膵臓のような前駆細胞がインスリンを発現するコロニーへの分化を可能にする三次元のクローン原性アッセイが記載されている。単一の前駆細胞が増殖と分化するこの方法は、メチルセルロース、マトリゲルと成長因子を含有する半固体培地を利用しています in vitroで、人口で機能的な前駆細胞数の定量化を可能にする。
膵臓のような前駆細胞がインスリンを発現するコロニーへの分化を可能にする三次元のクローン原性アッセイが記載されている。単一の前駆細胞が増殖と分化するこの方法は、メチルセルロース、マトリゲルと成長因子を含有する半固体培地を利用しています in vitroで、人口で機能的な前駆細胞数の定量化を可能にする。
膵臓の幹細胞や前駆細胞生物学の分野は、単一細胞の分析を可能にするin vitro機能と定量的なアッセイでの不足によって妨げられている。彼らは明確に個々の前駆細胞の系統の可能性を実証する決定的な方法を提供するため、単一の前駆細胞の解析は非常に重要です。メソッドは、単一の細胞から浮遊培養で"pancreatospheres"を生成するために考案されているが、いくつかの制限があります。最初、それは文化のメディアと空間のターンコマンドで大量の細胞の数が多い、のために単一のセルの堆積を行うために時間がかかります。結果pancreatospheresの第二、記数はpancreatosphere -開始前駆細胞の頻度が低い場合は特に、労働集約的である。第三に、pancreatosphereアッセイは、再、よく同じ文化の中で膵臓の前駆細胞の増殖と分化の両方を可能にする効率的な方法ではありませんアッセイの有用性をstricting。
これらの制限を克服するために、膵臓の前駆細胞のための半固体培地によるコロニーアッセイが開発され、本報告書で提示されます。このメソッドは、それらが増殖ならびに分化を受けるように前駆細胞が三次元空間に滞在できるように、メチルセルロースがメディアに粘度を提供するために使用されている造血コロニーアッセイ、から、既存の概念を活用します。不均一な集団からインスリンを発現するコロニー形成前駆細胞を豊かにするため、我々は急行neurogenin(NGN)3、膵内分泌前駆細胞のマーカーその細胞を利用した。マウス胚性幹(ES)強化緑色蛍光タンパク質レポーターでタグ付けさNgn3発現細胞をソートされ、ウェル当たり、多くの25000のような細胞が低添付ファイル24穴培養皿に播種した。細胞が由来次の主要コンポーネントと半固体培地の各ウェルに含まれる500μL:METhylcellulose、マトリゲル、ニコチンアミド、エキセンディン-4、アクチビンβB、および馴化培地は、マウスES細胞由来の膵臓様細胞から採取。文化8〜12日後に、独特の形態を持つインスリンを発現するコロニーが形成され、さらに各コロニーの系統構成を決定するために定量的RT - PCRとimmunoflourescent染色を用いて膵臓遺伝子発現を分析することができます。
要約すると、我々のコロニーアッセイは、不均一な細胞集団内で機能的な前駆細胞の容易な検出および定量することができます。さらに、半固体のメディアフォーマットは、in vitroで増殖し、区別するために前駆細胞を有効に、細胞に細胞外マトリックス成 分と成長因子の一様なプレゼンテーションが可能になります。このコロニーアッセイは、単一細胞レベルでの膵前駆細胞の力学的研究のためのユニークな機会を提供しています。
1。コロニーアッセイのために馴化培地(CM)を生成するためにin vitroでの膵臓細胞様細胞へのマウスES細胞の分化
さらなる差別化のためのマウスES細胞の維持、懸濁培養における胚様体(EB)の形成、および添付ファイルの文化のための手順は、以前は次の1から3に記載し、本報告書の焦点ではありませんされています。私たちの差別化プロトコルに関連する手順の概略プレゼンテーションを図1に示されています。
高品質の馴化培地を得るためには、それは最初にそれらの少なくとも30から40パーセントが少なくとも150μmの直径とされる6日齢のEBSを生成することが重要です。大きいEBは、分化促進を(図2)を示唆し、光学顕微鏡下で黒い斑点が含まれている必要があります。高品質の牛胎児血清(FCS)の選択は、そのようなEBSを生成することが重要です。高品質のFCSのロットはdifferentiatをサポートする能力に基づいて選択されていますインスリン1に向かってEBのイオン、グルカゴンおよびRT - PCR解析によって検出された後の段階(日18-20)におけるアミラーゼの2Aの遺伝子発現。それは静かに井戸の中心に一日 - 6 EBSを収集するためにプレートを回転させることが重要です - また、一日- 6 EBを懸濁培養からの添付ファイルの文化(6ウェルプレートのウェルあたり100 EBは約80)に転送されています。その後のアタッチメント培養段階におけるEBから膵臓細胞様細胞のよりよい発達の細胞間接触の結果を向上させる理由は不明、操縦のための。
2。蛍光活性化セルソーターを用いて、単一の細胞懸濁液中の前駆細胞膵臓のような入手方法
前述のようにEGFPレポーター遺伝子は、Ngn3座の1つの対立遺伝子を置き換えたNgn3 - EGFP、として指定されたノックインマウスES細胞株、4は区別された2 Ngn3は、転写因子を含む塩基性ヘリックス-ループ-ヘリックス(bHLH)です。開発時の膵内分泌前駆細胞によって発現文化通常差別Ngn3 - EGFP +とNgn3 - EGFPを取得するためにソートされた5 - 16はデイ- 。。細胞は1,2
3。半固体培養へのメッキソートされた細胞
4。光マイクロ下でコロニー形成を観察対処
細胞は単一細胞がランダムに、均等に井戸から全体に分散されることを保証するためにめっき直後に観察されるべきである。細胞または得られたコロニーのほとんどが井戸の縁に分布している場合、これは井戸に半固体培地を分注すること(セクション3.7.4を参照)あまりにも説得力があるであることが示されます。培養ウェルの余白のメニスカス効果のコロニー密度のためセンターに存在するものに比べて高くなる可能性があります。
5。代表的な結果:
以前の実験では、2.5 × 10 5マウスR1 ES細胞(50mLのメディアの合計)で始まる1が約5,000、適切なサイズの一日- 6 EBSを生成するために期待できることを示していた。 Ngn3 - EGFP ES細胞は非効率的だった; 4倍以上のセルは、6日目までに同じようなサイズのEBSを生成するために必要とされた。 25日- 6 EBSは1.88平均が含まれているため、± 0.67 × 10 5細胞、1〜約37.6 × 10 6個の細胞は5000 EBSから取得することができます。添付ファイルの培養中に細胞は2.72 ± 0.32倍の拡大が期待されています。そのため、1、5000日- 6 EBSはソート前に、約100 × 10 6日- 16細胞を得ることになります。ゲーティングした後、Ngn3 - EGFP +細胞は、合計日- 16細胞集団(プロトコルTextのセクション2.2.5および図3)の約10%を占めるようになる。
photomicrogrの例マウスES細胞由来のインスリンを発現するコロニーのaphsを図4に示されています。これらのコロニーは、独特の形態を持って、小さな、暗い、と反射光ではないコロニー内の個々のセルを持つ小さな(〜60から100ミクロン)ラウンドコロニー。私達の前の出版では、2リアルタイムRT - PCRと個別に手摘みコロニーの二重免疫蛍光染色は、インスリン、Cペプチドとグルカゴンの発現を明らかにした。これらの結果は、内分泌細胞のような原始的な第一波に似ている、同時に少なくとも二つの膵島ホルモンを含有する細胞に分化する単Ngn3 - EGFP +細胞の能力を実証する。
分散した単一細胞のためのコロニーアッセイは、 インビトロ (図5) における増殖と分化を開始する能力を持っているそれらの前駆体のための研究が可能になります。したがって、これは個々の前駆細胞の本質的な機能を測定できるアッセイである。 capabiを持つ前駆細胞インスリンを発現するコロニーになるのlityは、インスリンを発現するコロニー形成単位(ICFUs)(図5)と呼ばれている。開発膵臓のNgn3マークの内分泌前駆細胞、5 Ngn3 - EGFP +ではなく、Ngn3 - EGFPそのアイデアへの一貫した- 。MES細胞由来の集団がICFUsのために濃縮されてからセル2しかしながら、これらの前駆細胞の頻度はまだされ低い、16日目培養から単離した全Ngn3 - EGFP +人口の約0.1%〜0.6%がICFUsです2は関係なく、コロニー形成効率の明確な違いは、最高が続いNgn3 - EGFP +細胞を、期待される。その後、事前にソートされた細胞、およびNgn3 - EGFP -細胞。

図1。膵細胞様細胞へのin vitroでマウスES細胞の分化においてのタイムライン。馴化培地(CM)を生成するため、マウスESセルlsがEBSを生成するモノチオグリセロールの減少投与(次の4つの日の最初の二日間と6.0 × 10 -4 Mのための6.0 × 10 -3 M)を持つ最初の6日間で15%FCSを含む懸濁液で栽培されています。日- 6 EBの(ウェルあたり80から100)はその後、15%ノックアウト血清代替物を含む添付ファイル6ウェルディッシュに転送されます。 5%FCSは、EBSの添付ファイルを早めるために文化の日60から10の間に追加される可能性があります。ニコチンアミド、エキセンディン-4、およびヒト組み換えアクチビンβBは、培養13日目(セクション1.1を参照)上のメディアに追加されます。メディアは、培養16日目に回収され、この時点で馴化培地となっています。 16日目の細胞は、ソートおよびコロニーアッセイ用の半固体培地に播種されています。

図2大日- 6マウス胚性幹細胞由来の胚様体の代表的な顕微鏡写真。理想的な一日- 6 EBは、直径で少なくとも150μmですeterと暗くセンター(矢印)を持っている。早期膵臓前駆細胞のマーカー(などPDX - 1、Sox9を発現など)の発現は、これらのEBS(データは示さず)。3で強化されています

図3。MES細胞由来日- 16 Ngn3 - EGFP発現細胞のためのゲートをソート。 (A)セルサイズとそれぞれの粒度を示す前方と側方散乱のゲートは、非細胞破片を除去する。 (B)DAPIは40分の450フィルタで検出された405から413 nmおよび発光で励起されると陽性に染色される死細胞を、識別するために使用されます。 (C)パルス幅、電子前方散乱パルスの幅は、蛍光活性化セルソーターを通過する前に削除すべきダブレットを、明らかに。 EGFPの(D)ゲー(チャネルFL1)対などTL1(左パネル)などのコントロール親細胞株からの自家蛍光を使用して一日- 16細胞は、真の蛍光ため、Ngn3 - EGFPを照らす<> +細胞集団(右パネル)をSUP。 (E)赤の矢印は、単に偽陽性細胞の分離を高めるためにソートする前に、EGFP +ゲートの取扱説明書右シフトを示しています。に示されている(AC) - 両方(D)及び(E)のイベントは、地域(R1、R3)に基づいてゲートです。

図4代表的な半固体培養におけるインスリン発現コロニーの顕微鏡写真を。コロニーは、ランダムに分散し、小さな暗い、非光反射のクラスタとして表示されます。個々のコロニーは、後で(;ビデオを参照して図示せず)にそれぞれ、RT - PCRと免疫組織化学分析により、遺伝子と蛋白質発現についてアッセイされ得る。

図5単一の前駆細胞の機能的および定量的な評価を可能にするコロニーアッセイ。得られたコロニーの記数は、周波数を計算するために使用されます総播種した細胞の間で前駆細胞のuency。各コロニー内の細胞の組成物は、開始する前駆細胞の系統性の指標である。このアッセイを用いて、我々はマウス胚性幹細胞由来のNgn3 - EGFP +細胞はインスリンを発現するコロニー形成単位(ICFUs)、インスリンを発現するコロニーに分化する能力を持つ前駆細胞2の濃縮されたことがわかった

表1。半固体培養培地の成分と添加の順序。
個々の膵前駆細胞の定量的および機能的な評価を可能にするコロニーアッセイは、非常に膵臓の幹細胞や前駆細胞生物学の研究の進展を妨げている、これまでのところ限られている。コロニーアッセイの本質は、前駆細胞の機能と系統の電位が観察できるように、本質的な前駆細胞の能力ではなく、単にそれらの表現型を測定することです。また、特定の集団に前駆細胞の数を決定することができる定量的なツールです。造血幹細胞の分野で、コロニーアッセイが同定に重要な役割を果たしただけでなく、成長因子の要件、相互作用、およびこれらの細胞の系譜のコミットメントを支配するメカニズムを解読している。膵前駆細胞の生物学の分野6、膵臓の臓器7 、8またはバルク文化9月13日考案されているが、しかしながら、このようなアッセイは、生物学的クエスティに対処していない単一細胞レベルで作成されている。単一細胞分析することなく、複数の潜在的な膵臓の幹/前駆細胞の存在が明確に立証することはできません。14
ここでは、インスリンを発現するコロニー形成前駆細胞が三次元、マトリゲルを含む、半固体培養系を用いて測定することができます。見せる懸濁培養系15,16を単一の成人の膵臓の前駆細胞が増殖し、"pancreatospheres"に分化することを可能にするどの開発されているが、我々のコロニーアッセイでは、付加的な利点を提供します。最初に、私たちの半固体培養のメディアシステムは、最大24ウェルあたり500μLの培地25,000ソートされた細胞へのメッキ線形範囲で得られたコロニーの形成を維持しながら。2は対照的に、サスペンションのpancreatosphereアッセイは、単一の使用を必要とすることが可能セルソーターによる細胞の成膜方法は、単一細胞分析を可能にするため、文化、メディアとインキュベータスペースの大きなボリュームに必要です。したがって、我々のコロニーアッセイでは、異なる多数の細胞が前駆細胞の活動のために同時に比較する必要がある場合に実施するのは比較的簡単で費用対効果です。第二に、私たちの半固形培地では増殖と分化の両方が同じウェルで発生することができる細胞外マトリックス成分と成長因子の均一な分布を、可能です。対照的に、それは、懸濁培養中の細胞にこのような環境、特に行列を、提供することより困難である。我々は2つの前駆細胞がランダムにお互いとフォームつのコロニーの近くに配置することができるように私たちの方法でそれは決定的に、各コロニーは単一の細胞から派生していることを証明することはできないことを認識しています。しかし、この問題は、単一細胞操作を用いた二次分析によって克服することができます。ソートされた単一細胞の直接手摘みでは決定的に各コロニーの単セルの原点を示すことができる。
要約では、プロのインスリン発現コロニー形成活性ここに記載さ半固形培地でgenitorsは、単一細胞レベルでの膵前駆細胞の力学的研究のためのユニークな機会を提供しています。例えば、前の報告書で我々は細胞外マトリックスを示唆し2、その培養液へのマトリゲル、細胞外マトリックス蛋白質の粗混合物を添加することはインスリン発現Ngn3 - EGFP +細胞からのコロニーの形成に必要な発見です。それらの前駆細胞の重要な。このコロニーアッセイを使用して、それは現在、さらに細かく分析し、そのような活動のための特定のマトリックスの要件を定義することが可能となります。マウス胚性幹細胞由来の前駆細胞を研究に加えて、我々は現在、in vitroのアッセイ系で 、これはまた、周産期および成体マウスの膵臓と肝臓から、同様に欠けている人間の死体膵組織由来の他の特徴的なコロニーの形成をサポートするかどうかを調査しています膵島の。
我々は、開示することは何もない。
著者らは、マウスNgn3 - EGFP胚性幹細胞株、夫人ルーシーブラウンと細胞選別の支援のための分析サイトメトリーコアのプレゼントのために博士クラウスケストナーに感謝したいと思います。この作品は、MWとLSに授与訓練助成金HTKに授与NIH助成金R21DK069997とR01DK081587によってと再生医療(CIRM)のためのカリフォルニア工科大学から一部で賄われていた
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 材料/試薬 | 会社 | カタログ 数 | コメント |
| 1X DMEM / F - 12(1:1) | Mediatech | 15から090 - CV | |
| ウシ胎児血清 | 組織文化 生物学的製剤 | 201 | セクションを参照してください。 1.1 |
| L -グルタミン | GIBCO | 25030-081 | |
| 1XダルベッコPBS | Mediatech | 21から031 - CV | |
| ウシ血清 アルブミン | シグマ | A8412 | 7.5パーセント |
| マトリゲル | ベクトン ディッキンソン | 356231 | 削減成長 ファクタ |
| メチルセルロース | Sinetsu 化学物質、 東京、日本 | 1500センチポイズ (高VIscosity) | |
| ニコチンアミド | シグマ | N0636 | |
| ヒトの 組換え アクチビンβB | R&Dシステムズ | 659 - AB - 025 | |
| エキセンディン-4 | シグマ | E7144 | |
| ヒトの 組換え VEGF - | R&Dシステムズ | 293 - VE - 010 | |
| 24ウェルプレート | 共演スター | 3473 | 超低 添付 |
| 60ミリメートルシャーレ グリッドと | ヌンク | 169558 |
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