私たちは、レンチビラールベースの再プログラムされ、特徴付けられた因子フリーのヒト誘導多能性幹細胞を導き出し、推定される臨床グレードの状態に変換するためのプロトコルを記述します。
私たちは、レンチビラールベースの再プログラムされ、特徴付けられた因子フリーのヒト誘導多能性幹細胞を導き出し、推定される臨床グレードの状態に変換するためのプロトコルを記述します。
ヒト誘導多能性幹細胞(hiPSCs)は、レンチウイルスベースの再プログラミング方法論を用いて生成することができる。しかし、ゲノムの積極的に転写領域内に残っている可能性の発癌性遺伝子の痕跡は、人間の治療への応用1で使用するための彼らの可能性を制限する。さらに、治療に関連する誘導体に幹細胞のリプログラミングまたは分化由来の非ヒト抗原は、ヒト臨床状況2において使用されるこれらのhiPSCsを排除する。このビデオでは、外因性の導入遺伝子の自由要因フリーhiPSCsを再プログラムし、分析するための手順を提示する。これらhiPSCsその後、レンチウイルスを含む特定のイントロンにおける遺伝子発現異常を分析することができる。この分析は、以前に3遺伝子発現の差を検出するために使用されるあまり敏感技術に勝る利点を有する敏感な定量的ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)を用いて行ってもよい。への完全な変換臨床グレードの適正製造基準(GMP)の条件は、ヒトの臨床関連性を可能にする。私たちのプロトコルは、別の方法論が提供する現在のセーフハーバー基準による非ヒト抗原にすべての免疫原性リスクを排除する必要があり、人間の治療用途-ためのGMPグレードのhiPSCsを導出するための要因の無特徴付けられたhiPSC系誘導体を、拡張し、含まれることを提供しています。このプロトコルは、任意のタイプのレンチウイルス再プログラミングされた細胞に広く適用可能であり、GMPグレードの条件に再プログラミングされた細胞を変換するための再現性のある方法を提供します。
成体ヒト細胞は、4つの主要な転写因子4,5のレンチウイルスベースの発現の結果として、エピジェネティックなリモデリングとリプログラミングを受ける能力があることが示されています。リプログラミング分野における重要な進歩は、タンパク質発現の正確な化学量論的比を可能にする4つのリプログラミング転写因子すべてを収容する単一の切除可能なレンチウイルス幹細胞カセット(STEMCCA)の使用でした6。さらに、特定の多様な感染範囲で形質導入されると、STEMCCAは、リプログラミングプロセス中に主に単一のゲノム統合イベントを引き起こす可能性があります7。Cre/loxP技術を利用し、幹細胞株の誘導後にリプログラミングベクターを切除するSTEMCCAの切除可能バージョンの導入により、因子フリーのヒト人工多能性幹細胞(hiPSC)株を導出することが可能になりました8。さらに、ヒトiPS細胞の治療への応用を強化するためには、GMP(Good Manufacturing Practice)グレードの細胞株をゼノ含有状態からゼノフリー状態へ変換するための、迅速で容易に適用可能な新しい方法論を実施する必要がありました。ここでは、統合された遺伝子発現の違い、特にイントロンに統合した場合の遺伝子発現の違いをより正確に評価する関連方法論と、臨床グレードの細胞を推定GMP条件に変換する方法について説明します。
以前の研究では、STEMCCA形質導入後の統合遺伝子の遺伝子発現の違いを分析するために、比較的感度の低いマイクロアレイ転写解析のみを使用していました3,9。ここでは、統合された遺伝子発現の違いをさらに調べるために、高感度定量的ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)解析の方法論を紹介します。重要なことは、現在のセーフハーバー基準では、ウイルスが組み込まれた遺伝子を持つヒトiPS細胞が廃棄されているため、これらの細胞が下流のヒト細胞治療薬に適用できることが制限されていることです9。私たちは、完全に特徴付けられた導入遺伝子を含まないイントロン再プログラムされたhiPSCを使用することで、現状が変わる可能性があることを提案します。さらに、もともとゼノ含有条件下で誘導されたさまざまな細胞タイプに容易に適用できる堅牢なGMPグレードの細胞変換プロトコルを導入します10。これは、ヒトの治療関連性を維持するために臨床グレードの条件を必要とする将来の細胞リプログラミング実験の開発に大きな機会を提供します。
これらの方法論は、現在のセーフハーバー基準を拡張して、統合されたイントロンからのSTEMCCA切除後も正常な遺伝子発現プロファイルを維持する特性評価されたSTEMCCA再プログラムhiPSCラインを含めるための基盤を提供します。また、ヒト以外の動物抗原を含まない臨床グレードの条件に完全に変換することで、以前はゼノを含む条件でのみ再プログラムされ、特徴付けられていた多くの細胞タイプを組み込むのに役立ちます。これらの方法論を組み合わせることで、米国食品医薬品局(FDA)は、限定的な承認をヒト胚性幹細胞(ESC)ベースの治療薬からhiPSCベースの治療薬に拡大することを検討する説得力のある根拠となります11。
私たちは最近、完全に特性評価され、推定される臨床グレードの条件に変換された因子フリーのhiPSC系統の導出を詳述しました10。ここでは、STEMCCAレンチウイルスを利用したhiPSC誘導のプロトコールについて詳しく説明します。次に、これらの幹細胞は切除プロセスを経て、遺伝子発現の特性評価が行われます。最後に、hiPSCは、ゆっくりとした変換法によってGMPグレードの条件に変換されます。
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注:この方法は、内素晴らしいら 10の報告された研究に使用した。
STEMCCA 1.リプログラミング成人ヒト皮膚線維芽細胞
2.ベクトル統合サイト分析とSTEMCCA切除
前後の切除したhiPSCsから定量的PCRを用いた遺伝子発現差の3定量
GMPグレードの条件に4.コンバージョン
5.キャラクタライズGMPグレードのポストを切除hiPSCs
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我々はSTEMCCAレンチウイルスベースの再プログラミングアプローチを用いて、臨床グレードの因子フリーhiPSCsを導出するためのプロトコルを提示する。 図1Aは、MEFの層上STEMCCAアプローチを再プログラミングした後に、三つの異なる予め切除hiPSC系統の代表的な写真を示す。 STEMCCAの再プログラミングアプローチの主な利点は、異なる研究グループと場所で、複数の科学者によって達成一貫性のある再プログラミングの成功にある。 図1Bは、切除後の逆転写PCRゲルを提示し、完全に無料ですつの特定のサブクローン(2.3)を示すSTEMCCAのレンチウイルスから、特定のシーケンスSTEMCCA。 図2Aに内因ための具体的なアンプリコンバンドの欠如によって証明されるように合成マトリックス上にマトリックスとポスト切除した異種非含有GMPグレードのhiPSCsを含む異種の事前変換hiPSCsを示しています。標準の多能性関連因子の定量(SOQPCRを用いて、X2、OCT4およびNANOG)は、
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私たちは、要因のないhiPSCsを導出し、将来ヒトの治療における下流細胞分化のためのGMPグレードの条件にこれらの細胞を変換することにより、それらが臨床的に関連することの方法論について説明します。このプロトコルは、種々の細胞型に広く適用可能であるが、我々が原因の患者からの抽出の容易さとパーソナライズされたヒトの治療への適用のために、ヒト皮膚線維芽細胞を再プログラムすることにしました。制限は限り臨床的に関連する細胞誘導体への完全な分化が14懸念されるように改善されると、GMPグレードの条件への提示の変換は、さらに、関連する異なる種々の細胞型になるであろう。
この研究の最初の部分はSTEMCCAのレンチウイルスとヒト線維芽細胞を再プログラミングすることを含む。この技術は、その再現性、比較的高い初期化効率(0.02%)、およびヒトにわたって再プログラムする堅牢能力に大部分が選択されたyの異なる細胞型10。この技術は、センダイウイルス、エピソームプラスミド、および低再プログラミングの効率と再現性10苦しむ合成mRNAを基に再...
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ジェームズ・A・バーン(JAB)とアグスティン・ベガ・クレスポは、フィブロセル・サイエンス社から研究資金を受け取ります。JABはフィブロセル・サイエンス社の科学コンサルタントです。他の著者は、開示すべき競合する利益を持っていません。
iPSCの導出と特性評価実験の実施に協力してくださったPatrick C. Lee氏、Cyril Ramathal氏、Saravanan Karumbayaram (SK)に感謝いたします。Aaron Cooper は iPSC 解析実験を行いました。ヴィットリオ・セバスティアーノとレニー・A・レイジョ・ペラは、最初の再プログラミングの取り組みを指揮してくれました。SK、William E. Lowry、Jerome A. Zack、Donald B. Kohnは、臨床グレードのiPS細胞の変換と特性評価を可能にするUCLA GMP施設の設立を指揮しました。Gustavo Mostoslavskyは、STEMCCAポリシストロン再プログラミングベクトルを提供してくれました。この研究は、Fibrocell Science社との共同研究と、安全な個別化細胞治療薬を創出するためのCIDMOD(Clinical Investigations for Dermal Mesenchymally Obtained Derivatives)イニシアチブに基づいています。この研究は、UCLAのEli and Edythe Broad Center of Regenerative Medicine and Stem Cell Research、The Phelps Family Foundation、Fibrocell Science, Inc.、およびUCLA CTSI Scholar's AwardからJABへの資金提供を受けて行われました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 培地および試薬 | |||
| DMEM/F12 (基礎培地) | Invitrogen (Carlsbad, CA, USA) | 11330057 | |
| Fetal bovine serum | Invitrogen | 16000044 | |
| Minimum essential medium (MEM) non-essential amino acids (NEAA), 100x | Invitrogen | 11140050 | |
| Glutamax, 100x | Invitrogen | 35050-061 | |
| PenStrep、ペニシリン-ストレプトマイシン、100x | Invitrogen | 15140-122 | 4°Cで融解;C、アリコート、&マイナスで保存します。20度;C |
| ノックアウト血清補充 | Invitrogen | 10828028 | 4°Cで解凍します。C、アリコート、&マイナスで保存します。20度;C |
| Trypsin/EDTA, 0.5% | Invitrogen | 15400-054 | Dilute stock out to 0.05% in 1x PBS |
| Basic fibroblast growth factor | GlobalStem (Rockville, MD, USA) | GSR-2001 | 10 & micro;0.1% ウシ血清アルブミン中の g/ml ストックを 1x PBS に溶解し、&minus で保存します。80度;C |
| β-メルカプトエタノール | ミリポア(ビレリカ、マサチューセッツ州、米国) | ES-007-E | |
| マトリゲル(基底膜マトリックス) | BDバイオサイエンス(サンノゼ、カリフォルニア州、米国) | 356231 | マトリゲルバイアルを10mlのDMEM / F12で1:2希釈します。アリコートと&minusで保存します。20°C。 |
| CELLstart (Synthetic Substrate) | Invitrogen | A1014201 | |
| Stemmolecule Y27632 | Stemgent (米国マサチューセッツ州ケンブリッジ) | 04-0012-02 | |
| Puromycin | Invitrogen | A1113802 | |
| LightCycler 480 Probes Master | Roche (スイス、バーゼル) | 4707494001 | |
| ProFreeze-CDM Medium/freezing medium | Lonza (スイス、バーゼル) | 12-769E | |
| ジメチルスルホキシ | Sigma-Aldrich (米国ミズーリ州セントルイス) | D8418 | |
| PBS | Invitrogen | 14190-250 | |
| 100 BP DNA Ladder | Invitrogen | 15628019 | |
| SYBR Safe DNA Gel Stain 10,000x | Invitrogen | S33102 | |
| Agarose | Bio-Rad Laboratories, Inc. (米国カリフォルニア州ヘラクレス) | 161-3101 | |
| ゼラチン、豚の皮から | Sigma-Aldrich | G1890-100G | PBSで0.2%のストックを作り、オートクレーブして室温で保存します。 |
| mTeSR1 | StemCell Technologies (バンクーバー、ブリティッシュコロンビア州、カナダ) | 5850 | サプリメント 5x を基本培地と組み合わせ、分注し、4 °Cで保存します。Cは最大2週間。 |
| Stemedia NutriStem XF/FF Culture Medium | Stemgent | 05-100-1A | 4°Cで解凍します。C O / N、アリコートと4°で保管。Cは最大2週間。 |
| Primocin | InvivoGen (San Diego, CA, USA) | ant-pm-1 | |
| Accutase (Dissociation Reagent) | Invitrogen | A1110501 | |
| Donkey anti-Chicken IgG AlexaFluor 488 | Jackson ImmunoResearch (West Grove, PA, USA) | 703-546-155 | |
| Polybrene/transfection agent | Millipore | TR-1003-G | |
| Plasticware | |||
| 12-well plates | VWR (West Chester, PA, USA) | 29442-038 | |
| 6-well plates | VWR | 29442-042 | |
| 10-cm plates | Sigma-Aldrich | Z688819 | |
| 18-gauge needle | Fisher Scientific (Pittsburgh, PA, USA) | 148265D | |
| 21-gauge needle | Fisher Scientific | 14-829-10D | |
| Equipment | |||
| BD LSRII Flow Cytometer | KSystem by Nikon (Tokyo, Japan) | ||
| BD FACSDiva Version 6.1.3 Software | BD Biosciences | ||
| Kits | |||
| PureLink Genomic DNA Mini Kit | Invitrogen | K182000 | |
| KAPA HiFi Hotstart ReadyMix PCR Kit | KAPA Biosystems (ウィルミントン) | KK2601 | |
| 高純度RNA単離キット | Roche | 11828665001 | |
| Transcriptor First Strand cDNA Synthesis Kit | Roche | 4379012001 | |
| Sialix anti-Neu5Gc Basic Pack Kit | Sialix (Newton, MA, USA) | Basic Pack | |
| Media | |||
| >Combined media 1 | StemCell Technologies andStemgent | は、mTeSR1 と Nutristem | |
| Combined 培地 2 | StemCell Technologies と Stemgent | は、TeSR2 と Nutristem | |
| HUF 培地 | Dulbecco ' を等量ずつ構成しています。修正されたイーグル」10% ウシ胎児血清、1x 非必須アミノ酸、1x グルタマックス、および 1x プリモシン | ||
| ヒト多能性幹細胞培地 | DMEM/F12 に 20% ノックアウト血清補充、1x グルタマックス、1x 非必須アミノ酸、1x プリモシン、1x &β;-メルカプトエタノール、および 10 ng/ml 塩基性線維芽細胞増殖因子を添加した培 | ||
| DMEM/F12、ダルベッコ'修正されたイーグル」sミディアム/F12;PBS、リン酸緩衝生理食塩水。 |
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