כאן, אנו מציגים פרוטוקול למערכת תרבית תאים אוטומטית. מערכת תרבית אוטומטית זו מפחיתה את העבודה ומועילה למשתמשים, כולל חוקרים שאינם בקיאים בטיפול בתאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים (iPS), החל מתחזוקה של תאי iPS ועד התמיינות לסוגים שונים של תאים.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
כאן, אנו מציגים פרוטוקול למערכת תרבית תאים אוטומטית. מערכת תרבית אוטומטית זו מפחיתה את העבודה ומועילה למשתמשים, כולל חוקרים שאינם בקיאים בטיפול בתאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים (iPS), החל מתחזוקה של תאי iPS ועד התמיינות לסוגים שונים של תאים.
תאי גזע פלוריפוטנטיים המושרים על ידי בני אדם (hiPSCs) עם יכולת אינסופית של התרבות עצמית צפויים להיות בעלי יישומים בתחומים רבים, כולל הבהרה של פתולוגיות של מחלות נדירות, פיתוח תרופות חדשות ורפואה רגנרטיבית שמטרתה לשקם איברים פגועים. למרות זאת, היישום החברתי של hiPSCs עדיין מוגבל. זאת, בין היתר, בשל הקושי לשחזר את הבידול בתרבות, אפילו עם ידע מתקדם וכישורים טכניים מתוחכמים, בשל הרגישות הגבוהה של תאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים לשינויים סביבתיים זעירים. היישום של מערכת תרבות אוטומטית יכול לפתור בעיה זו. ניתן לצפות לניסויים בעלי יכולת שחזור גבוהה שאינה תלויה במיומנותו של החוקר על פי נוהל משותף בין מכונים שונים. למרות שמספר מערכות תרבות אוטומטיות המסוגלות לשמור על תרביות iPSC ולגרום לבידול פותחו בעבר, מערכות אלה הן כבדות, גדולות ויקרות מכיוון שהן עושות שימוש בזרועות רובוטיות אנושיות ורב-מפרקיות. כדי לשפר את הבעיות הנ"ל, פיתחנו מערכת חדשה באמצעות מערכת פשוטה של מסילות הזזה על ציר x-y-z, המאפשרת לה להיות קומפקטית יותר, קלה יותר וזולה יותר. יתר על כן, המשתמש יכול בקלות לשנות פרמטרים במערכת החדשה כדי לפתח משימות טיפול חדשות. לאחר קביעת משימה, כל שעל המשתמש לעשות הוא להכין את ה- iPSC, לספק מראש את הריאגנטים והחומרים המתכלים הדרושים למשימה הרצויה, לבחור את מספר המשימה ולציין את השעה. אישרנו כי המערכת יכולה לשמור על תאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים במצב בלתי ממוין באמצעות מספר מעברים ללא תאי הזנה ולהתמיין לסוגי תאים שונים, כולל קרדיומיוציטים, הפטוציטים, אבות עצביים וקרטינוציטים. המערכת תאפשר ניסויים בעלי יכולת שחזור גבוהה בין מוסדות ללא צורך בחוקרים מיומנים ותקל על יישום חברתי של hiPSCs במגוון רחב יותר של תחומי מחקר על ידי הפחתת המכשולים לערכים חדשים.
מאמר זה נועד לספק נהלי טיפול בפועל ומפורטים עבור מערכת תרבית אוטומטית עבור תאי גזע פלוריפוטנטיים המושרים על ידי בני אדם (iPSC), אשר ייצרנו על ידי שיתוף פעולה עם חברה, ולהציג תוצאות מייצגות.
מאז פרסום המאמר בשנת 2007, iPSC מושך תשומת לב בכל רחבי העולם1. בשל התכונה הגדולה ביותר של היכולת להתמיין לכל סוג של תא סומטי, הוא צפוי להיות מיושם בתחומים שונים כגון רפואה רגנרטיבית, להבהיר את הגורמים למחלות עקשניות, ופיתוח תרופות טיפוליות חדשות 2,3. בנוסף, שימוש בתאים סומטיים שמקורם בתאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים בבני אדם עשוי להפחית ניסויים בבעלי חיים, הכפופים למגבלות אתיות משמעותיות. למרות שתאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים הומוגניים רבים נדרשים כל הזמן לחקור שיטות חדשות עם iPSCs, זה מייגע מדי לנהל אותם. יתר על כן, הטיפול ב- iPSC קשה בגלל רגישותו הגבוהה, אפילו לשינויים תרבותיים וסביבתיים עדינים.
כדי לפתור בעיה זו, מערכות תרבות אוטומטיות צפויות לבצע משימות במקום בני אדם. קבוצות מסוימות פיתחו כמה מערכות אוטומטיות לתרבית תאי גזע פלוריפוטנטיות אנושיות לתחזוקה והתמיינות של תאים ופרסמו את הישגיהן 4,5,6. מערכות אלה מציידות זרועות רובוטיות רב-מפרקיות. לזרועות רובוטיות יש לא רק ערך בכך שהן מחקות מאוד תנועות זרוע אנושיות, אלא גם ראויות בכך שהן דורשות עלויות גבוהות יותר עבור הזרוע(ות), אריזות מערכת גדולות וכבדות יותר, ומאמצי חינוך גוזלי זמן על ידי המהנדסים כדי להשיג את התנועות המכוונות 7,8. על מנת להקל על החדרת המנגנון למתקני מחקר נוספים בנקודות של צריכת משאבים כלכליים, חלל ומשאבי אנוש, פיתחנו מערכת תרבית אוטומטית חדשנית לתחזוקה והתמיינות של iPSC לסוגי תאים שונים9.
הרציונל שלנו למערכת החדשה היה לאמץ מערכת מסילות ציר X-Y-Z במקום זרועות רובוטיות רב-מפרקיות9. כדי להחליף את הפונקציות המורכבות דמויות היד של זרועות רובוטיות, יישמנו רעיון חדש למערכת זו, אשר יכול לשנות באופן אוטומטי שלושה סוגים של קצוות זרוע פונקציונליים ספציפיים. כאן, אנו גם מציינים כיצד משתמשים יכולים בקלות לבצע לוחות זמנים של משימות עם הזמנות פשוטות בתוכנה בגלל היעדר דרישות לתרומות המהנדסים לאורך כל התהליך.
אחת ממערכות התרבית הרובוטיות הדגימה יצירת גופים עובריים באמצעות לוחות 96 בארות כצברי תאים תלת-ממדיים להתמיינות4. המערכת המדווחת כאן אינה יכולה להתמודד עם לוחות 96 בארות. אחד מהם השיג את הציון הנוכחי של תנאי ייצור נאותים (cGMP) באמצעות קו תאים, למרות שזה לא היה תא גזע פלוריפוטנטי אנושי5. מערכת התרביות האוטומטיות המפורטת כאן פותחה כעת במטרה ספציפית לסייע בניסויי מעבדה (איור 1). עם זאת, יש לו מספיק מערכות כדי לשמור על רמות נקיות שוות ערך לארון בטיחות ברמה IV.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
ועדת האתיקה של האוניברסיטה הרפואית של קנסאי אישרה את הייצור והשימוש בתאי גזע פלוריפוטנטיים פלוריפוטנטיים בריאים שמקורם במתנדבים בשם KMUR001 (אישור מס' 2020197). התורם, שגויס בגלוי, סיפק הסכמה רשמית מדעת והסכים לשימוש המדעי בתאים.
הערה: הממשק הנוכחי (התוכנה המיוחדת בשם "ccssHMI" הפועלת תחת מערכת ההפעלה Windows XP) הוא מסך הפעולה הבסיסי. תחת הממשק הנ"ל, סדרה של כרטיסיות מסודרות, המאפשר למשתמשים ליזום פעולות שונות.
1. פעולות טעינה
2. פעולת פריקה
3. תוספת של חומרים מתכלים: פיפטה, צינורות, בינוני
4. בחירת משימות
5. בדוק תמונות סלולריות
6. מעבר ובידול
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
תחזוקה של תאי גזע פלוריפוטנטיים המושרים על ידי אדם
השתמשנו בשלושה קווי hPSC (RIKEN-2F, 253G1 ו-KMUR001). ביצענו אופטימיזציה של פרוטוקול התחזוקה באמצעות ניסויים ידניים יומיים ואופטימיזציה נוספת של התוכניות המפורטות באמצעות שבעת הניסויים המקדימים שבוצעו על ידי המערכת. לדוגמה, לחצי גזירה הנגרמים על ידי מהירויות הנוזל של זרימת היריקה מפיפטים שונים המטופלים על ידי בני אדם והמערכת שונים למדי; לכן, ביצענו אופטימיזציה של משך הזמן של העיכול האנזימטי ומספר הפיפטינג לפיזור תאים על ידי המערכת.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
שלב קריטי בפרוטוקול הוא שאם משתמש מוצא תקלות כלשהן, לחץ על לחצן ביטול, עצירה או איפוס בכל עת והתחל מחדש מהצעד הראשון. התוכנה יכולה למנוע טעויות אנוש, כולל הזמנה כפולה, פתיחת דלתות בזמן שמשימות המערכת פעילות, וחוסר חידוש. נקודה קריטית נוספת להתמיינות מוצלחת ויעילה לתא הסומטי הרצוי היא בחירה נכונה של קווי תאי גזע פלוריפוטנטיים מכיוון שלכל תא גזע פלוריפוטנטי יש הטיה בלתי נשלטת בתכונות ההתמיינות שלו14,15.
מערכת תרבית אוטומטית זו עבור תאי ג...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחבר אין מה לחשוף.
מחקר זה נתמך על ידי מענק מהמרכז לקידום עסקים חדשים, Panasonic Production Engineering Co., Ltd., אוסקה, יפן.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| 0.15% שבר אלבומין בסרום בקר V | Fuji Film Wako Chemical Inc., מיאזאקי, יפן | 9048-46-8 | |
| 1% GlutaMAX | Thermo Fisher Scientific | 35050061 | |
| צלחות פלסטיק 10 ס"מ | Corning Inc., NY, ארצות הברית | 430167 | |
| 253G1 | RKEN Bioresource Research Center | HPS0002 | |
| 2-mercaptoethanol | Thermo Fisher Scientific | 21985023 | |
| Actin עכבר | Abcam | ab9465 | |
| Activin A | Nacali Tesque | 18585-81 | |
| אדנין | תרמו פישר מדעי | A14906.30 | |
| אלבומין ארנב | Dako | A0001 | |
| חומצה רטינואית All-trans | Fuji Film Wako Chemical Inc. | 186-01114 | |
| מערכת תרבית אוטומטית | Panasonic | ||
| B-27 תוסף | תרמו פישר סיינטיפיק | 17504044 | |
| bFGF | פוג'י פילם וואקו כימיקלים בע"מ | 062-06661 | |
| BMP4 | Thermo Fisher Scientific | PHC9531 | |
| אלבומין סרום בקר | Merck | 810037 | |
| CHIR-99021 | MCE, ניו ג'רזי, ארצות הברית #HY-10182 | 252917-06-9 | |
| מוגדר Keratinocyte-SFM | Thermo Fisher Scientific | 10744019 | מדיום קרטינוציטים אנושי |
| דקסמתזון | Merck | 266785 | |
| Dihexa | TRC, אונטריו, קנדה | 13071-60-8 | rac-1,2-Dihexadecylglycerol |
| חד פעמי המוציטומטר | CountessTM שקופיות תא ספירת תאים, Thermo Fisher Scientific | C10228 | |
| Dorsomorphin | Thermo Fisher Scientific | 1219168-18-9 | |
| Dulbecco' s שונה Eagle medium/F12 | פוג'י פילם וואקו כימיקלים בע"מ | ||
| EGF | Fuji Film Wako Chemical Inc. | 053-07751 | |
| חיוני 8 | תרמו פישר סיינטיפיק | A1517001 | מדיום תאי גזע פלוריפוטנטיים אנושיים |
| סרום בקר עוברי | Biowest, FL, ארצות הברית | S140T | |
| FGF-basic | נקלאי טסק בע"מ | 19155-07 | |
| פורסקולין | תרמו פישר מדעי | J63292. | |
| גלוטמין | תרמו פישר סיינטיפיק | 25030081 | תוסף גלוטמין |
| עז IgG (H + L) AlexaFluo546 | Thermo Scientific | A11056 | |
| HNF-4A עז | סנטקרוז | 6556 | |
| הידרוקורטיזון | תרמו פישר סיינטיפיק | A16292.06 | |
| הידרוקורטיזון 21-המיסוקסינט | Merck | H2882 | |
| iMatrix511 משי | Nippi Inc., טוקיו, יפן | 892 021 | מטריצת תרבית תאים |
| אינסולין-טרנספרין-סלניום | תרמו פישר 41400045 | ||
| מדעי קרטין 1 עכבר | סנטקרוז | 376224 | |
| קרטין 10 ארנב | BioLegend | 19054 | |
| KMUR001 | האוניברסיטה הרפואית קנסאי | iPSCs שמקורם במטופל | |
| תחליף סרום נוקאאוט | Thermo Fisher Scientific | 10828010 | |
| חומצה L-אסקורבית 2-פוספט | A8960, Merck | A8960 | |
| לייבוביץ' s L-15 בינוני | פוג'י פילם וואקו כימיקלים בע"מ | 128-06075 | |
| מטריג'ל | קורנינג בע"מ | ||
| עכבר IgG (H + L) AlexaFluo488 | Thermo Scientific | A21202 | |
| N-2 תוסף | תרמו פישר סיינטיפיק | 17502048 | |
| עכבר נסטין | סנטקרוז | 23927 | |
| מדיום נוירובסאלי | תרמו פישר 21103049 | ||
| מדעי נוירופילמנט ארנב | Chemicon | AB1987 | |
| Neutristem | Sartrius AG, Gö ttingen, גרמניה | 05-100-1A | מדיום תרבית תאים |
| אוקטובר 3/4 עכבר | BD | 611202 | |
| PBS(-) | Nacalai Tesque Inc., קיוטו, יפן | 14249-24 | |
| ארנב IgG(H+L) AlexaFluo488 | Thermo Scientific | A21206 | |
| ארנב IgG(H+L) AlexaFluo546 | Thermo Scientific | A10040 | |
| אלבומין אנושי רקומביננטי | A0237, Merck, דרמשטאדט, גרמניה | A9731 | |
| מעכב רו קינאזה, Y-27632 | Sellec Inc., טוקיו, יפן | 129830-38-2 | |
| RIKEN 2F | RKEN Bioresource Research Center | HPS0014 | hiPSCs לא מובחנים |
| RPMI 1640 | תרמו פישר סיינטיפיק #11875 | 12633020 | |
| SB431542 | תרמו פישר סיינטיפיק | 301836-41-9 | |
| נתרן L-אסקורבט | Merck | A4034-100G | |
| SSEA-4 עכבר | Millipore | MAB4304 | |
| StemFit AK02N | Ajinomoto, טוקיו, יפן | מדיום תרבית תאים | AK02 |
| ארנב TnT | Abcam | ab92546 | |
| TRA 1-81 עכבר | Millipore | MAB4381 | |
| Triiodothyronine | Thermo Fisher Scientific | H34068.06 | |
| TripLETM אקספרס אנזים | Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, ארצות הברית | 12604013 | |
| תמיסת טריפאן כחולה | Nacalai Tesque, קיוטו, יפן | 20577-34 | |
| מרק פוספט טריפטוז | Merck | T8782-500G | |
| Wnt-C59 | ביו-טכנולוגיה, NB, בריטניה | 5148 | |
β Tublin עכבר | Promega | G712A |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.