Isolamento nucleare da cellule del sangue derivate in vitro crioconservate
15 marzo 2024
Descriviamo un protocollo per l'estrazione di nuclei di alta qualità da cellule staminali stromali/endoteliali e ematiche derivate da cellule staminali pluripotenti indotte crioconservate per supportare le analisi di sequenziamento di nuova generazione a singolo nucleo. La produzione di nuclei intatti di alta qualità è fondamentale per gli esperimenti multiomici, ma può essere una barriera all'ingresso nel campo per alcuni laboratori.
Il mio laboratorio studia i geni e i meccanismi che influenzano la formazione delle cellule del sangue. Produciamo cellule del sangue da cellule staminali pluripotenti indotte dall'uomo e vogliamo farlo in modo più efficiente per supportare la produzione su scala clinica di terapie cellulari su misura per pazienti specifici. Utilizziamo le modalità di genomica a singola cellula per identificare i modelli di espressione genica e altri fattori che possono aiutare a sostenere la formazione delle cellule del sangue.
Una delle principali sfide per la produzione di cellule del sangue in vitro è che è costosa e inefficiente. Stiamo utilizzando approcci genetici per affrontare questo problema. Vogliamo utilizzare gli indizi della genetica umana e dell'emopoiesi in vivo per guidare i miglioramenti che apportiamo al sistema in vitro.
Stiamo cercando di utilizzare la genomica funzionale e le analisi dei singoli nuclei per far progredire il campo in termini di identificazione dei geni e delle reti di segnalazione che guidano la formazione dei giusti tipi di cellule del sangue in vitro. La creazione di set di dati multi-omici di alta qualità ci ha aiutato a scoprire fattori di trascrizione, energia e macchinari regolari che guidano la differenziazione in vitro delle cellule del sangue. Stiamo utilizzando questi dati per comprendere i dati genetici umani come i loci e i fattori incerti che stanno guidando la differenziazione che non siamo stati in grado di vedere prima.
Siamo molto entusiasti di sfruttare le intuizioni di questi set di dati multimodali che siamo stati in grado di generare sulla base dell'isolamento di nuclei di alta qualità. Intendiamo concentrare i nostri studi futuri sui geni e sui meccanismi di sviluppo in grado di produrre tipi di cellule del sangue, in ultima analisi su scala clinica in vitro.
Panoramica
Questo articolo presenta un protocollo per l'estrazione di nuclei di alta qualità da cellule stromali/endotheliali e da cellule ematiche derivate da cellule staminali pluripotenti indotte criopreservate. Questo processo è essenziale per facilitare analisi di sequenziamento di nuova generazione a singolo nucleo, fondamentali per esperimenti di multiomica.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Biologia delle cellule staminali
- Genomica
- Terapia cellulare
Sfondo
- Le cellule staminali pluripotenti indotte (iPSCs) possono differenziarsi in vari tipi cellulari.
- Sono necessari nuclei di alta qualità per analisi multiomiche efficaci.
- Esistono sfide nella produzione di nuclei integri per il sequenziamento.
- Migliorare la produzione di cellule del sangue in vitro è fondamentale per le applicazioni cliniche.
Scopo dello studio
- Per migliorare l'efficienza della produzione di cellule del sangue da iPSC.
- Per sostenere lo sviluppo di terapie cellulari personalizzate.
- Per affrontare gli ostacoli negli esperimenti di multiomica legati all'estrazione dei nuclei.
Metodi Utilizzati
- Estrazione di nuclei da tipi cellulari criopreservati.
- Analisi di sequenziamento di nuova generazione su singolo nucleo.
- Approcci genetici per migliorare la formazione delle cellule del sangue.
- Utilizzo di informazioni genetiche umane per guidare miglioramenti sperimentali.
Risultati principali
- Estrazione riuscita di nuclei di alta qualità da diversi tipi cellulari.
- Identificazione di modelli di espressione genica che favoriscono la formazione delle cellule del sangue.
- Dimostrazione di un'efficienza migliorata nei metodi di produzione cellulare.
- Informazioni ottenute dall'ematopoiesi in vivo applicate a sistemi in vitro.
Conclusioni
- Il protocollo migliora la fattibilità delle analisi multi-omiche nella ricerca sulle cellule staminali.
- Metodi migliorati possono portare a migliori applicazioni cliniche delle terapie cellulari.
- È necessaria una ricerca continua per perfezionare la produzione di cellule del sangue in vitro.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale del Contenuto
L'isolamento di nuclei di alta qualità da cellule ematiche derivate da iPSC criopreservate è fondamentale per consentire analisi multiomiche robuste a livello di singolo nucleo, influenzando direttamente la validazione degli obiettivi e la riduzione del rischio meccanicistica nella scoperta ematopoietica. Questa capacità sostiene la fiducia predittiva nell'analisi di geni e vie metaboliche, facilitando l'avanzamento mirato e proporzionato al rischio dei candidati per la terapia cellulare. Un'estrazione nucleare affidabile da diversi tipi cellulari garantisce continuità traslazionale e scalabilità del portafoglio per terapie future basate su cellule ematiche.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo di Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Target
- Permette l'analisi di genomica funzionale dei percorsi di differenziazione ematopoietica.
- Consente l'identificazione dei fattori trascrizionali e regolatori coinvolti nella formazione delle cellule del sangue.
- Facilita la riduzione del rischio meccanicistico chiarificando le relazioni tra geni e funzioni in vitro.
- Migliora la capacità predittiva per la selezione di bersagli candidati nei percorsi di terapia cellulare.
Sviluppo di screening e saggi
- Fornisce preparati di nuclei validati per saggi di sequenziamento del singolo nucleo riproducibili.
- Standardizza la qualità del campione in ingresso per flussi di lavoro multiomici attraverso diversi tipi cellulari.
- Consente la valutazione quantitativa dell'espressione genica e dell'accessibilità della cromatina.
- Permette lo screening scalabile di perturbazioni genetiche e farmacologiche in modelli di cellule ematiche.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Allinea i risultati ottenuti in vitro con i dati genetici umani per la priorizzazione di target pertinenti alle malattie.
- Garantisce la continuità dalla genomica della scoperta alla validazione preclinica di candidati per la terapia cellulare.
- Riduce il rischio di traduzione clinica consentendo un profilo molecolare ad alta fedeltà delle popolazioni cellulari terapeutiche.
- Supporta la scoperta di biomarcatori per il monitoraggio della differenziazione e della potenza nei prodotti cellulari.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Questo protocollo di isolamento nucleare si integra all'interfaccia tra la fase iniziale della scoperta e la ricerca preclinica, consentendo una transizione fluida dalla genomica guidata da ipotesi alla validazione traslazionale nei sistemi di cellule ematiche derivate da iPSC.
- Biologia della scoperta: Supporta la verifica delle ipotesi e l'elucidazione dei percorsi mediante dati multi-omici di alta qualità.
- Screening: Fornisce input di nuclei riproducibili per saggi a singolo nucleo su larga scala.
- Analisi: Offre letture quantitative per confrontare l'espressione genica e gli stati della cromatina in diverse condizioni.
- Ricerca traslazionale: Collega le informazioni meccanicistiche ottenute in vitro alla valutazione di candidati preclinici.
- Riutilizzo aziendale: Adattabile a diversi tipi cellulari criopreservati, soddisfa esigenze ampie e diversificate del portafoglio di R&S.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Aumenta la fiducia predittiva e riduce l'ambiguità nella validazione degli obiettivi.
- Valore operativo: Standardizza l'isolamento dei nuclei per flussi di lavoro multi-omici riproducibili e scalabili.
- Valore strategico: Permette decisioni informate di avanzamento o interruzione e un progresso efficiente in termini di capitale dei programmi di terapia cellulare.
- Impatto sul portafoglio: Supporta la priorizzazione aggiustata per il rischio e l'integrazione dei dati tra programmi.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede competenze nella coltura di cellule staminali e nelle tecniche di isolamento nucleare.
- Richiede l'accesso a piattaforme di sequenziamento a singolo nucleo e di analisi multiomica.
- Necessita di una standardizzazione condivisa tra i gruppi di lavoro per la gestione dei campioni e la valutazione della qualità.
- È adattabile a diversi tipi di cellule del sangue primarie e derivate da iPSC, previa ottimizzazione del protocollo.
- Le limitazioni potenziali includono requisiti specifici per il tipo cellulare in termini di lisi e variabilità indotta dalla criopreservazione.
