הפרוטוקול הנוכחי מתאר שיטה לבידוד, הרחבה ותכנות מחדש של תאים אנושיים ולא אנושיים שמקורם בשתן של פרימטים לתאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים (iPSCs), כמו גם הוראות לתחזוקה ללא הזנה של תאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים (iPSCs) שנוצרו.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
הפרוטוקול הנוכחי מתאר שיטה לבידוד, הרחבה ותכנות מחדש של תאים אנושיים ולא אנושיים שמקורם בשתן של פרימטים לתאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים (iPSCs), כמו גם הוראות לתחזוקה ללא הזנה של תאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים (iPSCs) שנוצרו.
גישות חוצות מינים החוקרות תאי גזע פלוריפוטנטיים של פרימטים ונגזרותיהם חיוניות להבנה טובה יותר של המנגנונים המולקולריים והתאיים של מחלות, התפתחות ואבולוציה. כדי להפוך תאי גזע פלוריפוטנטיים המושרים על ידי פרימטים (iPSCs) לנגישים יותר, מאמר זה מציג שיטה לא פולשנית ליצירת תאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים אנושיים ולא אנושיים מתאים שמקורם בשתן, ותחזוקתם באמצעות שיטת תרבית ללא מזין.
ניתן לדגום את השתן מסביבה לא סטרילית (למשל, הכלוב של החיה) ולטפל בקוקטייל אנטיביוטי רחב טווח במהלך תרבית תאים ראשונית כדי להפחית את הזיהום ביעילות. לאחר התפשטות התאים שמקורם בשתן, iPSCs נוצרים על ידי שיטת התמרה שונה של מערכת וקטור וירוס סנדאי זמינה מסחרית. מושבות iPSC ראשונות עשויות להיות גלויות כבר לאחר 5 ימים, וניתן לקטוף אותן לאחר 10 ימים לכל המוקדם. מעבר גושים שגרתי עם חיץ דיסוציאציה ללא אנזימים תומך בפלוריפוטנציה של תאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים שנוצרו במשך יותר מ-50 מעברים.
השוואות גנומיות של פרימטים אנושיים ולא אנושיים (NHPs) חיוניות להבנת ההיסטוריה האבולוציונית שלנו והאבולוציה של תכונות ספציפיות לבני אדם1. בנוסף, השוואות אלה מאפשרות להסיק את התפקוד על ידי זיהוי רצפי דנ"א שמורים2, למשל, כדי לתעדף וריאנטים הקשורים למחלה3. השוואות של פנוטיפים מולקולריים כגון רמות ביטוי גנים חיוניות כדי לפרש טוב יותר השוואות גנומיות ולגלות, למשל, הבדלים פנוטיפיים תאיים. יתר על כן, יש להם - בדומה להשוואות ברמת הדנ"א - פוטנציאל להסיק רלוונטיות תפקודית, ומכאן לפרש טוב יותר שונות רלוונטית מבחינה רפואית בתוך בני אדם4. שילוב נתונים פנוטיפיים מולקולריים מקיפים במחקרים השוואתיים אלה דורש משאבים ביולוגיים מתאימים (כלומר, תאים אורתולוגיים בין מינים). עם זאת, סיבות אתיות ומעשיות מקשות או בלתי אפשריות על גישה לתאים דומים כאלה, במיוחד במהלך ההתפתחות. תאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים (iPSCs) מאפשרים יצירה של סוגי תאים בלתי נגישים כאלה במבחנה 5,6, נגישים בניסוי, ושימשו להשוואות פרימטים6,7,8,9,10,11,12,13,14.
כדי ליצור iPSCs, יש לרכוש את התאים העיקריים כדי להיות מתוכנתים מחדש. לתאים שבודדו משתן יש יתרון בכך שניתן לדגום אותם באופן לא פולשני מפרימטים, וכי ניתן לתכנת אותם מחדש בקלות, כנראה בשל הפרופיל המולקולרי דמוי תאי הגזע שלהם15. תנאי התרבית לשמירה על תאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים של פרימטים חשובים לא פחות מתכנות מחדש; באופן קלאסי, תרבית תאי גזע פלוריפוטנטיים אנושיים דרשה מדיום לא מוגדר, מבוסס סרום ותרבית משותפת של פיברובלסטים עובריים של עכברים - המכונים תאי הזנה - המספקים חומרי מזון חיוניים ופיגום לתאי גזע עובריים (ESC)16. מאז הפיתוח של מערכות תרבית מוגדרות כימית ונטולות הזנה17,18, קיימות כיום אפשרויות שונות של מדיה ומטריצות תרבית iPSC זמינות מסחרית. עם זאת, רוב תנאי התרבית הללו עברו אופטימיזציה עבור תאי גזע עובריים (ESC) ותאי גזע מושרים אנושיים, ולכן עשויים לעבוד פחות טוב בתרבות iPSC של NHP. בפרוטוקול וידאו זה, אנו מספקים הוראות ליצירה ולתחזוקה של תאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים אנושיים ו-NHP שמקורם בתרבית תאי שתן.
מאז הדיווח הראשון על יצירת iPSC על ידי ביטוי כפוי של גורמים מוגדרים בפיברובלסטים בשנת 2006, שיטה זו יושמה על סוגי תאים רבים ושונים ממקורות שונים 19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31 ,32. ביניהם, רק תאים שמקורם בשתן ניתן להשיג באופן לא פולשני לחלוטין. בהתבסס על הפרוטוקול שתואר קודם לכן על ידי Zhou et al.33, ניתן לבודד ולהרחיב תאים משתן פרימטים אפילו מדגימות לא סטריליות, על ידי השלמת אנטיביוטיקה רחבת טווח15. יש לציין כי תאים שמקורם בשתן שנדגמו על ידי פרוטוקול זה מפגינים פוטנציאל גבוה לייצר iPSCs, בתוך פרק זמן קצר יותר (מושבות הופכות גלויות תוך 5-15 ימים) מאשר תכנות מחדש קונבנציונלי של פיברובלסטים (20-30 יום, מניסיוננו), ועם שיעור הצלחה גבוה מספיק. תאים אלה שמקורם בשתן סווגו כאוכלוסייה מעורבת של תאים דמויי תאי גזע מזנכימליים ותאי אפיתל של שלפוחית השתן, מה שגרם ליעילות גבוהה של תכנות מחדש15.
בנוסף לשונות בתאים ראשוניים, שיטות התכנות מחדש ליצירת iPSCs משתנות גם בהתאם למטרת השימוש. הליכי תכנות מחדש קונבנציונליים עבור תאים סומטיים אנושיים בוצעו על ידי ביטוי יתר של גורמי תכנות מחדש עם רטרו-וירוס או וקטורים lentivirus, אשר איפשר שילוב של DNA אקסוגני בגנום 5,34,35. כדי לשמור על שלמותם הגנומית של תאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים (iPSCs), חוקרים פיתחו מגוון רחב של מערכות אי-אינטגרציה - וקטור PiggyBac36,37 הניתן לכריתה, וקטור אפיזומלי38,39, וקטורי וירוסים שאינם מתחברים כגון נגיף סנדאי40 ואדנו-וירוס 41, טרנספקציה של mRNA 42, טרנספקציה של חלבונים 43,44 וטיפול בתרכובת כימית 45. בשל היעילות והקלות בטיפול, וקטורי תכנות מחדש מבוססי וירוס Sendai משמשים בפרוטוקול זה. הדבקה של תאים ראשוניים מתבצעת בתרבית תרחיף של שעה אחת של תאים ונגיפים בריבוי זיהומים (MOI) של 5 לפני הציפוי. צעד שונה זה עשוי להגדיל את הסבירות למגע בין משטחי התא לנגיפים, בהשוואה לשיטה המקובלת שבה הנגיפים מתווספים ישירות לתרבית התא הדבקה, ובכך להניב יותר מושבות iPSC15.
העברה של תאי גזע פלוריפוטנטיים אנושיים ו- NHP יכולה להיעשות על ידי מעבר גושי ומעבר של תא יחיד. חומצה אתילאנדיאמין טטראצטית (EDTA) היא חומר כלאט חסכוני הקושר יוני סידן ומגנזיום, ובכך מונע את הפעילות הדבקה של קדרין ואינטגרין. EDTA משמש גם כמגיב דיסוציאציה מתון וסלקטיבי, כאשר תאים לא ממוינים מתנתקים לפני תאים ממוינים עקב מולקולות ההיצמדות השונות שלהם. דיסוציאציה מוחלטת גורמת למוות תאי מסיבי של פרימטים מושרים באמצעות היפראקטיבציה של מיוזין בתיווך Rho/Rho המכילה חלבון קינאז (Rho/Rock). לכן, תוספת למדיום התרבית עם מעכב Rho/Rock חיונית לניסויים הדורשים תאים בודדים בתרחיף46,47. בפרוטוקול זה, אנו ממליצים על Passaging גושי כשיטת ההעברה השגרתית וממליצים על Passaging של תא בודד רק כאשר יש צורך בכך, למשל, כאשר נדרשת זריעה של מספרי תאים מוגדרים, או במהלך שיבוט משנה.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הליך ניסויי זה אושר על ידי הוועדה האתית האחראית לניסויים בבני אדם (20-122, Ethikkommission LMU München). כל הניסויים בוצעו בהתאם להנחיות ולתקנות הרלוונטיות.
הערה: יש לקבל אישור מהוועדה האתית המתאימה לפני תחילת ניסויים העוסקים בדגימות אנושיות ודגימות NHP. כל הליכי הניסוי חייבים להתבצע בהתאם להנחיות ולתקנות הרלוונטיות. כל אחד מהשלבים הבאים צריך להתבצע בטכניקה סטרילית בארון בטיחות ביולוגי. ניתן למצוא את כל הרכבי החיץ והמדיה בטבלה משלימה S1. ודא שכל המדיה מחוממת לטמפרטורת החדר (22 ° C) לפני הוספתה לתאים. כל שלב בצנטריפוגה צריך להתבצע בטמפרטורת החדר, אלא אם צוין אחרת.
1. בידוד תאים מדגימות שתן
אזהרה: ודא שתורמים אנושיים נקיים מנגיף הכשל החיסוני האנושי (HIV), נגיף הפטיטיס B (HBV) ונגיף הפטיטיס C (HCV). עבור NHPs, ודא שהתורמים/התאים האפשריים נקיים מפתוגנים ספציפיים - וירוס B (BV), וירוס הכשל החיסוני סימיאן (SIV), סימיאן בטארטרווירוס (SRV) ווירוס לימפוטרופי של תאי T סימיאן (STLV).
2. הרחבת תאי השתן
הערה: העברת תאי השתן צריכה להתבצע לפני שהתרבית מגיעה למפגש של 90%.
3. יצירת iPSCs על ידי זיהום וקטורי וירוס Sendai
הערה: לקבלת זרימת העבודה של הליך התכנות מחדש, ראה איור 2A. תאי השתן המשמשים לתכנות מחדש צריכים להיות צעירים ככל האפשר, אך אובדן יוצא דופן של יעילות תכנות מחדש אינו נצפה לפני מעבר 4. יש להשתמש בערכת התכנות מחדש של וירוסי Sendai במתקן BL-2. טפל בנגיפים תחת ארון בטיחות ביולוגי עם זרימה למינרית, והשתמש תמיד בציוד בטיחות מתאים כדי למנוע חשיפה לרירית.

4. שינוי בינוני
הערה: יש להחליף את מדיום התרבות כל יומיים עד שהמושבות יגדלו מספיק למעבר.
5. מעבר
הערה: יש להעביר את התאים כאשר מושבות iPSC גדלות מספיק (קוטר > 2 מ"מ), או שהמושבות עומדות לגעת זו בזו. באופן שגרתי, ניתן לפצל iPSCs בערך כל 5 ימים. השתמש במעבר גושי (שלב 5.1) לתחזוקה שגרתית, ובמעבר תא בודד (שלב 5.2) לניסויים שבהם יש צורך במספר מוגדר של תאים. במקרה שתאי גזע פלוריפוטנטיים מובחנים מאוד, קטיף מושבות (שלב 5.3) יכול לעזור לשפר את טוהר התרבויות.
6. הקפאת תאי שתן ותאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים לאחסון לטווח ארוך
הערה: באופן שגרתי, תאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים מוקפאים כגושים בתווך הקפאת תאים ללא ספירה. פיפטינג צריך להיות מינימלי, כדי למנוע דיסוציאציה לתאים בודדים. עבור תאי שתן, באופן שגרתי, 1.5 × 104 עד 3 × 104 תאים מוקפאים לכל צינור, מה שמאפשר למשתמש להפשיר צינור אחד ישירות בבאר אחת של צלחת 12 בארות ללא צורך בשלב ספירה נוסף.
7. הפשרת תאי שתן ותאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים
8. אימונוציטוכימיה
הערה: צביעה חיסונית עם נוגדנים המכוונים לסמנים הקשורים לפלוריפוטנציה כגון NANOG, OCT3/4, SOX2, TRA-1-60 ו- EpCAM היא אחד האימותים הנפוצים ביותר של iPSCs שנוצרו לאחרונה. מידע נוסף על הנוגדנים והדילולים ניתן למצוא בטבלת החומרים.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בעת בידוד תאים משתן אנושי ושתן NHP, ניתן לזהות סוגים שונים של תאים ישירות לאחר הבידוד. תאי קשקש, כמו גם תאים עגולים קטנים יותר, מופרשים עם השתן; שתן נשי מכיל הרבה יותר תאי קשקש מאשר שתן זכרי (איור 1B - יום 0; איור משלים S1). לאחר 5 ימים של תרבית בתווך שתן ראשוני, ניתן לראות את התאים המתרבים הדבקים הראשונים (איור 1A,B - יום 5). בשלב זה, מחצית התווך מוחלף בתווך התפשטות REMC מדי יום, עד להופעת המושבות הראשונות. בערך ביום ה-13 התאים...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
iPSCs הם סוגי תאים יקרי ערך מכיוון שהם מאפשרים יצירה של סוגי תאים שאינם נגישים אחרת במבחנה. מכיוון שחומרי המוצא לתכנות מחדש, למשל, פיברובלסטים אינם זמינים בקלות מכל מיני הפרימטים, מאמר זה מציג פרוטוקול ליצירת iPSCs מתאים שמקורם בשתן. תאים אלה יכולים להתקבל באופן לא פולשני, אפילו מדגימות שתן של פרימטים לא סטריליים, על ידי השלמת מדיום התרבית עם אנטיביוטיקה רחבת טווח.
כמה שלבים קריטיים בפרוטוקול שווים דיון נוסף. ראשית, בעת בידוד תאים משתן לא סטרילי, חשוב להשלים את המדיום עם מגיב מיקרוביא...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין ניגודי עניינים לחשוף.
עבודה זו נתמכה על-ידי DFG EN 1093/5-1 (מספר פרויקט מספר 458247426). M.O. נתמך על ידי JSPS Overseas Research Fellowship. כל הדמויות נוצרו עם BioRender.com. ציטומטריית זרימה בוצעה בעזרת ציטומטריית זרימה של מתקן הליבה במרכז הביו-רפואי במינכן. ברצוננו להודות למאקוטו שידה ולטומויו מוטו מ-ASHBi, אוניברסיטת קיוטו, על התמיכה בווידיאוגרפיה.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| Accumax&Trade; פתרון ניתוק תאים (פתרון ניתוק) | Sigma-Aldrich | SCR006 | |
| Amphotericin B-Solution | Merck | A2941-100ML | |
| אנטי אנושי TRA-1-60 נוגדן עכבר | דילול תאי גזע | 60064 | : 1/200 |
| נוגדן מצומד PE TRA-1-60 אנטי אנושי | Miltenyi Biotec | 130-122-965 | דילול: 1/50 |
| Bambanker™ (מדיום הקפאת תאים) | Nippon Genetics | BB01 | |
| סרום בקר אלבומין (BSA) | Sigma-Aldrich | A3059-100G | |
| צלחת תרבית תאים, 12 בארות CELLSTAR | Greiner BIO-ONE | 665180 | |
| Countess™ II מונה תאים אוטומטי | Thermo Fisher Scientific | AMQAX1000 | |
| CryoKing® צינורות 1.5 מ"ל עם ברקוד דו-ממדי (Cryotubes) | Sued-Laborbedarf | 52 95-0213 | ניתן להשתמש בסוגים שונים של Cryotubes להקפאה. לצינורות הברקוד הדו-ממדיים יש יתרון שניתן לאחסן את המידע לדוגמה במסד נתונים עם מידע ייחודי על שפופרות. |
| CytoTune™ EmGFP Sendai Fluorencence Reporter (GFP Sendai virus) | Thermo Fisher Scientific | A16519 | |
| CytoTune™-iPS 2.0 Sendai Reprogramming Kit (Sendai virus reprogramming kit) | Thermo Fisher Scientific | A16518 | |
| DAPI 4',6-Diamidine-2'-phenylindole dihydrochloride | Sigma-Aldrich | 10236276001 | |
| DMEM High גלוקוז | TH. Geyer | L0102 | |
| DMEM/F12 w L-גלוטמין | פישר סיינטיפיק | 15373541 | |
| חמור נגד עכבר IgG (H+L) נוגדן משני בעל ספיחה צולבת גבוהה, Alexa Fluor™ 488 | Thermo Fisher Scientific | A-21202 | דילול: 1/500 |
| חמור נגד ארנב IgG (H+L) נוגדן משני בעל ספיחה צולבת גבוהה, Alexa Fluor™ 594 | Thermo Fisher Scientific | A-21207 | דילול: 1/500 |
| DPBS ללא סידן ללא מגנזיום | TH. Geyer | L0615-500 | |
| EpCAM נוגדן ארנב רב-שבטי רקומביננטי (22 HCLC) | דילול 710524 מדעי של תרמו פישר | : 1/500 | |
| חומצה אתילנדיאמין טטראצטית (EDTA) | קארל רוט | CN06.3 | |
| צינור פלקון 15 מ"ל גריינר תחתון חרוטי | BIO-ONE | 188271-N | |
| צינור פלקון 50 מ"ל גריינר תחתון חרוטי | BIO-ONE | 227261 | |
| סרום בקר עוברי, מוסמך, מושבת בחום, ברזיל (FBS) | Thermo Fisher Scientific | 10500064 | |
| FlowJo V10.8.2 | FlowJo | ||
| ג'לטין מעור חזיר | Sigma-Aldrich | G1890-1KG | |
| Geltrex ™ ללא LDEV, מוסמך hESC, גורם גדילה מופחת מטריצת ממברנת מרתף | Thermo Fisher Scientific | A1413301 | |
| GlutaMAX ™ תוסף | Thermo Fisher Scientific | 35050038 | |
| Heracell™ חממת CO2 240i | Fisher Scientific | 16416639 | |
| Heraeus HeraSafe ארון בטיחות | Kendro | 51017905 | |
| Human EGF, בדרגת פרימיום | Miltenyi Biotec | 130-097-749 | |
| ImageJ | פיג'י | גרסה 2.9.0 | |
| MEM תמיסת חומצות אמינו לא חיוניות (100X) | Thermo Fisher Scientific | 11140035 | |
| צינור מיקרוצנטריפוגה PP, 1.5 מ"ל | Nerbe Plus | 04-212-1000 | |
| מיקרוסקופ ניקון ליקוי חמה TE2000-S | Nikon | TE2000-S | |
| עכבר נוגדן נגד חלבון עוברי | אלפא R& דילול MAB1368 מערכות D | : 1/100 | |
| עכבר אנטי-אלפא-שריר חלק נוגדן אקטין | R& D Systems | MAB1420 | דילול: 1/100 |
| עכבר אנטי-בטא-III נוגדן טובולין | R& D Systems | MAB1195 | דילול: 1/100 |
| mTeSR™ 1 | STEMCELL Technolgies | 85850 | |
| Nanog (D73G4) XP Rabbit mAb | טכנולוגיית איתות תאים | 4903S | דילול: 1/400 |
| נורמוקור וסחר; (מגיב אנטי-מיקרוביאלי) | נוגדן ארנב Invivogen | ant-noc | |
| Oct-4 | טכנולוגיית איתות תאים | דילול 2750S | : 1/400 |
| פרפורמלדהיד (PFA) | סיגמא-אולדריץ' | 441244-1KG | |
| פניצילין-סטרפטומיצין (10.000 יח'/מ"ל) (PS) | Thermo Fisher Scientific | 15140122 | מכילה 100 U/mL פניצילין ו-100 ומיקרו; גרם/מ"ל סטרפטומיצין. |
| רקומביננטי אנושי FGF-בסיסי | PeproTech | 100-18B | |
| רקומביננטי אנושי PDGF-AB | PeproTech | 100-00AB | |
| צנטריפוגה שולחנית מקוררת | SIGMA | 4-16KS | |
| תא אפיתל כליה בסיסי בינוני | ATCC | PCS-400-030 | |
| ערכת צמיחת תאי אפיתל כליה | ATCC | PCS-400-040 | |
| Sox2 (L1D6A2) עכבר mAb #4900 | טכנולוגיית איתות תאים | 4900S | דילול: 1/400 |
| SSEA4 (MC813) עכבר mAb | NEB | 4755S | דילול: 1/500 |
| StemFit® Basic02 | Nippon Genetics | 3821.00 | הייצור של מדיום זה הופסק, השתמש במקום זאת ב-StemFit Basic04CT עבור קווי תאים אנושיים או ב-StemFit Basic03 עבור פרימטים שאינם אנושיים. |
| טריטון X-100 | סיגמא-אולדריץ' | T8787-50 מ"ל | |
| TrypLE™ Select Enzyme (1x), ללא פנול אדום (Dissociation Enzyme)Thermo | Fisher Scientific | 12563011 | |
| Waterbath Precision GP 05 | Thermo Fisher Scientific | TSGP05 | |
| Y-27632, מלח דיהידרוכלוריד (מעכב סלעים) | Biozol | BYT-ORB153635 | |
| מאגר | להרכב ראה את התוספת טבלה S1 | ||
| מאגר | להרכב, ראה את הטבלה המשלימה S1 | ||
| מדיום | להרכב, ראה את הטבלה המשלימה S1 | ||
| מדיום | להרכב, ראה את הטבלה המשלימה S1 | ||
| מדיום | להרכב, ראה את הטבלה המשלימה S1 | ||
| מדיום יצירת PSC | להרכב, עיין בטבלה המשלימה S1 | ||
| מאגר | להרכב, עיין בטבלה המשלימה S1 |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.