Descriviamo un protocollo per la derivazione di cellule staminali pluripotenti umane indotte prive di fattori riprogrammate e caratterizzate su base lentivirale e la conversione in condizioni cliniche putative.
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Articolo metodologico
Descriviamo un protocollo per la derivazione di cellule staminali pluripotenti umane indotte prive di fattori riprogrammate e caratterizzate su base lentivirale e la conversione in condizioni cliniche putative.
Umane pluripotenti indotte (cellule staminali hiPSCs) possono essere generati con le metodologie di riprogrammazione basata lentivirali-. Tuttavia, tracce di geni potenzialmente oncogeni rimanenti nelle regioni attivamente trascritti del genoma, limitano il loro potenziale per l'uso in applicazioni terapeutiche umani 1. Inoltre, antigeni non umani derivanti dalla riprogrammazione di cellule staminali o di differenziazione in derivati terapeuticamente rilevanti escludono questi hiPSCs vengano utilizzati in un contesto clinico umano 2. In questo video, vi presentiamo una procedura per la riprogrammazione e l'analisi hiPSCs senza fattore gratuitamente transgeni esogeni. Questi hiPSCs poi possono essere analizzati per alterazioni di espressione genica nel introne specifica l'lentivirus. Questa analisi può essere condotta utilizzando sensibile reazione a catena della polimerasi quantitativa (PCR), che ha un vantaggio rispetto meno sensibili tecniche precedentemente utilizzato per rilevare le differenze di espressione genica 3. La conversione completa inbuone prassi di fabbricazione clinica-grade (GMP) condizioni, permette di rilevanza clinica umana. Il nostro protocollo offre un altro metodo, a condizione che i criteri esenti attuali espandere e comprendono caratterizzati derivati basati hiPSC senza fattore di applicazioni, ad terapeutiche umane derivanti hiPSCs GMP-grade, che dovrebbero eliminare qualsiasi rischio di immunogenicità a causa di antigeni non-umani. Questo protocollo è ampiamente applicabile per lentivirali riprogrammato cellule di qualsiasi tipo e fornisce un metodo riproducibile per la conversione di cellule riprogrammate in condizioni di GMP-grade.
Le cellule umane adulte hanno dimostrato di essere in grado di subire rimodellamento e riprogrammazione epigenetica, come risultato dell'espressione lentivirale di quattro fattori di trascrizione chiave4,5. Un importante progresso nel campo della riprogrammazione è stato l'uso di una singola cassetta di cellule staminali lentivirali essociabili (STEMCCA), che ospitava tutti e quattro i fattori di trascrizione di riprogrammazione che consentivano un preciso rapporto stechiometrico di espressione proteica6. Inoltre, quando trasdotta in una specifica molteplicità di intervalli di infezione, STEMCCA può portare a eventi di integrazione genomica prevalentemente singoli durante il processo di riprogrammazione7. L'introduzione di una versione accisabile di STEMCCA, che utilizza la tecnologia Cre/loxP seguita dall'escissione del vettore di riprogrammazione dopo la derivazione della linea di cellule staminali, ha permesso di derivare linee di cellule staminali pluripotenti indotte umane (hiPSC) prive di fattori8. Inoltre, al fine di migliorare le applicazioni terapeutiche delle hiPSC, era necessario implementare una metodologia nuova, rapida e facilmente applicabile per la conversione di linee cellulari di grado GMP (Good Manufacturing Practice), da condizioni contenenti xeno a condizioni prive di xeno. Qui, discutiamo una metodologia pertinente che valuta in modo più preciso le differenze di espressione genica integrata, in particolare quando integrata in un introne, e la conversione cellulare di livello clinico in condizioni GMP putative.
Ricerche precedenti hanno utilizzato solo l'analisi trascrizionale microarray relativamente insensibile per analizzare le differenze di espressione genica nei geni integrati dopo la trasduzione STEMCCA3,9. Qui, introduciamo la metodologia dell'analisi quantitativa sensibile della reazione a catena della polimerasi (PCR), per esaminare ulteriormente le differenze di espressione genica integrata. È importante sottolineare che gli attuali criteri di approdo sicuro scartano le hiPSC che hanno geni con integrazioni virali, limitando così l'applicabilità di queste cellule per le terapie cellulari umane a valle9. Proponiamo che lo status quo possa cambiare con l'uso di hiPSC riprogrammate intronicamente completamente caratterizzate e prive di transgeni. Inoltre, introduciamo un robusto protocollo di conversione cellulare di grado GMP che può essere facilmente applicato a una varietà di tipi di cellule diverse, originariamente derivate in condizioni contenenti xeno10. Ciò offre opportunità significative per lo sviluppo di futuri esperimenti di riprogrammazione cellulare, che richiedono condizioni di livello clinico per mantenere la rilevanza terapeutica umana.
Queste metodologie forniscono una base su cui gli attuali criteri di approdo sicuro possono essere ampliati per includere linee hiPSC riprogrammate STEMCCA caratterizzate che mantengono un profilo di espressione genica normale dopo l'escissione di STEMCCA dall'introne integrato. Inoltre, la conversione completa in condizioni cliniche, prive di antigeni animali non umani, aiuterà a incorporare molti più tipi di cellule, che sono state precedentemente riprogrammate e caratterizzate solo in condizioni contenenti xeno. Queste metodologie, combinate, sono motivi convincenti per la Food and Drug Administration (FDA) statunitense per prendere in considerazione l'estensione della loro approvazione limitata dalle terapie basate su cellule staminali embrionali umane (ESC) alle terapie basate su hiPSC11.
Abbiamo recentemente dettagliato la derivazione di una linea hiPSC priva di fattori che è stata completamente caratterizzata e convertita in condizioni di grado clinico putativo10. Qui, dettagliamo il protocollo per la derivazione di hiPSC utilizzando il lentivirus STEMCCA. Queste cellule staminali subiscono quindi un processo di escissione seguito da caratterizzazione dell'espressione genica. Infine, le hiPSC vengono convertite in condizioni di grado GMP mediante una metodologia di conversione lenta.
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NOTA: Questo metodo è stato utilizzato nella ricerca riportata nel Awe et al 10..
1. Riprogrammazione umano adulto Dermal fibroblasti con STEMCCA
2. Vector Integrazione analisi in loco e STEMCCA Excision
3. La quantificazione di differenze di espressione genica utilizzando PCR quantitativa di pre e post-hiPSCs asportati
4. Conversione in condizioni GMP-grade
5. hiPSCs Characterizing GMP-grade Post-asportati
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Vi presentiamo un protocollo per derivare clinico-grade hiPSCs senza fattore utilizzando l'approccio basato riprogrammazione-lentivirali STEMCCA. La figura 1A mostra un quadro rappresentativo di tre diverse linee di pre-asportato hiPSC, dopo la riprogrammazione con l'approccio STEMCCA su uno strato di MEF. Il vantaggio principale del metodo riprogrammazione STEMCCA risiede nel successo riprogrammazione coerente ottenuto da più scienziati, in diversi gruppi di ricerca e posizioni. Figura 1B
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Descriviamo una metodologia di derivazione hiPSCs senza fattore e renderli clinicamente rilevante convertendo queste cellule in condizioni GMP-grade per la differenziazione delle cellule a valle in future terapie umane. Sebbene questo protocollo è ampiamente applicabile ad una varietà di tipi cellulari, abbiamo scelto di riprogrammare fibroblasti dermici umani, a causa della facilità di estrazione dal paziente e la loro applicabilità alle terapie umane personalizzati. Una volta che le limitazioni sono state sanate, per ...
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James A. Byrne (JAB) e Agustin Vega-Crespo ricevono finanziamenti per la ricerca da Fibrocell Science, Inc. JAB è un consulente scientifico per Fibrocell Science, Inc. Nessun altro autore ha interessi concorrenti da rivelare.
Vorremmo ringraziare Patrick C. Lee, Cyril Ramathal, e Saravanan Karumbayaram (SK) per la loro assistenza nell'esecuzione degli esperimenti di derivazione e caratterizzazione delle iPSC; Aaron Cooper per l'esecuzione degli esperimenti di analisi delle iPSC; Vittorio Sebastiano e Renee A. Reijo Pera per aver diretto gli sforzi iniziali di riprogrammazione; SK, William E. Lowry, Jerome A. Zack e Donald B. Kohn per aver diretto l'istituzione delle strutture GMP dell'UCLA che consentono la conversione e la caratterizzazione di iPSC di grado clinico; Gustavo Mostoslavsky per averci fornito il vettore di riprogrammazione policistronica STEMCCA. Questo lavoro si basa su una collaborazione di ricerca con Fibrocell Science e l'iniziativa CIDMOD (Clinical Investigations for Dermal Mesenchymally Obtained Derivatives) per generare terapie cellulari personalizzate e sicure. Questo lavoro è stato sostenuto dai finanziamenti dell'Eli and Edythe Broad Center of Regenerative Medicine and Stem Cell Research dell'UCLA, della Phelps Family Foundation, della Fibrocell Science, Inc. e dell'UCLA CTSI Scholar's Award to JAB.
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| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Terreni e reagenti | |||
| DMEM/F12 (terreni basali) | Invitrogen (Carlsbad, CA, USA) | 11330057 | |
| Siero fetale bovino | Invitrogen | 16000044 | |
| Terreno essenziale minimo (MEM) aminoacidi non essenziali (NEAA), 100x | Invitrogen | 11140050 | |
| Glutamax, 100x | Invitrogen | 35050-061 | |
| PenStrep, penicillina-streptomicina, 100x | Invitrogen | 15140-122 | Scongelare a 4 gradi; C, aliquotare e conservare a &meno; 20 ° C |
| Siero di ricambio knockout | Invitrogen | 10828028 | scongelare a 4 gradi C, aliquotare e conservare a &meno; 20 ° C |
| Tripsina/EDTA, 0,5% | Invitrogen | 15400-054 | Diluire il brodo fino allo 0,05% in 1x PBS |
| Fattore di crescita dei fibroblasti di base | GlobalStem (Rockville, MD, USA) | GSR-2001 | Ricostituire a 10 &; g/ml di pasta in albumina sierica bovina allo 0,1% disciolta in 1x PBS e conservare a &meno; 80 gradi C |
| β-mercaptoetanolo | Millipore (Billerica, MA, USA) | ES-007-E | |
| Matrigel (matrice della membrana basale) | BD Biosciences (San Jose, CA, USA) | 356231 | Diluire il flaconcino madre Matrigel con 10 ml di DMEM/F12 mentre è in ghiaccio per una diluizione 1:2. Aliquot e conservare a &meno; 20 °C. |
| CELLstart (Substrato sintetico) | Invitrogen | A1014201 | |
| Stemmolecule Y27632 | Stemgent (Cambridge, MA, USA) | 04-0012-02 | |
| Puromicina | Invitrogen | A1113802 | |
| LightCycler 480 Probes Master | Roche (Basilea, Svizzera) | 4707494001 | |
| ProFreeze-CDM Medium/mezzo di congelamento | Lonza (Basilea, Svizzera) | 12-769E | |
| Dimetil solfossido | Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) | D8418 | |
| PBS | Invitrogen | 14190-250 | |
| 100 BP DNA Ladder | Invitrogen | 15628019 | |
| SYBR Safe DNA Gel Stain 10.000x | Invitrogen | S33102 | |
| Agarose | Bio-Rad Laboratories, Inc. (Hercules, CA, USA) | 161-3101 | |
| Gelatina, da pelle suina | Sigma-Aldrich | G1890-100G | Produrre brodo allo 0,2% in PBS, autoclavare e conservare a temperatura ambiente. |
| mTeSR1 | StemCell Technologies (Vancouver, BC, Canada) | 5850 | Combina l'integratore 5x con il terreno di base, aliquote e conserva a 4 gradi; C per un massimo di 2 settimane. |
| Stemedia NutriStem XF/FF Terreno di coltura | Stelo | 05-100-1A | Scongelare a 4 gradi C O/N, aliquotare e conservare a 4 gradi C per un massimo di 2 settimane. |
| Primocin | InvivoGen (San Diego, CA, USA) | ant-pm-1 | |
| Accutase (reagente di dissociazione) | Invitrogen | A1110501 | |
| Donkey anti-Chicken IgG AlexaFluor 488 | Jackson ImmunoResearch (West Grove, PA, USA) | 703-546-155 | |
| Polybrene/agente di trasfezione | Millipore | TR-1003-G | |
| Plasticware | |||
| 12 pozzetti | VWR (West Chester, PA, USA) | 29442-038 | |
| piastre a 6 pozzetti | VWR | 29442-042 | |
| piastre da 10 cm | Sigma-Aldrich | Z688819 | |
| ago calibro 18 | Fisher Scientific (Pittsburgh, PA, USA) | 148265D | |
| ago calibro 21 | Fisher Scientific | 14-829-10D | |
| Equipment | |||
| BD LSRII Flow Cytometer | KSystem by Nikon (Tokyo, Giappone) | ||
| BD FACSDiva Versione 6.1.3 Software | BD Biosciences | ||
| Kits | |||
| PureLink Genomic DNA Mini Kit | Invitrogen | K182000 | |
| KAPA HiFi Hotstart ReadyMix PCR Kit | KAPA Biosystems (Wilmington, MA, USA) | KK2601 | |
| Kit di isolamento dell'RNA ad alta purezza | Roche | 11828665001 | |
| Transcriptor First Strand cDNA Synthesis Kit | Roche | 4379012001 | |
| Sialix anti-Neu5Gc Basic Pack Kit | Sialix (Newton, MA, USA) | Pack | |
| Media | |||
| Combined media 1 | StemCell Technologies e Stemgent | È costituito da parti uguali di mTeSR1 e Nutristem | |
| Terreni combinati 2 | StemCell Technologies e Stemgent | È costituito da parti uguali di TeSR2 e | |
| Nutristem HUF Media | Dulbecco' s Eagle modificato' s medium/F12 [DMEM/F12] integrato con il 10% di siero fetale bovino, 1x aminoacidi non essenziali, 1x Glutamax e 1x Primocin | ||
| Human Pluripotent Stem Cell Media | DMEM/F12 integrato con il 20% di siero sostitutivo knockout, 1x Glutamax, 1x aminoacidi non essenziali, 1x Primocin, 1x β-mercaptoetanolo e 10 ng/ml di fattore di crescita basico dei fibroblasti. | ||
| DMEM/F12, Dulbecco' s Eagle modificato' s medio/F12; PBS, soluzione salina tamponata con fosfato. |
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