ne deviennent confluents. À la densité de semis recommandée, ils devraient atteindre une confluence de 90-100 % le lendemain, prêts à commencer la différenciation. La différenciation vers la lignée endocrinienne du pancréas est réalisée selon la procédure décrite par Barsby et al.7. Les détails complets des médias sont disponibles dans le Tableau 1.
2. Génération de clusters 3D et différenciation vers les cellules productrices d’insuline
REMARQUE : Au jour 11, les cellules différenciées devraient avoir évolué en progéniteurs pancréatiques. Pour favoriser davantage la différenciation endocrinienne à ce stade, les cellules passent d’une culture planaire à une culture 3D.
3. Transplantation d’îlots SC dans le muscle tendu de souris immunodéficientes
REMARQUE : Les îlots SC ont été transplantés à différents stades de différenciation (du stade 4 au stade 7). Alors que la transplantation d’îlots SC S7 différenciés représente la stratégie optimale pour évaluer la réactivité auglucose 6, la transplantation de progéniteurs à un stade plus précoce (S4-S5) ou d’îlots SC immatures (S6) peut aider à révéler des différences de différenciation ou de maturation masquées in vitro par l’utilisation de conditions de culture définies. Cependant, la greffe de progéniteurs moins différenciés comporte un risque accru de formation de tératomes, principalement en raison de populations cellulaires résiduelles non différenciées.
4. Sécrétion d’insuline stimulée par le glucose in vivo (GSIS)
REMARQUE : Le GSIS in vivo, via un défi oral au glucose, évalue la sécrétion fonctionnelle d’insuline en réponse à un stimulus physiologique. Toutes les procédures doivent suivre les directives institutionnelles de soins et d’utilisation des animaux. Les réponses fonctionnelles des cellules β transplantées s’améliorent avec la maturation in vivo : le peptide C humain peut être détecté dès 2 semaines après la greffe, tandis qu’une sécrétion robuste de glucose réactive est généralement obtenue après 4 semaines. Ces délais peuvent varier selon le stade de développement des îlots SC au moment de la transplantation
5. Récupération de grappes greffées
6. Coloration des explants
Accès restreint. Veuillez vous connecter ou commencer un essai pour afficher ce contenu.
Les résultats présentés correspondent à une transplantation intramusculaire d’îlots SC de stade 7 chez des souris immunodéficientes et à une analyse réalisée 6 semaines après la transplantation. Un nombre limité d’animaux porteurs de greffes représentatives a été analysé pour illustrer la faisabilité de la procédure. Dans cette étude, un résultat réussi est défini comme la récupération macroscopique du greffon intramusculaire suivie d’une confirmation his...
Accès restreint. Veuillez vous connecter ou commencer un essai pour afficher ce contenu.
Dans ce protocole, nous décrivons la transplantation intramusculaire d’îlots SC comme une approche simple, reproductible et minimalement invasive pour la maturation in vivo , avec un potentiel d’évaluation fonctionnelle. Bien que la greffe sous la capsule rénale soit largement considérée comme la « référence » pour l’engressement d’îlots ou d’îlots SC chez les rongeurs, elle nécessite une expertise technique accrue et une intervention chirurgicale plus longue. En revanche, le si...
Accès restreint. Veuillez vous connecter ou commencer un essai pour afficher ce contenu.
Les auteurs n’ont aucun conflit d’intérêts à déclarer.
Nous remercions le Dr Danwei Huangfu (Memorial Sloan Kettering Cancer Center, New York, États-Unis) pour avoir généreusement fourni les lignes de hPSC utilisées dans cette étude. Ce travail a été soutenu par les subventions PID2021-122284NA-I00 et CNS2023-145179 du Ministère espagnol de la Science, de l’Innovation et des Universités MICIU/AEI/10.13039/501100011033 et Next GenerationEU/PRTR (A.B.), ainsi que par le CIBER-Consortium for Biomedical Research in Network, CB07/08/0029 et PID2023-150719OB-I00 (M.V.), Instituto de Salud Carlos III (ISCIII). Le Centre de recherche biomédicale sur le diabète et les troubles métaboliques associés (CIBERDEM) est une initiative de l’ISCIII et partiellement soutenue par le Fonds européen de développement régional (FEDER).
Accès restreint. Veuillez vous connecter ou commencer un essai pour afficher ce contenu.
| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| 2-Phospho-L-ascorbic acid trisodium salt | Sigma Aldrich | 49752 | |
| Activin A | Qkine | Qk001 | |
| AggreWell 400 24-well (microwell plate) | Stemcell | 34415 | |
| Betacellulin | GenScript | Z03102 | |
| Bovine Serum Albumin, Fraction V, Fatty Acid Free | Goldbio | A-421 | |
| CHIR 99021 | LC labs | C-6556 | |
| Chroman-1 | Medchem Express | HY-15392 | CEPT cocktail |
| CMRL-1066 | Pan Biotech | P04-84600 | |
| D-(+)-Glucose | Sigma Aldrich | G7021 | |
| Dibenzazepine (DBZ) | Syncom | Custom product | Gamma-secretase inhibitor |
| Dulbecco's Modified Eagle Medium and Ham’s F12 media (DMEM/F12) | Corning | 15383541 | |
| EGF | Qkine | Qk011 | |
| Emricasan | Medchem Express | HY-10396 | CEPT cocktail |
| Ethanolamine | Sigma Aldrich | E9508 | |
| FGF2-G3 | GenScript | Custom product | |
| FGF7 | GenScript | Z03047 | |
| Heparin | Sigma Aldrich | H3149 | |
| Insulin | Gibco | 30284510 | |
| L-Alanyl-L-Glutamine | Linus | X0551-100 | |
| L-Ascorbic Acid | Santa Cruz | sc-202686 | |
| LDN-193189 | Sigma Aldrich | SML0559 | |
| Lipid Concentrate | Gibco | 11548846 | |
| Matrigel (basement membrane-derived extracellular matrix) | Falcon | 354230 | |
| MCDB 131 | Corning | 15-100-CV | |
| N-acetylcysteine | Thermo Scientific | 10521221 | |
| NaHCO3 | Fisher Scientific | 10553325 | |
| Nicotinamide | Sigma Aldrich | N0636 | |
| NRG-1 | Qkine | Qk045 | |
| Pluronic F-127 (anti-adherence solution) | Sigma Aldrich | 82184 | Used at 5% (w/v) |
| Polyamine Supplement (1000×) | Sigma Aldrich | P8483 | CEPT cocktail |
| RepSox | MedChemExpress | HY-13012 | Alk5 Inhibitor |
| Retinoic Acid | Sigma Aldrich | R2625 | |
| SANT-1 | Selleckchem | S7092 | |
| Sobetirome (GC1) | Sigma Aldrich | SML1900-5MG | Cell-permeable T3 analog |
| Sodium Pyruvate | Corning | 25-000-CI | |
| Sodium Selenite | Sigma Aldrich | S5261 | |
| T3 (3,3′,5-Triiodo-L-thyronine sodium salt) | Sigma Aldrich | T6397 | |
| TGF-β1 | Qkine | Qk010 | |
| TPB | Tocris | 5343 | |
| Trace Elements A | Corning | 15333641 | |
| Trace Elements B | Corning | 15343641 | |
| Trans-ISRIB | Medchem Express | HY-12495 | CEPT cocktail |
| Transferrin | InVitria | 777TRF029 | |
| Triton X-100 (nonionic surfactant) | Thermo Scientific | 11488696 | |
| TrypLE | Gibco | 11538856 | |
| Y-27632 | LC Laboratories | Y-5301 | ROCK inhibitor |
| ZM-447439 | MedChemExpress | HY-10128 | |
| ZnSO4 | Sigma Aldrich | Z0251 | |
| Antibodies | |||
| Rat anti-Human C-peptide (insulin) | DSHB | GN-ID4-s | Used at 150 ng/mL |
| Mouse anti-glucagon | Proteintech | 67286-1-Ig | 1:2000 |
| Rabbit anti-somatostatin | Millipore | AB5494 | 1:500 |
| Goat anti-rat AF488 | Invitrogen | A-11006 | 1:500 |
| Donkey anti-mouse AF488 | Invitrogen | A-21202 | 1:500 |
| Donkey anti-rabbit AF488 | Invitrogen | A-21206 | 1:500 |
Accès restreint. Veuillez vous connecter ou commencer un essai pour afficher ce contenu.
Demander l’autorisation de réutiliser le texte ou les figures de cet article JoVE
Demander une autorisation