Il presente protocollo descrive un sistema di induzione retinica neurale 3D ottimizzato che riduce l'adesione e la fusione degli organoidi retinici con elevata ripetibilità ed efficienza.
Articolo metodologico
* These authors contributed equally
Il presente protocollo descrive un sistema di induzione retinica neurale 3D ottimizzato che riduce l'adesione e la fusione degli organoidi retinici con elevata ripetibilità ed efficienza.
La retinopatia è una delle principali cause di cecità in tutto il mondo. Indagare la sua patogenesi è essenziale per la diagnosi precoce e il trattamento tempestivo della retinopatia. Sfortunatamente, le barriere etiche ostacolano la raccolta di prove da parte degli esseri umani. Recentemente, numerosi studi hanno dimostrato che le cellule staminali pluripotenti umane (PSC) possono essere differenziate in organoidi retinici (RO) utilizzando diversi protocolli di induzione, che hanno un enorme potenziale nella retinopatia per la modellazione della malattia, lo screening dei farmaci e le terapie basate sulle cellule staminali. Questo studio descrive un protocollo di induzione ottimizzato per generare la retina neurale (NR) che riduce significativamente la probabilità di vescicolazione e fusione, aumentando il tasso di successo della produzione fino al giorno 60. Basato sulla capacità delle PSC di auto-riorganizzarsi dopo la dissociazione, combinata con alcuni fattori complementari, questo nuovo metodo può guidare in modo specifico la differenziazione delle NR. Inoltre, l'approccio è semplice, conveniente, mostra una notevole ripetibilità ed efficienza, presenta prospettive incoraggianti per modelli personalizzati di malattie retiniche e fornisce un abbondante serbatoio cellulare per applicazioni come la terapia cellulare, lo screening farmacologico e i test di terapia genica.
L'occhio funge da fonte primaria di informazioni tra gli organi sensoriali umani, con la retina che è il principale tessuto sensoriale visivo negli occhi dei mammiferi1. La retinopatia è una delle principali cause globali di malattie oculari, che porta alla cecità2. Circa 2,85 milioni di persone in tutto il mondo soffrono di vari gradi di disabilità visiva a causa della retinopatia3. Di conseguenza, indagare la sua patogenesi è fondamentale per una diagnosi precoce e un trattamento tempestivo. La maggior parte degli studi sulla retinopatia umana si è concentrata principalmente su modelli animali 4,5,6. Tuttavia, la retina umana è un tessuto complesso e multistrato che comprende vari tipi di cellule. I tradizionali sistemi di coltura cellulare bidimensionale (2D) e i sistemi di modelli animali in genere non riescono a ricapitolare fedelmente il normale sviluppo spazio-temporale e il metabolismo farmacologico della retina umana nativa 7,8.
Recentemente, le tecniche di coltura 3D si sono evolute per generare organi simili ai tessuti da cellule staminali pluripotenti (PSCs)9,10. Gli organoidi retinici (RO) generati da PSC umane in un sistema di coltura in sospensione 3D non solo contengono sette tipi di cellule retiniche, ma mostrano anche una struttura stratificata distinta simile alla retina umana in vivo 11,12,13. Gli RO umani derivati da PSC hanno guadagnato popolarità e ampia disponibilità e sono attualmente i migliori modelli in vitro per lo studio dello sviluppo e della malattia della retina umana14,15. Negli ultimi decenni, numerosi ricercatori hanno dimostrato che le PSC umane, comprese le cellule staminali embrionali (ESC) e le cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC), possono differenziarsi in RO utilizzando vari protocolli di induzione. Questi progressi hanno un enorme potenziale nella retinopatia per la modellazione della malattia, lo screening farmacologico e le terapie basate sulle cellule staminali 16,17,18.
Tuttavia, la generazione di retina neurale (NR) da cellule staminali pluripotenti umane (PSC) è un processo complesso, ingombrante e dispendioso in termini di tempo. Inoltre, le variazioni da lotto a lotto negli organoidi tissutali possono portare a una minore riproducibilità dei risultati19,20. Numerosi fattori intrinseci ed estrinseci possono influenzare la resa degli organoidi retinici (RO), come il numero o la specie di cellule di partenza e l'uso di fattori di trascrizione e composti a piccole molecole 21,22,23. Da quando il primo RO umano è stato generato dal laboratorio Sasai11, nel corso degli anni sono state proposte molteplici modifiche per migliorare la facilità e l'efficacia del processo di induzione 13,21,24,25. Purtroppo, ad oggi, non è stato stabilito alcun protocollo gold standard per la generazione di RO in tutti i laboratori. In effetti, c'è un certo grado di discrepanza negli RO risultanti da diversi metodi di induzione, così come un'ampia variazione nell'espressione dei marcatori retinici e nella robustezza della loro struttura22,26. Questi problemi possono complicare gravemente la raccolta dei campioni e l'interpretazione dei risultati dello studio. Pertanto, è necessario un protocollo di differenziamento più consolidato e robusto per massimizzare l'efficienza con una minima eterogeneità di generazione di RO.
Questo studio descrive un protocollo di induzione ottimizzato basato su una combinazione di Kuwahara et al.12 e Döpper et al.27 con istruzioni dettagliate. Il nuovo metodo riduce significativamente la probabilità di vescicolazione e fusione degli organoidi, aumentando il tasso di successo della generazione di NR. Questo sviluppo è molto promettente per la modellazione delle malattie, lo screening dei farmaci e le applicazioni di terapia cellulare per i disturbi della retina.
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Questo studio è stato condotto in conformità con i principi della Dichiarazione di Helsinki e approvato dal Comitato Etico Istituzionale dell'Ospedale Generale Cinese del PLA. La linea ESC WA09 (H9) è stata ottenuta dall'Istituto di Ricerca WiCell.
1. Terreni di coltura e preparazione dei reagenti
2. Coltura di H9-ESC
3. Generazione di NR umani
NOTA: Una volta che le colonie raggiungono circa il 70% di confluenza, possono essere indirizzate verso la differenziazione in organoidi retinici (RO) utilizzando i passaggi procedurali descritti nella Figura 1.
4. Analisi delle NR umane
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Una panoramica grafica del protocollo modificato è mostrata nella Figura 1. Le H9-ESC sono state utilizzate per generare RO quando le cellule sono state cresciute fino a una densità del 70%-80%. Sospensioni a cella singola di H9-ESC in 96 pozzetti conici con fondo a V si sono aggregate il giorno 1 e hanno formato EB rotondi ben circoscritti entro il giorno 6. Con l'aumentare del tempo di coltura, il volume degli EB è aumentato gradualmente. Il giorno 30, le strutture simili a neuroepiteliali...
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Gli RO umani possono ricapitolare spazialmente e temporalmente lo sviluppo della retina fetale e i RO precoci mostrano un alto grado di somiglianza con la retina fetale a stadi equivalenti di sviluppo15. In termini di morfologia tissutale ed espressione molecolare, l'RO umana rispecchia da vicino l'effettivo stato di crescita del tessuto retinico, offrendo opportunità straordinarie e senza precedenti nei campi della modellazione delle malattie, dello screening dei farmaci e della medicina rigenera...
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Tutti gli autori dichiarano di non avere conflitti di interesse.
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| 0,01 M TPBS | Servicebio | G0002 | Lavaggio fette |
| 4% Paraformaldeide | Servicebio | G1101-500ML | Fissare organoidi retinici |
| 5 mL Pipetta | Pasteur NEST Biotechnology | 318516 | Pipetta organoidi retinici |
| 96 pozzetti conici con fondo a V | Sumitomo Bakelit | MS-9096VZ | |
| Vetrini per microscopio ad adesione | CITOTEST | 188105 | Fette fisse |
| AggreWell medium | STEMCELL Technologies | 5893 | |
| Etanolo medio anidro | SINOPHARM | 10009218 | Disidratare |
| Anti-CHX10 | Santa Cruz | sc-365519 | Anticorpo primario |
| antidissolvenza | ZSGB-BIO | ZLI-9556 | |
| Anti-KI67 | Abcam | ab16667 | Anticorpo primario |
| Anti-NESTIN | Sigma | N5413 | Anticorpo primario Anti-neuronale |
| di classe III β-Tubulina (TUJ1) | Beyotime | AT809 | Anticorpo primario |
| Anti-PAX6 | Abcam | ab195045 | Anticorpo primario |
| Soluzione di dissociazione cellulare (CDS) | STEMCELL Technologies | 7922 | Dissociazione cellulare |
| CHIR99021 | Selleckchem | S2924 | GSK-3&alfa;/β Concentrato |
| lipidi per colesterolo | Gibco | 12531018 | 250&volte; |
| Soluzione per il recupero dell'antigene citrato | Servicebio | G1202-250ML | 20×, pH 6.0 |
| CS10 | STEMCELL Technologies | 1001061 | Terreno di congelamento cellulare |
| DAPI | Roche | 10236276001 | Controcolorante nucleare |
| Dimetil solfossido (DMSO) | Sigma | D2650 | |
| DMEM/F12 | Gibco | 11330032 | Medium |
| DMEM/F12-GlutaMAX | Gibco | 10565018 | Asino medio |
| anti-topo Alexa Fluor Plus 488 | Invitrogen | A32766 | Anticorpo secondario |
| Asino anti-coniglio Alexa Fluor 568 | Invitrogen | A10042 | Anticorpo secondario |
| Acido etilendiammina tetraacetico (EDTA) | Biosharp | BL518A | 0,5 M, pH 8,0, dissociazione cellulare |
| Matrice extracellulare (ECM) | Corning | 354277 | Piastre di rivestimento |
| F12-Glutamax | Gibco | 31765035 | |
| Siero fetale bovino | Gibco | A5669701 | |
| Analizzatore quantitativo di cellule tissutali a flusso | TissueGnostics | TissueFAXS Plus | Sezioni di scansione |
| IMDM-GlutaMAX | Gibco | 31980030 | Medium |
| IWR1-endo | Selleckchem | S7086 | inibitore |
| Wnt | Gibco | di ricambio 10828028 | |
| LDN-193189 2HCl | Selleckchem | S7507 | Inibitore BMP |
| Piastre a 24 pozzetti a bassa adesione | Corning | 3473 | |
| Piastre a 6 pozzetti a bassa adesione | Corning | 3471 | |
| Terreno di manutenzione (MM) | STEMCELL Technologies | 85850 | Integratore di |
| N2 | medio Gibco | 17502048 | |
| Siero d'asino normale | Solarbio | SL050 | Tampone bloccante |
| Paraplast | Leica | 39601006 | Inclusione tissutale |
| PBS pH 7.4 basico (1x) | Gibco | C10010500BT | Senza Ca+,Mg+ |
| Proteina morfogenetica ossea umana riconbinante-4(rhBMP4) | R& D | 314-BP | Fattore proteico chiave |
| Acido retinoico | Sigma | R2625 | Polvere, tenere al riparo dalla luce |
| SB431542 | Selleckchem | S1067 | ALK5-inibitore |
| SU5402 | Selleckchem | S7667 | Inibitore della tirosin-chinasi |
| Super PAP Pen | ZSGB-BIO | ZLI-9305 | |
| Taurina | Sigma | T0625-10G | |
| Tioglicerolo | Sigma | M1753 | |
| Triton X-100 | Sigma | X100 | Permeabilizzazione |
| WA09 linea di cellule staminali embrionali | WiCell Research Institute | Linea cellulare | |
| Xilene | SINOPHARM | 10023418 | Decerazione |
| Y-27632 2HCL | Selleckchem | S1049 | ROCK-inibitore |
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