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Mantenere le ESC e le iGATA4-ESC (normoxia) e TSC (ipossia) in condizioni di coltura appropriate è essenziale per una generazione blastoidale di successo. Quando coltivati come descritto, gli ESC e gli iGATA4-ESC dovrebbero essere in gran parte indistinguibili, formando colonie di medie dimensioni, rotonde e ben definite dopo 3 giorni. L'aspetto di colonie appiattite o bordi sporgenti indica una differenziazione incipiente, e tali colture non dovrebbero essere utilizzate per la formazione di blastoidi. I TSC dovrebbero formare colonie epiteliali piatte con bordi leggermente rialzati e centri più piatti. Colonie di TSC cresciute o in fusione (tipicamente dopo >3 giorni di coltura) spesso portano a risultati blastoidi negativi (Figura 1).
Durante l'assemblaggio del blastoide iGATA4, diversi primi segni indicano il successo del protocollo (Figura 2A, B). Circa 6 ore dopo l'aggregazione di ESC e iGATA4-ESC, gli aggregati cellulari stretti dovrebbero essere visibili sul fondo dei micropozzi. Gli aggregati sciolti suggeriscono un'eccessiva esposizione ai reagenti di dissociazione cellulare, che riduce l'adesione cellula-cellula. Progressione al passo successivo (aggiunta del TSC; Sezione 2.4) dovrebbe verificarsi solo una volta osservati aggregati stretti (Figura 2B, punto temporale D0.5). L'immunocolorazione in questa fase dovrebbe mostrare aggregati omogenei SOX2⁺ e GATA4⁻ (Figura 2B, punto temporale D0.5).
Dopo l'aggiunta di TSC e l'incubazione notturna, dovrebbe essere evidente un singolo aggregato coesivo circondato da celle CDX2⁺ (Figura 2B). La presenza di grandi cellule non aggregate sulla superficie degli aggregati spesso indica residui di MEF. La contaminazione da MEF può ridurre l'efficienza della formazione di blastoidi; pertanto, un adeguato esaurimento del MEF è fondamentale per ottenere una popolazione prevalentemente TSC prima dell'aggregazione. Un filtratore per celle da 40 μm può essere utilizzato per rimuovere i residui di MEF, anche se ciò può ridurre la resa del TSC. Una copertura CDX2⁺ incompleta o eccessiva può essere corretta regolando il numero di TSC aggiunti per micropozzo (intervallo raccomandato: 10–15).
Dopo l'aggiunta di DOX e 8Br-cAMP, le carie si osservano tipicamente entro il secondo giorno e possono persistere fino al terzo giorno. Sotto la microscopia a campo chiaro, le cavità appaiono come spazi chiari e vuoti all'interno dei blastoidi (Figura 2B, C; linea tratteggiata bianca). Le celle GATA4⁺ appaiono poco dopo l'induzione di DOX e vengono progressivamente selezionate sulla superficie del compartimento simile all'ICM (Figura 2B). La formazione di blastoidi di successo è caratterizzata da un'elevata efficienza di cavitazione (tipicamente ~80% delle strutture per piastra di aggregazione micropozzo; Figura 2D), un epitelio esterno a singolo strato simile a TE CDX2⁺, una cavità simile a un blastocoel e un compartimento arrotondato simile a un ICM contenente cellule simili a EPI SOX2⁺ sovrapposte da cellule simili GATA4⁺ simili a PE (Figura 2C–E).
Gli esiti subottimali comuni includono strutture non cavitate, blastoidi di forma irregolare con cavità multiple o compartimenti simili a ICM, e pozzi contenenti poche strutture o detriti cellulari. Sebbene si preveda circa il 20% di strutture anomale (Figura 2C), tassi più alti possono indicare problemi come una preparazione errata del mezzo TX, scarsa qualità della cella iniziale, mancata aggiunta di DOX o 8Br-cAMP al giorno 1, o spostamento delle strutture durante i cambi di mezzo.
Per applicazioni di screening ad alta produttività, i pozzi non trattati e quelli di controllo dei veicoli dovrebbero fornire blastoidi paragonabili alle condizioni di controllo positivo (Figura 3A,B). I trattamenti sperimentali possono influenzare molteplici metriche di qualità, tra cui la dimensione del blastoide (Figura 3C), l'efficienza della cavitazione, il numero totale e specifico di cellule per linea di discendenza (Figura 3D), l'ordinamento PE e la morfologia complessiva (Figura 3E). Ad esempio, il trattamento con caffeina, nicotina o etanolo durante la formazione del blastoide ha portato a strutture più piccole con ridotta efficienza di cavitazione, minori numeri totali o ICM di cellule, compromesso nell'ordinamento delle PE e morfologia più peggiore. Al contrario, concentrazioni crescenti di amminoacidi a catena ramificata hanno prodotto blastoidi più grandi e fortemente cavitati, con un numero cellulare aumentato e una morfologia migliorata (Figura 3C–E). È prevista una variabilità biologica tra gli esperimenti, evidenziando l'importanza di includere sia i controlli vuoti che quelli dei portatori in ciascun esperimento.

Figura 1: Esempi di WT ESC, iGATA4-ESC e TSC di buona e scarsa qualità. Micrografie a campo chiaro di WT ESC, iGATA4-ESC e TSC che mostrano le morfologie attese delle colonie dopo 2–3 giorni di coltura in N2B27/2i/LIF (ESC) o in mezzo TSF4H (TSC). Il panel intitolato "WT ESCs – scarsa qualità" mostra cellule con morfologia subottimale, incluse colonie appiattite con bordi sporgenti (punte di freccia rosse). Il pannello "TSC sovraccresciuto" mostra colonie TSC fuse e ingrandite dopo 4 giorni di coltura. Barra di scala: 100 μm per tutti i pannelli. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 2: Morfologia schematica e attesa degli iGATA4-blastoidi. Ristampato da Developmental Cell, Vol. 61, Jorgensen V, Bao M, Junyent S et al., Modelli embrionali muscolari efficienti derivati da cellule staminali per studi ambientali, pp. 193–207.e6, Copyright (2025)3, con permesso di Elsevier. (A) Rappresentazione schematica dello sviluppo naturale di blastocisti topini (in alto) e modellazione di blastocisti basata su cellule staminali utilizzando WT ESC, iGATA4-ESC e TSC.
(B) Micrografie che mostrano la morfologia attesa e l'espressione dei marcatori in diverse fasi del protocollo. Proiezione di massima intensità (MIP); Linee tratteggiate delimitano la cavità. Barra di scala: 20 μm. (C) Immagine in campo chiaro di blastoidi iGATA4 al giorno 3. Barra di scala: 100 μm.
(D) Tassi di cavitazione di iGATA4-blastoidi generati utilizzando TSC pre-colti in normoxia o ipossia; Gli aggregati sono stati coltivati in condizioni ipossiche. n ≥ 4; Le barre di errore rappresentano l'errore standard della media. (E) Immunocolorazione di blastocisti E4.5 e blastoidi iGATA4 del giorno 3 per i marcatori di linea (CDX2, ciano; 4 ottobre, rosso; GATA4, verde). Proiezione di massima intensità (MIP); singolo piano Z mostrato dove indicato. Barra di scala: 25 μm. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 3. Effetti dei fattori ambientali sulla formazione e qualità del blastoide. (A) Immagini rappresentative immunofluorescenze 3D (in alto) e ricostruzioni superficiali IMARIS (in fondo) di iGATA4-blastoidi trattati con fattori ambientali (caffeina, nicotina, etanolo e condizioni che imitano diete ad alto contenuto proteico). Barre di scala: 25 μm per tutte le immagini. (B) Schema del flusso di lavoro sperimentale. (C) Diametro del blastoide in condizioni di trattamento diverse. L'intervallo rappresenta il 10° al 90° percentile; le casse indicano l'intervallo interquartile; la linea indica la mediana. L'analisi statistica è stata effettuata utilizzando ANOVA unidirezionale con confronti multipli. (D) Quantificazione del numero totale di cellule (grigi), trofetectodermi (ciano), epiblasti (rossi) e endodermi primitivi (verdi) nei blastoidi di controllo e trattati. Le barre rappresentano la media; Le barre di errore rappresentano la deviazione standard. L'analisi statistica è stata effettuata utilizzando ANOVA unidirezionale con confronti multipli. (E) Quantificazione della proporzione di blastoidi classificati come "buoni" (corretta ordinazione della linea con anomalie morfologiche minime), "mediocri" (morfologia in gran parte corretta con anomalie minori, inclusa una classificazione incompleta EPI–PE) o "cattivi" (morfologia gravemente anomala con organizzazione della linea interrotta) sotto condizioni di controllo e trattamento. L'analisi statistica è stata effettuata utilizzando ANOVA bidirezionale rispetto alle condizioni di controllo. Per tutti i pannelli, n ≥ 3. La significatività statistica è indicata come *p < 0,05, **p < 0,01, ***p < 0,001, ****p < 0,0001. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
| Media | Reagente | Concentrazione finale |
| FC | | |
| DMEM | n.a. |
| FBS inattivato dal calore (iFBS) | 15% |
| GlutaMax | 2 mM |
| 2-Mercaptoetanolo (2-ME) | 0,1 mM |
| Amminoacidi non essenziali (NEAA) | 1x |
| Na Pyruvate | 1x |
| Penicillina–Streptomicina | 1x |
| N2B27/2i/LIF | | |
| DMEM/F12 | 50% |
| NeurobasalA | 50% |
| Supplemento B27 | 1x |
| Supplemento N2 | 0,5x |
| 2-ME | 100 μM |
| Penicillina–Streptomicina | 1% |
| GlutaMax | 2 mM |
| PD0325901 | 1 μM |
| CHIR99021 | 3 μM |
| LIF ricombinante del mouse | 10 ng/mL |
| TSF4H | | |
| Megacell RPMI-1640 Medium | n.a. |
| iFBS | 20% |
| GlutaMax | 2 mM |
| Na Pyruvate | 1x |
| Penicillina–Streptomicina | 1x |
| FGF4 | 25 ng/mL |
| Eparina | 1 μg/mL |
Tabella 1: Ricette multimediali per FC, N2B27/2i/LIF e TSF4H. Ricette per preparare media FC, media N2B27/2i/LIF e media TSF4H, con concentrazioni finali.
| Componente | Concentrazione finale | Concentrazione delle scorte | Solvente e conservazione | Volume a ~20 mL |
| 8Br-cAMP | 25 μM | 5 mM | PBS, conservare a -20 °C | 100 μL |
| CHIR99021 | 3 μM | 10 mM | DMSO, conserva a -20 °C | 6 μL |
| DMEM/F12 | N/A | N/A | Conservare a 4 °C | 20 mL |
| FGF4 | 25 ng/mL | 100 μg/mL | 0,1% BSA in PBS, conservare a -20 °C | 5 μL |
| Integratore L-alanyl-L-glutamina | 2 mM | 200 mM | Conservare a 4 °C | 200 μL |
| Eparina | 1 μg/mL | 1 mg/mL | PBS, conservare a -20 °C | 20 μL |
| Olo-transferrina | 10,7 μg/mL | 10,7 mg/mL | Acqua DI, conservare a -20 °C | 20 μL |
| TGF-β1 umano | 15 ng/mL | 20 μg/mL | 4 mM HCl + 0,1% BSA, conservare a -20 °C | 15 μL |
| IL-11 | 30 ng/mL | 25 μg/mL | 0,1% BSA in PBS, conservare a -20 °C | 24 μL |
| Insulina | 19,4 μg/mL | 9,5 - 11,5 mg/mL | La concentrazione dipende dal lotto, conservare a 4 °C | 33,7–40,8 μL, regolare il volume in base alla concentrazione dello stock. |
| L-acido ascorbico-2-fosfato magnesio | 64 μg/mL | 32 mg/mL | Acqua DI, conservare a -20 °C | 40 μL |
| LIF ricombinante del mouse | 10 ng/mL | 10 μg/mL | PBS + 0,1% BSA, conservare a -20 °C | 20 μL |
| NaHCO3 | 543 μg/mL | 45,25 mg/mL | Acqua DI, conservare a -20 °C | 240 μL |
| Penicillina/Streptomicina | 1x | 100x | Conserva a -20 °C | 200 μL |
| Selenite di sodio | 14 ng/mL | 14 μg/mL | Acqua DI, conservare a -20 °C | 20 μL |
| Y27632 | 20 μM | 20 mM | DMSO, conserva a -20 °C | 20 μL |
Tabella 2: Ricetta multimediale per il TX. Ricetta per preparare il materiale TX, con dettagli su come preparare e conservare piccole molecole e altri reagenti, e concentrazioni finali.