התמיינות תאי גזע לתאי איון מספקת פתרון חלופי לטיפול קונבנציונלי בסוכרת ולמידול מחלות. אנו מתארים פרוטוקול מפורט של תרבית תאי גזע המשלב ערכת התמיינות מסחרית עם שיטה שאושרה בעבר כדי לסייע בייצור איים מפרישי אינסולין שמקורם בתאי גזע בצלחת.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
התמיינות תאי גזע לתאי איון מספקת פתרון חלופי לטיפול קונבנציונלי בסוכרת ולמידול מחלות. אנו מתארים פרוטוקול מפורט של תרבית תאי גזע המשלב ערכת התמיינות מסחרית עם שיטה שאושרה בעבר כדי לסייע בייצור איים מפרישי אינסולין שמקורם בתאי גזע בצלחת.
התמיינות של תאי גזע פלוריפוטנטיים אנושיים (hPSCs) לתאי בטא מפרישי אינסולין מספקת חומר לחקר תפקוד תאי בטא וטיפול בסוכרת. עם זאת, נותרו אתגרים בהשגת תאי בטא שמקורם בתאי גזע המחקים כראוי תאי בטא אנושיים מקומיים. בהתבסס על מחקרים קודמים, תאי איון שמקורם ב-hPSC נוצרו כדי ליצור פרוטוקול עם תוצאות התמיינות ועקביות משופרות. הפרוטוקול המתואר כאן משתמש בערכת אב לבלב בשלבים 1-4, ואחריה פרוטוקול שונה ממאמר שפורסם בעבר בשנת 2014 (להלן "פרוטוקול R") במהלך שלבים 5-7. נהלים מפורטים לשימוש בערכת אב הלבלב ולוחות מיקרווול בקוטר 400 מיקרומטר ליצירת אשכולות אב לבלב, פרוטוקול R להתמיינות אנדוקרינית בפורמט תרחיף סטטי של 96 בארות, ואפיון חוץ גופי והערכה תפקודית של איים שמקורם ב- hPSC, כלולים. הפרוטוקול המלא לוקח שבוע אחד להרחבה ראשונית של hPSC ואחריו ~ 5 שבועות להשגת איים hPSC מייצרי אינסולין. אנשי צוות עם טכניקות בסיסיות של תרבית תאי גזע והכשרה בבדיקות ביולוגיות יכולים לשחזר פרוטוקול זה.
תאי בטא בלבלב מפרישים אינסולין המגיב לעלייה ברמות הגלוקוז בדם. חולים ללא ייצור אינסולין מספיק עקב הרס אוטואימוני של תאי בטא בסוכרת מסוג 1 (T1D)1, או עקב תפקוד לקוי של תאי בטא בסוכרת מסוג 2 (T2D)2, מטופלים בדרך כלל במתן אינסולין אקסוגני. למרות טיפול מציל חיים זה, הוא אינו יכול להתאים במדויק לשליטה המעודנת ברמת הגלוקוז בדם כפי שהיא מושגת על ידי הפרשת אינסולין דינמית מתאי בטא בתום לב. ככאלה, חולים סובלים לעתים קרובות מההשלכות של אירועי היפוגליקמיה מסכני חיים וסיבוכים אחרים הנובעים מטיולים היפרגליקמיים כרוניים. השתלת איים גוותיים אנושיים משחזרת בהצלחה שליטה גליקמית הדוקה בחולי סוכרת סוג 1, אך מוגבלת על ידי זמינותם של תורמי איים וקשיים בטיהור איים בריאים להשתלה 3,4. אתגר זה יכול, באופן עקרוני, להיפתר על ידי שימוש ב-hPSCs כחומר מוצא חלופי.
האסטרטגיות הנוכחיות ליצירת איים מפרישי אינסולין מתאי גזע גזעיים גזעיים (hPSCs) במבחנה שואפות לעתים קרובות לחקות את תהליך התפתחות הלבלב העוברי in vivo 5,6. זה דורש ידע של מסלולי איתות אחראי והוספה מתוזמנת של גורמים מסיסים מתאימים כדי לחקות שלבים קריטיים של הלבלב העוברי המתפתח. תוכנית הלבלב מתחילה עם המחויבות לאנדודרם סופי, המסומן על ידי גורמי שעתוק תיבת מזלג A2 (FOXA2) ואזור קביעת מין Y-box 17 (SOX17)7. התמיינות רצופה של אנדודרם סופי כרוכה בהיווצרות של צינור מעיים פרימיטיבי, היוצר תבנית למעי קדמי אחורי המבטא את ההומיאובוקס 1 של הלבלב והתריסריון 1 (PDX1)7,8,9, והתרחבות אפיתל לאבות לבלב המבטאים יחד PDX1 ו- NK6 הומיאובוקס 1 (NKX6.1)10,11.
מחויבות נוספת לתאי איון אנדוקריני מלווה בביטוי ארעי של רגולטור ראשי פרו-אנדוקריני נוירוגנין-3 (NGN3)12 ואינדוקציה יציבה של גורמי שעתוק מרכזיים התמיינות עצבית 1 (NEUROD1) ו- NK2 homeobox 2 (NKX2.2)13. התאים העיקריים המבטאים הורמונים, כגון תאי בטא מייצרי אינסולין, תאי אלפא מייצרי גלוקגון, תאי דלתא מייצרי סומטוסטטין ותאי PPY מייצרי פוליפפטיד בלבלב, מתוכנתים לאחר מכן. עם הידע הזה, כמו גם תגליות ממחקרי סינון תרופות נרחבים ובעלי תפוקה גבוהה, ההתקדמות האחרונה אפשרה יצירת תאי hPSC עם תאים הדומים לתאי בטא המסוגלים להפריש אינסולין 14,15,16,17,18,19.
פרוטוקולים הדרגתיים דווחו לייצור תאי בטא מגיבים לגלוקוז 6,14,18,19. הפרוטוקול הנוכחי, המבוסס על מחקרים אלה, כולל שימוש בערכת אב לבלב ליצירת תאי אב לבלב PDX1+/NKX6.1+ בתרבית מישורית, ולאחר מכן צבירת לוחות מיקרווול לצבירים בגודל אחיד והתמיינות נוספת לעבר איי hPSC מפרישי אינסולין עם פרוטוקול R בתרבית תרחיף תלת-ממדית סטטית. ניתוחי בקרת איכות, כולל ציטומטריית זרימה, אימונוסטיין והערכה תפקודית, מבוצעים לאפיון קפדני של התאים המתמיינים. מאמר זה מספק תיאור מפורט של כל שלב של הבידול המכוון ומתאר את גישות האפיון במבחנה.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פרוטוקול זה מבוסס על עבודה עם קווי hPSC, כולל H1, HUES4 PDXeG ו-Mel1 INSGFP/W, בתנאים נטולי הזנה. הליך שלב אחר שלב מפורט בסעיף זה, עם נתונים תומכים מההבחנה של Mel1 INSGFP/W בסעיף התוצאות המייצגות. אנו ממליצים כי יש צורך במיטוב נוסף בעת עבודה עם קווי hPSC אחרים שאינם מצוינים כאן. עיין בטבלת החומרים לקבלת פרטים הקשורים לכל הריאגנטים והפתרונות המשמשים בפרוטוקול זה.
1. הכנת מדיה בידול ופתרונות
הערה: ראה טבלה 1 עבור כל הפתרונות שיש להכין וטבלה 2 עבור מדיית הבידול.
2. התמיינות של hPSCs לתאי אב של הלבלב
3. צבירה לצברי אבות לבלב באמצעות לוחות מיקרווול בקוטר 400 מיקרומטר
4. הבחנה של אשכולות אבות לבלב שמקורם בערכה לאיי hPSC
5. ניתוח ציטומטרי זרימה
6. הר שלם immunostaining
7. בדיקת GSIS סטטית
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פיתחנו אסטרטגיה היברידית להתמיין תאי גזע לאיונים hPSC מפרישי אינסולין בשבעה שלבים, אשר משתמשת בערכת אב לבלב עבור ארבעת השלבים הראשונים בתרבית מישורית, ולאחר מכן פרוטוקול שונה הבנוי על שיטה6 שדווחה בעבר בתרבית תרחיף סטטי עבור שלושת השלבים האחרונים (איור 1). באמצעות פרוטוקול זה, הבטחת מפגש קרוב (90%-100%) של תרבית לאחר זריעת תאים (שלב 0) היא קריטית להתחלת התמיינות יעילה עבור רוב קווי hPSC (איור 2A). מומלץ מאוד לבדוק צפיפויות זריעה שונות כדי...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
מאמר זה מתאר פרוטוקול היברידי בן שבעה שלבים המאפשר יצירת איים hPSC המסוגלים להפריש אינסולין על אתגר גלוקוז תוך 40 יום מהתרבית במבחנה. בין השלבים המרובים הללו, אינדוקציה יעילה של אנדודרם סופי נחשבת כנקודת התחלה חשובה לתוצאות הבידול הסופיות18,27,28. בפרוטוקול היצרן מומלצת צפיפות זריעה של 2.6 × 105/cm2 כדי להתחיל התמיינות, והתאים נחשפים למדיה שלב 1 למשך יומיים. כדי להבטיח שהתאים יגיעו למפגש קרוב ביום ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
טימותי ג 'יי קיפר היה עובד של ViaCyte במהלך הכנת כתב היד הזה. המחברים האחרים מצהירים שאין אינטרסים מתחרים.
אנו מודים בהכרת תודה על התמיכה של STEMCELL Technologies, Michael Smith Health Research BC, Stem Cell Network, JDRF והמכונים הקנדיים לחקר הבריאות. ג'יה ג'או ושנגהווי ליאנג הם מקבלי פרס מייקל סמית 'מחקר בריאות BC Trainee Award. מיטשל ג'.ס. בראם זכה במלגת Mitacs Accelerate Fellowship. Diepiriye G. Iworima הוא חתן מלגת אלכסנדר גרהם בל קנדה בוגר ואת CFUW 1989 Ecole Polytechnique Commemorative Award. אנו מודים מקרב לב לד"ר אדואר ג. סטנלי מ-MCRI ומאוניברסיטת מונאש על שיתוף קו Mel1 INS GFP/W ועל ליבת Islet Core של מכון אלברטה לסוכרת על בידוד והפצה של איים אנושיים. אנו מודים גם על התמיכה ממתקני הדמיה וציטומטריית זרימה של המכון למדעי החיים באוניברסיטת קולומביה הבריטית. איור 1 נוצר באמצעות BioRender.com.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| 3,3',5-Triiodo-L-thyronine (T3) | Sigma | T6397 | הורמון בלוטת התריס |
| 4% תמיסת PFA | Santa Cruz Biotechnology | sc-281692 | יש לטפל במכסה אדים |
| 96-Well, חיבור אולטרה-נמוך, תחתית שטוחה | Corning Costar (VWR) | CLS3474 | תחתית שטוחה; לתרבית מתלה סטטית בשלושת השלבים האחרונים |
| Accutase | STEMCELL Technologies | 07920 | מגיב דיסוציאציה לתאי שלב 4 |
| Aggrewell400 לוחות | STEMCELL Technologies | 34415 | 400 ומיקרו; קוטר m לוחות מיקרובאר |
| Aggrewell800 לוחות | STEMCELL Technologies | 34815 | 800 ומיקרו; קוטר m לוחות מיקרובאר |
| Alexa Fluor 488 עז אנטי אנושי FOXA2 (עז IgG) | R& D Systems | IC2400G | 1:100 בזרימה ציטומטרית; משמש לבדיקת תאי שלב 1 |
| Alexa Fluor 488 Goat IgG Isotype Control | R& D Systems | IC108G | 1:100 בזרימה ציטומטריית |
| Alexa Fluor 488 עכבר SST אנטי אנושי (עכבר IgG2B) | BD Sciences | 566032 | 1:250 בזרימה ציטומטרית; משמש לבדיקת תאים שלב 7 |
| Alexa Fluor 488 עכבר IgG2B בקרת איזוטיפ | R& D Systems | IC0041G | 1:500 בזרימה ציטומטריה |
| Alexa Fluor 647 עכבר אנטי-פפטיד C אנושי (עכבר IgG1κ) | BD Pharmingen | 565831 | 1:2,000 בזרימה ציטומטרית; משמש לבדיקת תאי שלב 7 |
| Alexa Fluor 647 Mouse Anti-Human INS (עכבר IgG1κ) | BD Sciences | 565689 | 1:2,000 בזרימה ציטומטריית Alexa |
| Fluor 647 עכבר אנטי-אנושי NKX6.1 (עכבר IgG1κ) | BD Sciences | 563338 | 1:33 בזרימה ציטומטרית; משמש לבדיקת תאי שלב 4 |
| Alexa Fluor 647 עכבר אנטי-אנושי SOX17 (עכבר IgG1κ) | BD Sciences | 562594 | 1:50 בזרימה ציטומטרית; משמש לבדיקת תאים שלב 1 |
| Alexa Fluor 647 Mouse IgG1κ בקרת איזוטיפ | BD Sciences | 557714 1:50 בזרימה ציטומטרית | |
| ALK5i II | קיימן כימיקלים | 14794 | מעכב איתות TGF-beta |
| תמיסת שטיפה נגד היצמדות | STEMCELL Technologies | 7010 | תא בדיקת תמיסת שטיפה Microwell |
| Cellvis | D35-10-1-N | למטרות GSIS סטטי והדמיה קונפוקלית | |
| אלבומין בסרום בקר (BSA) | Thermo Fisher Scientific | BP1600-100 | להליך צביעה חיסונית |
| נוגדן CK19 | DAKO | M0888 | 1:50 בהר שלם אימונופלואורסצנטי |
| D-גלוקוז | סיגמא | תוסף G8769 | בינוני |
| DAPI | Sigma | D9542 | לצביעה גרעינית |
| DMEM/F12, HEPES | Thermo Fisher Scientific | 11330032 | תמיסת דילול מטריקס |
| חמור נגד עז Alexa Fluor 555 | Life technologies | A21432 | 1:500 בהר שלם אימונופלואורסצנטי |
| חמור נגד עז Alexa Fluor 647 | Life technologies | A21447 | 1:500 בהר שלם אימונופלואורסצנציה |
| חמור נגד עכבר Alexa Fluor 555 | Life technologies | A31570 | 1:500 בהר שלם אימונופלואורסצנציה |
| חמור נגד עכבר Alexa Fluor 647 | Life technologies | A31571 | :500 בהר שלם אימונופלואורסצנציה |
| חמור נגד ארנב Alexa Fluor 555 | Life technologies | A31572 | 1:500 בהר שלם אימונופלואורסצנציה |
| חמור נגד ארנב Alexa Fluor 647 | Life technologies | A31573 | 1:500 בהר שלם אימונופלואורסצנטי |
| חמור נגד כבשים Alexa Fluor 647 | Life technologies | A21448 | 1:500 בהר שלם אימונופלואורסצנטי |
| DPBS | Sigma | D8537 | ללא Ca2+ ו-Mg2+ |
| ELISA, אינסולין, | אלפקו | 80-INSHU-E01.1 | למדידת אינסולין אנושי |
| ללא חומצות שומן BSA | Proliant | 68700 | תוסף בינוני |
| קיבוע וחדירה ערכת פתרונות | BD Sciences | 554714 | Fix/Perm ו-10x Perm/Wash כללו |
| ריאגנט דיסוציאציה עדין של תאים | STEMCELL Technologies | 7174 | למעבר גושים hPSCs במהלך תרבית תחזוקה |
| נוגדן גלוקגון | Sigma | G2654 | 1:400 בהר שלם אימונופלואורסצנציה |
| GLUT1 נוגדן Thermo | Fisher Scientific | PA1-37782 | 1:200 בהר שלם אימונופלואורסצנטי |
| GlutaMAX-I (100x) | Gibco | 35050061 | תוסף L-גלוטמין |
| גליצרול | תרמו פישר מדעי | G33-4 | לניקוי רקמות והרכבה |
| GSi XX | סיגמא Millipore | מעכב 565789 Notch | |
| Heparin | Sigma | H3149 | תוסף בינוני |
| ITS-X (100x) | Thermo Fisher Scientific | 51500056 | אינסולין-טרנספרין-סלניום-אתנולמין; תוסף בינוני |
| LDN193189 | STEMCELL Technologies | 72147 | אנטגוניסט BMP |
| נוגדן MAFA | Abcam | ab26405 | 1:200 בהר שלם אימונופלואורסצנטי |
| Matrigel, מוסמך hESC | Thermo Fisher Scientific | 08-774-552 | מטריצה חוץ-תאית לציפוי פני הכלי |
| MCDB131 בינוני | טכנולוגיות חיים | 10372019 | בסיס |
| בינוני mTeSR1 ערכה מלאה | STEMCELL טכנולוגיות | 85850 | תאי גזע בינוני ותוסף 5x כללו |
| N-Cys (N-אצטיל ציסטאין) | Sigma | A9165 | נוגד חמצון |
| NaHCO3 | Sigma | S6297 | תוסף בינוני |
| NEUROD1 נוגדנים | R& D Systems | AF2746 | 1:20 בנוגדנים אימונופלואורסצנטיים |
| NKX6.1 | DSHB | F55A12-c | 1:50 בהר שלם |
| נוגדן פוליפפטיד לבלב | R& D Systems | AF6297 | 1:200 בהר שלם אימונופלואורסצנטי |
| PBS | Sigma | D8662 | עם Ca2+ ונוגדנים Mg2+ |
| PDX1 Abcam | ab47267 | 1:200 בהר שלם אימונופלואורסצנטי | |
| PE עכבר אנטי-אנושי GCG (עכבר IgG1κ) | BD Sciences | 565860 | 1:2,000 בזרימה ציטומטרית; משמש לבדיקת תאי שלב 7 |
| PE עכבר אנטי-אנושי NKX6.1 (עכבר IgG1k) | BD Sciences | 563023 1:250 בזרימה ציטומטריית | |
| PE עכבר אנטי-אנושי PDX1 (עכבר IgG1k) | BD Sciences | 562161 | 1:200 בזרימה ציטומטרית; משמש לבדיקת תאי שלב 4 |
| PE Mouse IgG1κ בקרת איזוטיפ | BD Sciences | 554680 | 1:2,000 בזרימה ציטומטריה |
| PE עכבר-כרומוגרנין אנושי A (CHGA, עכבר IgG1k) | BD Sciences | 564563 | 1:200 בזרימה ציטומטרית |
| R428 | Cayman Chemicals | 21523 | מעכב טירוזין קינאז AXL |
| חומצה רטינואידית, מאגר ליזה RIPA | רגיש לאור | Sigma | R2625 |
| 10x | Sigma | 20-188 | למיצוי הורמונים |
| SANT-1 | Sigma | S4572 | מעכב SHH |
| SLC18A1 נוגדן | Sigma | HPA063797 | 1:200 באימונופלואורסצנציה שלמה |
| נוגדן סומטוסטטין | סיגמא | HPA019472 | 1:100 בהר שלם אימונופלואורסצנטי |
| STEMdiff ערכת אב לבלב STEMCELL | Technologies | 05120 | מדיה בסיסית ותוספי מזון כללו |
| נוגדן סינפטופיזין | נובוס | NB120-16659 | 1:25 בהר שלם אימונופלואורסצנטי |
| טריטון X-100 | סיגמא | X100 | לחדירות |
| טרולוקס | Sigma Millipore | 648471 | ויטמין E אנלוגי |
| TrypLE אנזים אקספרס | טכנולוגיות חיים | 12604-021 | מגיב אנזים דיסוציאציה של תאים למעבר תאים בודדים hPSCs |
| Trypsin1/2/3 נוגדן | R& D Systems | AF3586 | 1:25 בהר שלם אימונופלואורסצנטי |
| Y-27632 | STEMCELL Technologies | 72304 | מעכב ROCK |
| אבץ גופרתי | Sigma | Z0251 | תוסף בינוני |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.