תאי אפיתל פיגמנט רשתית (RPE) שמקורם בתאי גזע עשויים לשמש ליישומים מרובים, כולל טיפולים מבוססי תאים לניוון רשתית, מידול מחלות ומחקרי תרופות. כאן אנו מציגים פרוטוקול פשוט להפקת RPE מתאי גזע.
מאמר שיטה
תאי אפיתל פיגמנט רשתית (RPE) שמקורם בתאי גזע עשויים לשמש ליישומים מרובים, כולל טיפולים מבוססי תאים לניוון רשתית, מידול מחלות ומחקרי תרופות. כאן אנו מציגים פרוטוקול פשוט להפקת RPE מתאי גזע.
לא נמצאה תרופה לניוון מקולרי תלוי גיל (AMD), הגורם המוביל לאובדן ראייה בקרב אנשים מעל גיל 55. AMD היא מחלה מולטי-פקטוריאלית מורכבת עם אטיולוגיה לא ידועה, אם כי רוב הסבורים שהיא מתרחשת עקב מוות או תפקוד לקוי של אפיתל הפיגמנט ברשתית (RPE), שכבה חד-שכבתית של תאים העומדת בבסיס הרשתית ומספקת תמיכה קריטית לקולטני האור. אסטרטגיות החלפת תאי RPE עשויות להיות מבטיחות מאוד לספק הקלה טיפולית לתת-קבוצה גדולה של חולי AMD, ותאי RPE הדומים מאוד לתאים אנושיים ראשוניים (hRPE) נוצרו במספר מעבדות עצמאיות, כולל שלנו. בנוסף, השימושים ב-iPS-RPE אינם מוגבלים לטיפולים מבוססי תאים, אלא שימשו גם למודלים של מחלות RPE. מחקרים מסוג זה עשויים לא רק להבהיר את הבסיס המולקולרי של המחלות, אלא גם לשמש ככלים יקרי ערך לפיתוח ובדיקה של תרופות חדשות. אנו מציגים כאן פרוטוקול אופטימלי להתמיינות מכוונת של RPE מתאי גזע. הוספת ניקוטינאמיד ואקטין A או IDE-1, מולקולה קטנה המחקה את השפעותיו, בנקודות זמן ספציפיות, משפרת מאוד את התפוקה של תאי RPE. באמצעות טכניקה זו אנו יכולים להפיק מספר רב של RPE במעבר נמוך תוך שלושה חודשים.
סוגי התאים השונים המאכלסים את הרשתית מאורגנים בארכיטקטורה פונקציונלית. קולטני האור בחלק האחורי של הרשתית אחראים על המרת אור לדחפים חשמליים באמצעות פוטו-טרנסדוקציה. עם זאת, פוטו-טרנסדוקציה לא יכולה להתרחש ללא מאמצים מתואמים של סוגי תאים שכנים אחרים, כולל גליה מולר ותאי אפיתל פיגמנט רשתית (RPE). חד-שכבה של תאי RPE מפרידה בין הרשתית התחושתית, אספקת הדם העיקרית לקולטני האור, וממוקמת באופן אידיאלי לשליטה בתפקודים מרובים החשובים להומאוסטזיס של קולטני האור. למעשה, ה-RPE וקולטני האור כל כך תלויים זה בזה שהם נחשבים ליחידה פונקציונלית אחת. (לסקירה של כל הפונקציות המגוונות של RPE ראו שטראוס, 20051.) מוות או תפקוד לקוי של תאי אפיתל פיגמנט ברשתית יכולים לגרום לניוון מקולרי תלוי גיל (AMD), הגורם המוביל לאובדן ראייה קבוע במדינות מתועשות2-4.
AMD היא מחלה רב-גורמית של RPE, קולטני אור וכלי הדם הכורואידליים; גורמי הסיכון מגוונים וכוללים שילובים של השפעות סביבתיות וגנטיות5,6. הטיפולים ב-AMD מוגבלים מאוד, אך טיפול פוטנציאלי מבטיח אחד הוא החלפת תאי RPE7,8. בעוד שהתוצאות היו מעורבות, להשתלת תאי RPE בחולי AMD (ובחולים אחרים עם ניוון רשתית) וגם במודלים של מכרסמים של ניוון רשתית, יש פוטנציאל למנוע באופן זמני ניוון משמעותי של קולטני אור9-23. (המודל החייתי הנפוץ למחקרים אלה הוא חולדות הקולג' המלכותי למנתחים (RCS), הנושאות מוטציה בגן MerTK. מוטציה זו הופכת את תאי RPE לבלתי מסוגלים לפגוציטוזה של מקטעים חיצוניים של קולטני אור ומעודדת ניוון רשתית24.) בעוד ששיעורי ההישרדות המדווחים של RPE מושתל בחלל התת-רשתית של חולדות ועכברים RCS משתנים מאוד, יש להם פוטנציאל לשרוד מספר חודשים או שנים9,10,12,20.
ניתן להשיג תאיRPE במספרים מספיקים להשתלה על ידי הפקתם מתאי גזע פלוריפוטנטיים9-14,25-28. מספר קבוצות עצמאיות הוכיחו כי תאים אלה מתפקדים בדרכים דומות לעמיתיהם הסומטיים, ומחקרים ארוכי טווח מצביעים על כך שהם בטוחים עם השתלתם במודלים של מחלות חולדות ועכברים9,10,12,14,19,20,25,29-32. השימוש בתאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים במקום בתאי גזע עובריים עשוי להיות יתרון מכיוון שניתן למנוע סוגיות אתיות ואתגרים אימונולוגיים הקשורים ל-RPE אלוגני33,34. יישום מרגש נוסף לטכנולוגיית iPS הוא מידול מחלות35. היכולת לחקור מספר גדול של תאי RPE שמקורם בחולים עם מחלות RPE יכולה להיות בעלת ערך רב להבנת הבסיס המולקולרי שלהם. מחקר מסוג זה בוצע לאחרונה עם חולת המחלה הטובה ביותר RPE ויכול לסלול את הדרך למחקרים דומים של מקולופתיות תורשתיות36.
הפקת RPE מתאי גזע היא תהליך פשוט יחסית וניתן לעשות זאת לחלוטין בתנאים נטולי קסנו. האסטרטגיה הפשוטה ביותר היא להפיק חד-שכבות של תאי RPE באופן ספונטני, עם זאת, ניתן לשפר משמעותית את התפוקה באמצעות טכניקות התמיינות מכוונות. אך טכניקות אלה כוללות שימוש בגורמי חלבון אקסוגניים שיכולים להיות יקרים ולעתים קרובות נוצרים בחיידקים או במקורות אחרים שאינם אנושיים10,12,37. במחקרים שלנו עקבנו אחר פרוטוקולמבוסס 10 המשתמש בניקוטינאמיד ואקטיבין A, גורם איתות שהוכח כמספיק למפרט RPE38. כאן נדגים כי המולקולה הקטנה IDE-1 יכולה להחליף כראוי את Activin A, ובכך להפחית עלויות ולהקל על החששות הקשורים לשימוש בחלבונים רקומביננטיים39. בנוסף, אנו משתמשים בתחליף סרום נטול קסנו, ואנו מגדלים את תאי ה-RPE הממיינים על מצע סינתטי נטול קסנו. תאי RPE הוכחו בעבר כמתמיינים ביעילות רבה באמצעות גישה זו40.
כאשר מתמיינים כחד-שכבה, אנו מדמיינים מושבות פיגמנטיות המכילות תאי RPE כבר לאחר חמישה שבועות12. ברגע שהם מגיעים לגודל מספיק, ניתן לכרות אותם ידנית ולהעביר אותם למנה אחרת להרחבה. תאי RPE ידועים לשמצה בכך שהם מתמיינים עם כל מעבר, ויש להימנע משימוש בכל דבר בן יותר מחמישה מעברים (אנו מוצאים שמספר מספיק של תאים לאפיון והשתלה במודלים של בעלי חיים יכול להיווצר בקלות לאחר שניים או שלושה מעברים). לאחר התמיינות מלאה, אנו משתמשים במספר טכניקות כדי לאפיין את התאים מבחינה אנטומית ותפקודית כדי להבטיח שהם ישמשו כתחליף הולם ל-RPE חולה. התיאור של טכניקות אלה, והפרוטוקול להשתלת iPS-RPE בחלל התת-רשתית של מכרסמים, הם מעבר להיקף של מאמר שיטות זה ופורסמו בעבר12,32,41.
בעוד שפיתוח פרוטוקולים סטנדרטיים לגזירה יעילה של iPS-RPE חשוב בבירור עבור המרפאות, יש גם עבודה פרה-קלינית משמעותית שעדיין צריכה להיעשות במודלים של בעלי חיים. ישנם חששות לגבי אימונוגניות של תאים שמקורם ב-iPS, ומספר טכניקות השתלה שונות, כולל השתלת תאים על מצעים מלאכותיים, נחקרות42,43. מסיבות אלה, אנו סבורים כי פרסום פרוטוקולים סטנדרטיים מועיל להקל על מחקרים קליניים ופרה-קליניים כאחד. במיוחד אם יבוצעו השוואות ישירות של תאי iPS-RPE שמקורם במעבדות שונות על ידי קבוצות מחקר שונות.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. בימוי התמיינות של הרשתית המופק מתאי גזע
הערה: כל שלבי הדגירה מתבצעות על 37 מעלות צלזיוס ב 5% CO 2
2. איי פיגמנט בידוד
מקורן בתאי גזע 3. Passaging הרשתית
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הצעדים המפורטים בכתב היד הזה, כפי שהוא מתואר באיור 1, יכולים לשמש כדי ליצור בקלות הרשתית מתאי גזע כפי שדווחו בעבר 10,12. לאחר שמירת קווי iPS במשך כמה שבועות, מושבות פיגמנט יתחילו להופיע במושבות לאחר 5-7 שבועות (תרבויות בן 7 שבוע מוצגות באיור 2 א-ג). מושבות אלה יכולים להמשיך לצמוח במשך שבועות כנשמרות התרבויות. ברגע שמגיע לגדלים מספיק, כפי שמוצג באיור 2 ד-F (תרבויות בן 8 שבוע), הם יכולים להיות נכרת באופן ידני כפי שמודגמים...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בכתב יד זה אנו מתארים את הצעדים כדי ליצור ביעילות מספר גדול של תרבויות iPS-הרשתית טהורות. הראינו בעבר שימוש בפרוטוקול זה בבימויו בידול עם Activin שאנחנו יכולים ליצור iPS-הרשתית שמאוד דומה לhRPE מבוסס על transcriptomics, פרוטאומיקה, metabolomics, ופונקציונליות, וכי הם לעכב ניוון רשתית כאשר מושתלים בחולדות RCS 12,31,32 . תהליך יצירת iPS-הרשתית הוא גוזל זמן, אך לא מייגע (איור 1). ברגע שתרבויות iPS להגיע confluency הם חייבים להיות מוזנים עם תקשורת בידול על ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
לאף אחד מהמחברים אין גילויים מסחריים להצהיר עליהם.
ברצוננו להודות לאנשים הבאים: ד"ר טים קרון וד"ר אייל בנין (יחד עם ד"ר מנדי להמן ודיוויד פרידלנדר) על עזרתם הנדיבה בפיתוח פרוטוקולי ההתמיינות. ד"ר פליסיטס בוכר סייעה בהתמיינות תאי ה-RPE ששימשו במחקר זה. אנו מודים גם למכון העיניים הלאומי (מענקי NEI EY11254 ו-EY021416), למכון קליפורניה לרפואה רגנרטיבית (מענק CIRM TR1-01219) ולמכון המחקר הרפואי Lowy (LMRI) על מימון נדיב מאוד לפרויקט זה.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| סכין קרנית | סכין Surgipro | SPOI-070 | x 1 |
| DMEM/F-12, HEPES | Life Technologies | 11330-032 | 500 מ"ל x 4 |
| תמיסת מלח עם חוצץ פוספט של Dulbecco, 1X w/out Ca או Mg | VWR | 45000-434 | 500 מ"ל x 6 |
| סרום בקר עוברי, רגיל (מופעל בחום) | VWR | 45000-736 | 500 מ"ל x 1 |
| FGF-Basic (AA 10-155) טכנולוגיות חיים רקומביננטיות של חלבון אנושי | PHG0021 | 100 ומיקרו; g x 1 | |
| IDE-1 | Stemgent | 04-0026 | 2 מ"ג x 1 |
| Knockout DMEM | Life Technologies | 10829-018 | 500 מ"ל x 1 |
| KnockOut Serum | Replacement Life Technologies | 10828-028 | 500 מ"ל x 1 |
| L-גלוטמין 200 mM | Life Technologies | 25030-081 | 100 מ"ל x 1 |
| MEM תמיסת חומצות אמינו לא חיוניות 100X | Life Technologies | 11140-050 | 100 מ"ל x 1 |
| ניקוטינאמיד | סיגמא-אולדריץ' | N0636-100G | 100 גרם x 1 |
| פניצילין-סטרפטומיצין (10,000 יח'/מ"ל) | Life Technologies | 15140-148 | 20 מ"ל x 1 |
| אקטיבין רקומביננטי לאדם/מורין/חולדה A | PeproTech | 120-14E | 10 ומיקרו; g x 2 |
| Synthemax-T משטח 6 צלחות באר | קורנינג | 3877 | מארז (12) x 1 |
| אנזים TrypLE-Express (1X), ללא פנול אדום | Life Technologies | 12604-021 | 500 מ"ל x 1 |
| מערכת מסנן ואקום/בקבוקי אחסון, 0.1µ נקבוביות, 500 מ"ל | 431475 קורנינג | (12) x 1 |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה