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1. Mantenimento delle hiPSCs
- Scongelamento di hiPSC
- Estrarre le celle dall'azoto liquido e scongelarle rapidamente a bagnomaria a 37 °C. Trasferire le cellule di scongelamento in una provetta da 15 mL preparata con 3 mL di terreno di mantenimento iPSC (Tabella dei materiali). Mescolare delicatamente il mezzo.
- Centrifugare a 300 x g per 5 min. Rimuovere il surnatante e risospendere delicatamente le cellule in 1 mL di terreno di mantenimento iPSC con 10 μM Y-27632 (pipettare le cellule su e giù 2-3 volte).
- Trasferire la sospensione cellulare in una piastra di coltura tissutale a 6 pozzetti rivestita con gel di matrice extracellulare ridotto al fattore di crescita (GFR) (1:100) e 2 mL di terreno di mantenimento con 10 μM Y-27632 aggiunti in anticipo (circa 4 x 104 cellule/cm2).
- Coltivare le cellule per 5-6 giorni (confluenza 80%-90%) a 37 °C, 5% di CO2 con iPSC che cambiano terreno di mantenimento ogni giorno.
- Passaggio di hiPSC
- Rimuovere il terreno di mantenimento iPSC dalla piastra a 6 pozzetti. Lavare le hiPSC una volta con DPBS.
- Aggiungere 700-800 μL di soluzione di EDTA 0,48 mM e incubare per 1 minuto a temperatura ambiente (RT), quindi rimuovere la soluzione di digestione. Continuare l'incubazione a 37 °C per 3-5 minuti.
- Quando le cellule vengono digerite in fogli (non digerire le cellule in cellule singole), aggiungere 1 mL di terreno di mantenimento iPSC con 10 μM Y-27632 per terminare la digestione. Pipettare con cura le cellule su e giù 2-3 volte.
- Trasferire la sospensione cellulare in una piastra di coltura tissutale a 6 pozzetti rivestita con gel di matrice extracellulare ridotto al fattore di crescita (GFR) (1:100) e 2 mL di terreno di mantenimento iPSC con 10 μM Y-27632 aggiunti in anticipo.
NOTA: Il rapporto di passaggio varia da 1:6 a 1:20 (circa 4 x 104 cellule/cm2) e la dimensione media dell'aggregazione è di circa 50-200 μm.
- Coltivare le cellule fino all'80%-90% di confluenza (5-6 giorni) a 37 °C, 5% di CO2 con cambio di terreno di mantenimento iPSC ogni giorno.
2. Differenziazione delle MSC dalle hiPSC attraverso la formazione di EB
NOTA: Il metodo è derivato dalla letteratura precedente 21,22,23,24. Una panoramica del metodo è illustrata nella Figura 1. Le caratteristiche del metodo sono riassunte nella Tabella 1.
- Preparazione del mezzo
- Preparare il terreno di differenziazione delle MSC integrando α-MEM con l'1% (v/v) di GlutaMAX, il 10% (v/v) di FBS, 10 ng/mL di FGF2 e 5 ng/mL di TGFβ.
- Preparare il terreno di mantenimento delle MSC integrando α-MEM con l'1% (v/v) di GlutMAX, il 10% (v/v) di FBS e 1 ng/mL di FGF2.
- Preparazione di hiPSC
- Linee di colture di hiPSCs (passaggio almeno 2-3 volte dopo lo scongelamento) in terreno di mantenimento iPSC su una piastra di coltura tissutale a 6 pozzetti rivestita con gel di matrice extracellulare ridotto al fattore di crescita (GFR) (1:100) a 37 °C, 5% di CO2 fino all'80%-90% di confluenza.
- Giorno 0: Formazione EB
- Rimuovere il terreno di mantenimento iPSC dalla piastra a 6 pozzetti. Lavare le hiPSC una volta con DPBS.
- Aggiungere 700-800 μL di soluzione di EDTA 0,48 mM e incubare per 1 minuto a RT, quindi rimuovere la soluzione di digestione. Continuare l'incubazione a 37 °C per 3-5 minuti.
- Quando le cellule vengono digerite in fogli (non digerire le cellule in singole cellule), aggiungere 2 mL di terreno di mantenimento delle iPSCs (contenente 10 μM di inibitore della roccia e 1:100 GFR- gel della matrice extracellulare) per terminare la digestione.
- Trasferire le cellule in una piastra di attacco bassa a 6 pozzetti. Seminare le cellule in un rapporto di 2 pozzetti di piastra di coltura tissutale e 1 pozzetto di piastra a basso attacco. Incubare le cellule in un agitatore (60 giri/min) a 37 °C, 5% di CO2 per 24 ore per formare EB sferici.
- Giorno 1-Giorno 7: Differenziazione EB
- Trasferire gli EB nella provetta da centrifuga con una pipetta Pasteur (senza distruggere gli EB) e lasciare sedimentare naturalmente gli EB per 5-10 minuti a RT. Quindi, rimuovere il surnatante.
- Trasferire gli EB su una piastra di attacco bassa a 6 pozzetti con 2 mL di terreno di differenziazione MSC. Coltivare gli EB sull'agitatore a 37 °C, 5% di CO2 per 7 giorni con cambio di terreno una volta.
- Giorno 8-Giorno 17: Inoculazione EB
- Trasferire gli EB nella provetta da centrifuga con una pipetta Pasteur (senza distruggere gli EB) e lasciare sedimentare naturalmente per 5-10 minuti. Quindi, rimuovere il surnatante.
- Trasferire gli EB in una piastra a 6 pozzetti rivestita di gel con matrice extracellulare GFR con 2 mL di terreno di mantenimento MSC. Coltura fino al 90% di confluenza (~10 giorni) con cambio regolare del terreno dopo l'adesione cellulare.
- Giorno 18-Giorno 27: Maturazione ed espansione delle MSC
- Trattare la coltura derivata da EB con una soluzione di dissociazione a 37 °C per 5-10 minuti (il tempo di digestione varia a causa della presenza di diversi tipi di cellule).
- Quando una parte delle cellule viene digerita in singole cellule, aggiungere 2 mL del terreno di mantenimento MSC per terminare la digestione e trasferire la sospensione cellulare in una provetta da centrifuga. Lavare le cellule rimanenti non digerite una volta con DPBS e digerire di nuovo. Ripetere più volte fino a quando tutte le cellule sono digerite in singole cellule. Centrifugare la sospensione cellulare a 250 x g per 5 minuti, quindi rimuovere il surnatante.
- Seminare le cellule su una piastra di coltura ricoperta di gelatina (circa 2 x 105 cellule/cm2). Coltura fino al 90% di confluenza nel terreno di mantenimento MSC con cambio regolare del terreno. Designare questa generazione di celle come passaggio 0 (P0) a questo punto.
- Per rendere le MSC pure e mature, continuare a far passare le cellule due volte con un rapporto di divisione di 1:3 in circa 6 giorni. La maggior parte delle cellule presenta una morfologia simile a quella dei fibroblasti (a forma di fuso).
3. Differenziazione delle MSC dalle hiPSC tramite coltura monostrato
NOTA: Il metodo è derivato dalla letteratura precedente 25,26,27,28. Una panoramica di questo metodo è illustrata nella Figura 1. Le caratteristiche del metodo sono riassunte nella Tabella 1.
- Preparazione del mezzo
- Preparare il terreno di mantenimento MSC integrando α-MEM con l'1% (v/v) di GlutMAX, il 10% (v/v) di FBS e 1 ng/mL di FGF2.
- Preparazione di hiPSC
- Linee di colture di hiPSCs (passaggio almeno 2-3 volte dopo lo scongelamento) nel terreno di mantenimento delle iPSC su una piastra di coltura tissutale a 6 pozzetti rivestita con gel di matrice extracellulare ridotto al fattore di crescita (GFR) (1:100) a 37 °C, 5% di CO2 fino al 50%-60% di confluenza.
- Giorno 0-Giorno 13: Differenziazione mediante colture monostrato dirette
- Rimuovere il terreno di mantenimento iPSC dalla piastra a 6 pozzetti.
- Aggiungere direttamente 2 mL del terreno di mantenimento MSC e la coltura per 14 giorni a 37 °C, 5% di CO2, cambiando il terreno ogni giorno.
- Giorno 14-Giorno 35: Maturazione delle MSC per passaggio ripetuto
- Trattare le colture monostrato con una soluzione di dissociazione a 37 °C per 5-10 minuti (il tempo di digestione varia a causa della presenza di diversi tipi di cellule).
- Quando le cellule vengono digerite in singole cellule, aggiungere 2 mL di terreno di mantenimento MSC per terminare la digestione e trasferire la sospensione cellulare nella provetta da centrifuga. Lavare le cellule rimanenti non digerite una volta con DPBS e digerire di nuovo. Ripetere più volte fino a quando tutte le cellule sono digerite in singole cellule. Centrifugare la sospensione cellulare a 250 x g per 5 minuti, quindi rimuovere il surnatante.
- Seminare le cellule su un piatto di coltura ricoperto di gelatina (circa 2 x 105 cellule/cm2). Coltura fino al 90% di confluenza nel terreno di mantenimento MSC con cambio regolare dei terreni. Designare questa generazione di celle come passaggio 0 (P0) a questo punto.
- Per rendere le MSC pure e mature, continuare a far passare le cellule 6 volte con un rapporto di divisione 1:3 in circa 18 giorni. La maggior parte delle cellule presenta una morfologia simile a quella dei fibroblasti (a forma di fuso).
4. Analisi degli antigeni di superficie delle MSC che guidano le hiPSC mediante citometria a flusso
NOTA: Analogamente agli antigeni di superficie delle MSC derivate dal midollo osseo, le MSC che guidano le hiPSC esprimono CD105, CD73 e CD90, ma non esprimono CD45, CD3429. Inoltre, le hiPSC possono essere utilizzate come cellule di controllo negativo. L'analisi degli antigeni di superficie delle MSC e delle hiPSC che guidano le hiPSC mediante citometria a flusso è mostrata nella Figura 2.
- Trattare le MSC che guidano le hiPSC con una soluzione di dissociazione a 37 °C per 2-3 minuti. Trattare le hiPSC con un reagente di dissociazione EDTA 0,48 mM e incubare per 1 minuto a RT, quindi rimuovere il reagente di dissociazione. Continuare l'incubazione a 37 °C per 3-5 minuti.
- Quando le cellule vengono digerite in singole cellule, aggiungere il terreno (terreno di mantenimento MSC alle MSC e mezzo di mantenimento iPSC alle iPSC) per terminare la digestione.
- Centrifugare la sospensione cellulare a 350 x g per 5 minuti, quindi rimuovere il surnatante.
- Lavare le cellule una volta con DPBS freddo, centrifugare a 350 x g per 5 minuti, quindi rimuovere il surnatante.
- Contare e risospendere le cellule in una soluzione fredda di FBS-DPBS al 10% (v/v) a 10 x 106 cellule/mL e distribuire 100 μL/provetta di sospensione cellulare (1 x 106 cellule/provetta) in provette da centrifuga da 1,5 mL.
- Aggiungere 5 μL di soluzione bloccante il recettore Fc umano a 100 μL di sospensione cellulare. Incubare per 5-10 minuti a RT per eseguire un blocco aspecifico.
- Centrifugare a 350 x g per 5 min e rimuovere il surnatante. Lavare le celle due volte con una soluzione fredda di FBS-DPBS (v/v) al 2%.
- Risospendere le cellule in 100 μL freddi di soluzione FBS-DPBS (v/v) al 2%.
- Aggiungere 5 μL (1 test) di anti-CD34-FITC e 5 μL (1 test) di anti-CD45-APC alla cella da 100 μL
Sospensione. Aggiungere 5 μL (1 test) di anti-CD73-APC, 5 μL (1 test) di anti-CD90-FITC e 5 μL (1 test) di anti-CD105-PE a un'altra provetta di sospensione cellulare da 100 μL. Aggiungere 5 μL di FITC per il controllo dell'isotipo delle IgG1 umane, PE per il controllo dell'isotipo delle IgG1 umane e APC per il controllo dell'isotipo delle IgG1 umane alla terza provetta di sospensione cellulare da 100 μL. Incubare per 15-20 minuti su ghiaccio al buio. Nel frattempo, prepara le perline monocoloranti.
- Lavare le celle due volte con una soluzione fredda di FBS-DPBS (v/v) al 2%.
- Aggiungere 300 μL di soluzione fredda FBS-DPBS al 2% (v/v) per risospendere le celle e filtrare tramite un filtro a rete da 200 mesh.
- Analizzare i campioni utilizzando la citometria a flusso. Analizzare la sospensione cellulare colorata con anticorpi di controllo isotipo e impostare il gate. Quindi analizza la sospensione cellulare colorata con anticorpi bersaglio.
5. Differenziamento osteogenico delle MSC che guidano le hiPSC
NOTA: Le MSC che guidano le hiPSC possiedono un potenziale di differenziazione osteogenica (Figura 3A, B). Di seguito è riportato il protocollo per la differenziazione osteogenica.
- Preparare il terreno di induzione osteogenico integrando α-MEM con il 10% di FBS, 100 nM di desametasone, 10 mM di beta-glicerofosfato e 100 μM di acido ascorbico.
- Seminare 1 x 105 MSC in una piastra a 48 pozzetti ricoperta di gelatina e coltivare fino a quando non è confluente al 60%-70%.
- Rimuovere il terreno e aggiungere 0,3 mL di terreno di induzione osteogenica. Coltura delle cellule in un terreno di induzione osteogenica per 14 giorni a 37 °C, 5% di CO2 , con cambio di terreno ogni 3 giorni.
- Rimuovere il mezzo e lavare con DPBS una volta.
- Aggiungere 0,3 mL di PFA al 4% e incubare a RT per 30 min.
- Rimuovere il PFA. Sciacquare le cellule con 0,3 mL di DPBS per 10 minuti a RT e ripetere 3 volte.
- Rimuovere il DPBS, aggiungere 0,2 mL di soluzione colorante rossa di alizarina e incubare per 30 minuti a RT.
- Rimuovere la soluzione colorante, sciacquare le cellule con 0,3 mL di DPBS per 10 minuti a RT e ripetere 3 volte.
- Osservare la colorazione della deposizione di calcio al microscopio ottico.
6. Differenziamento adipogenico delle MSC che guidano le hiPSC
NOTA: Le MSC che guidano le hiPSC possiedono un potenziale di differenziazione adipogenica (Figura 3C, D). Di seguito è riportato il protocollo per la differenziazione adipogenica.
- Preparare il terreno di induzione adipogenica integrando α-MEM con il 10% di FBS, 1 μM di desametasone, 1 μM di IBMX, 10 μg/mL di insulina e 100 μM di indometacina. Preparare il terreno adipogenico di mantenimento integrando α-MEM con il 10% di FBS e 10 μg/mL di insulina.
- Seminare 1 x 105 MSC in una piastra a 48 pozzetti ricoperta di gelatina e coltivare fino a quando la densità cellulare non raggiunge il 90%.
- Rimuovere il terreno e aggiungere 0,3 mL di terreno di induzione adipogenica. Continuare a coltivare le cellule nel terreno di induzione adipogenica per 4 giorni a 37 °C, 5% CO2 .
- Rimuovere il terreno e aggiungere 0,3 mL di terreno adipogenico di mantenimento. Continuare a coltivare le cellule nel terreno adipogenico di mantenimento per 3 giorni a 37 °C, 5% CO2 .
- Ripetere i passaggi 6.3 e 6.4 2-3 volte fino alla differenziazione e maturazione degli adipociti.
- Rimuovere il mezzo e lavare con DPBS una volta.
- Aggiungere 0,3 mL di PFA al 4% e incubare a RT per 10 min. Rimuovere il PFA e risciacquare 2 volte con DPBS.
- Applicare la colorazione Oli Red O secondo le istruzioni del produttore e osservare le goccioline lipidiche al microscopio ottico.
7. Differenziamento condrogenico delle MSC che guidano le hiPSC
NOTA: Le MSC che guidano le hiPSC possiedono un potenziale di differenziazione condrogenica (Figura 3E, F). Di seguito è riportato il protocollo per il differenziamento condrogenico.
- Preparare il terreno di induzione del condroblasto integrando α-MEM con il 10% di FBS, 100 nM di desametasone, l'1% di insulina-transferrina-selenio (ITS), 10 μM di acido ascorbico, 1 mM di piruvato di sodio, 50 μg/mL di prolina, 0,02 nM di fattore di crescita trasformante β3 (TGFβ3) e 0,5 μg/mL di proteina morfogenetica ossea 6 (BMP-6).
- Raccogliere 2,5 x 105 MSC che guidano hiPSC e centrifugare le cellule a 150 x g per 5 minuti, quindi rimuovere il surnatante. Sospendere le cellule in 1 mL di α-MEM e poi centrifugare a 150 x g per 5 min.
- Rimuovere il surnatante e sospendere le cellule in 0,5 mL di terreno di induzione condrogenico. Centrifugare le cellule a 150 x g per 5 min.
- Svitare direttamente il coperchio e la coltura per 21 giorni con il cambio del terreno di induzione condrogenico ogni 3 giorni a 37 °C, 5% CO2 . Muovere delicatamente la provetta da centrifuga per sospendere i pellet condrogenici (senza distruggerli) ogni giorno durante la differenziazione condrogenica.
- Rimuovere il surnatante e lavare due volte con 0,5 mL di PBS.
- Aggiungere 0,3 mL di PFA al 4% e fissare per 24 ore.
- La paraffina incorpora i pellet condrogenici e quindi li seziona (3 μm). Colorare le sezioni in blu di toluidina (1%) per 30 min.
- Osservare la matrice condrocitaria extracellulare al microscopio ottico.