このプロトコルは、ヒトの成人末梢血細胞から統合フリーのiPS細胞を効率的に生成するための詳細な方法を説明しています。4つのoriP/EBNAベースのエピソームベクターを使用してリプログラミング因子(KLF4、MYC、BCL-XL、またはOCT4およびSOX2)を発現させることで、1 mLの末梢血から数千のiPS細胞コロニーを得ることができます。
方法論記事
このプロトコルは、ヒトの成人末梢血細胞から統合フリーのiPS細胞を効率的に生成するための詳細な方法を説明しています。4つのoriP/EBNAベースのエピソームベクターを使用してリプログラミング因子(KLF4、MYC、BCL-XL、またはOCT4およびSOX2)を発現させることで、1 mLの末梢血から数千のiPS細胞コロニーを得ることができます。
人工多能性幹細胞(性IPSC)は、病気のモデリングと再生治療のための偉大な約束を保持します。我々は以前に、末梢血単核細胞(PBのMNC)から統合フリー性IPSCを生成するエピソームベクター(EV)の使用を報告しました。使用するエピソームベクターは、それぞれ 、哺乳動物細胞におけるプラスミドの複製および長期保持を可能にエプスタイン-バー(EB)ウイルスからのoriPおよびEBNA1の要素、が組み込まれたDNAプラスミドです。さらなる最適化では、IPSCコロニーの数千人は、末梢血の1ミリリットルから得ることができます。高再プログラミング効率を達成するための2つの重要な要因は次のとおりです:1)2Aの使用は「自己切断」は、ペプチドは、このように二つの要因の等モル発現を達成し、OCT4およびSOX2をリンクします。 2)個別MYCおよびKLF4を発現させるための2つのベクトルの使用を。ここでは、統合のないIPアドレスを生成するためのステップバイステップのプロトコルを記述します成人の末梢血サンプルからのSC。残留エピソームプラスミドは5継代後に検出されないようにして生成性IPSCは、統合フリーです。再プログラミング効率は、センダイウイルス(SV)ベクターに匹敵するが、EVのプラスミドは、かなりより経済市販SVベクターよりいます。この手頃な価格のEVの再プログラミング・システムは、再生医療における臨床応用の可能性を保持し、統合のない間葉系幹細胞、神経幹細胞などにPBの多国籍企業の直接再プログラミングするためのアプローチを提供します。
いくつかの転写因子の強制発現した後、 ( すなわち OCT4、SOX2、MYCおよびKLF4)、体細胞は再生医療や細胞置換療法1-3のアプリケーションのための偉大な約束を保持して誘導された多能性幹細胞(性IPSC)に再プログラムすることができます。これまでに、さまざまな方法は、再プログラミング4-7の成功率を高めるために開発されてきました。ウイルスの統合が再プログラミング因子の高レベルの安定な発現を導くためのウイルスベクターによって誘発される再プログラミングが広く、iPS細胞の効率的な生成のために使用されます。しかし、細胞のゲノム中へのベクターDNAの永久的な統合は、挿入突然変異5を誘導し得ます。また、初期化因子の不十分な不活性化は、iPS細胞の分化8を妨害することができます。このように、初期化因子の統合なし性IPSCの使用は、特に、細胞療法用途における使用のために、必須です。
エピソームベクター(電気自動車)が広く統合フリーiPS細胞の生成に使用されます。最も一般的に使用されるEVは、エプスタイン・バー(EB)ウイルス9からの二つの要素、ウイルス複製(のoriP)およびEB核抗原1(EBNA1)の起点を含むプラスミドです。 EBNA1エレメントは宿主細胞の分裂時のエピソームの分割を可能にする染色体DNAにoriPを含むプラスミドDNAを係留しながらのoriPエレメントは、哺乳動物細胞中でのプラスミドの複製を促進します。センダイウイルス(SV)およびRNAのトランスフェクションを含む他の統合フリーアプローチと比較して、電気自動車は、複数の利点5,6,10を有します。彼らは非常に手頃な価格、プラスミドDNAとしては、電気自動車は、容易に製造することができ、家の中で修正されました。また、EVに再プログラミングすることは、いくつかのRNAのトランスフェクションが成功した再プログラミングのために必要であるのに対し、電気自動車を持つ単一のトランスフェクションは、IPSCの世代のために十分であるため、少ない労働集約的なプロセスです。
Dermal線維芽細胞は、多くの初期化研究に使用されてきました。しかし、皮膚生検は侵襲的で痛みを伴うプロセスだけでなく、再プログラミングのために十分な量に細胞を拡大するために時間がかかるだけではありません。大きな懸念されるのは、成人ドナーの皮膚細胞は、多くの場合、このように皮膚線維芽細胞11,12由来iPS細胞用のアプリケーションを制限し、腫瘍に関連する変異につながる可能性があり、長期UV光放射線にさらされてきました。最近、正常なヒトの皮膚細胞は強い正の選択13の下にあり、皮膚の扁平上皮細胞癌の主な要因のほとんどを含む、体細胞変異及び複数の癌遺伝子を蓄積することが報告されています。
1)血液細胞を容易に低侵襲的方法によって得ることができるので、皮膚線維芽細胞とは対照的に、末梢血(PB)細胞は、2)末梢血細胞は、造血幹細胞の子孫であり、再プログラミングのための細胞の好ましい供給源であります骨髄中に存在する、したがって、有害な放射線から保護。末梢血単核細胞(PBのMNC)は、フィコール - ハイパック(1.077グラム/ ml)を用いて、単純な勾配遠心分離後、バフィーコート層からの時間で収集することができます。得られたPBの多国籍企業は、リンパ球、単球およびいくつかの造血前駆細胞(HPCの)14から構成されています。ヒトTリンパ球は、PBの主要な細胞型の一つである成熟がT細胞は、T細胞受容体(TCR)遺伝子の再配列を含み、従って、アプリケーション15,16のための可能性を制限する完全なゲノムを欠いています。しかし、IPSCの生成を介してT細胞の活性化は、キメラ抗原受容体(CAR)T細胞療法17-19における潜在的な用途を有することができます。比較において、のHPCは、無傷のゲノムを有しており、容易に再プログラム可能です。わずか0.01が-末梢循環中の0.1%の細胞でのHPCであり、これらの細胞はerythrの増殖を有利赤血球培地中でex vivoで拡大することができますOID前駆細胞14。
我々の以前の研究では、PBの再プログラミングefficency 20で10倍に増加した山中因子(OCT4、SOX2、MYCおよびKLF4)に加えて、因子BCL-XLを使用していました。またBCL2L1として知られているBCL-XLは、カスパーゼ21,22の活性化を阻害することにより、細胞死の強力な阻害剤です。しかし、BCL-XLはまた、多能性21,22を維持する上で重要な役割を果たし得ます。最近、我々はさらに、別途再プログラミング効率23で約100倍増加につながる2つのベクトルでMYCおよびKLF4を発現させることにより、当社のEV再プログラミングシステムを最適化しました。健康なドナーからの0.5% - この方法を使用して、トランスフェクション時の細胞数を開始することによって分割コロニー数で定義された再プログラミング効率は、0.2です。以下のように、我々はPBから統合フリーiPS細胞を生成するための詳細な実験手順を説明します。
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人間のPBサンプルのすべてが地元の研究倫理委員会の承認を得て、天津血液センターから入手可能な無識別情報と匿名の成人ドナーから得ました。
1.遠藤フリープラスミドの調製
2.文化メディア
末梢血単核細胞の単離3(PBのMNC)
赤血球中でのPBの多国籍企業の4拡大
5. PB MNCヌクレオとリプログラミング
iPS細胞の6.増設
注: - 10ポストヌクレオほとんどのケースでは、IPSCの多数のコロニーは、D 8に表示されます。 D 14の後、大きなIPSCコロニーは通常、ピッキングの準備ができています。
残留エピソームプラスミドのないiPS細胞の7選択
8.フローサイトメトリー
9.共焦点イメージング
10.奇形腫アッセイ
希釈した200μLのDMEM / F12における細胞剥離液(PBS中の0.5mMのEDTA)を再懸濁細胞と収穫1×10 6 iPS細胞(1:1)マトリゲル。
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このプロトコルを使用して、我々は1×10 5 nucleofected PB多国籍企業からのコロニーの数百を取得することができる( 図1Aおよび図1B)。 0.5%のコロニーが多能性マーカー( 図1Cおよび1D)を発現-再プログラミング効率は約0.2です。記載されたプロトコルを使用して生成されたiPS細胞は、統合含まず、3胚葉( 図1Eおよび1F)を構成する奇形腫を形成する能力を有します。

図1: 末梢血単核細胞からの統合の...
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健康なドナーや患者から血液サンプルを取得したことで、それ基礎研究および臨床細胞治療のための魅力的な細胞源作り、便利で非侵襲的です。ここでは、末梢血サンプルから統合フリーiPS細胞の非常に効率的に生成するためのプロトコルを記載しています。この再現性と手頃な価格のアプローチは、IPSCフィールドに利益をもたらすべきです。
我々は非常に効率PBの再プログラミング30を担当する2つの重要な要因があることを報告しています。一つは、図2(a)のリンカー31を用いて、OCT4およびSOX2の等モル表現です。これを達成するために、PEV-OCT4-2A-SOX2は、このプロトコルで使用されています。もう一つは、我々が以前に30を使用していることを代わりにPEV-MYC-2A-KLF4のMYCおよびKLF4を発現させるための二つのプラスミドPEV-MYCとPEV-KLF4の使用です。 KL:一見単純な変更は、主にMYCの緩やかと大きく増加したことによるものであるPBの再プログラミング効率の約100倍の増加につなが...
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著者には、開示すべき競合または相反する利益はありません。
この作業は、中国科学技術部(2015CB964902、2013CB966902、2012CB966601)、中国国家自然科学基金会(81500148、81570164、81421002)、ロマリンダ大学医学部GCAT助成金(2015)、遠隔医療および先端技術研究センター(W81XWH-08-1-0697)の支援を受けました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 造血幹細胞増殖培地 | Sigma | S0192 | 4°Cで保存。C |
| ヒト幹細胞因子 (SCF) | Peprotech | 300-07 | 20 または -80 °C で保管してください。C |
| インターロイキン-3 (IL-3) | ペプロテック | AF-200-03 | -20 または -80 °C で保管。C |
| エリスロポエチン (EPO) | Peprotech | 100-64 | -20 または -80 °C で保存。C |
| インスリン成長因子-1 (IGF-1) | Peprotech | 100-11 | -20 または -80 °C;C |
| デキサメタゾン | Sigma | D4902 | 20 または -80 >C |
| 1-チオグリセロール(MTG) | Sigma | M6145 | -20または-80°Cで保管します。C |
| DMEM/F12 ミディアム | Gibco | 112660-012 | 4 °で保管;C |
| L-グルタミン (100x) | Gibco | 25030-081 | -20 °C;C |
| ペニシリン/ストレプトマイシン (100x) | Gibco | 15140-122 | -20 >C |
| 非必須アミノ酸溶液 (100x) | Gibco | 11140-050 | 4 °C;C |
| 線維芽細胞成長因子 2 (FGF2) | Peprotech | 100-18B | -20 または -80 °C で保管します。C |
| インスリン-トランスフェリン-セレン (ITS, 100x) | Gibco | 41400-045 | 4°C;C |
| アスコルビン酸 | Sigma | 49752 | -20 °C;C |
| DMEM(高グルコース)培地 | サーモ | SH30243.01B4 | °Cで保存。C |
| ウシ胎児血清 (FBS) | ハイクロン | SV30087.01 | -20 °C で保存。C |
| Ficoll | GE Healthcare, SIGMA | 17-5442-02 | RTで保管 |
| トレハロース | Sigma | T9531 | 4°Cで保管;C |
| ジメチルスルホキシド (DMSO) | Sigma | D2650 | RTに保管し、光から保護する |
| Endofree Plasmid Maxi Kit (10) | Qiagen | 12362 | RTに保管 |
| IMDM | Gibco | 21056-023 | 4°Cで保管;C |
| ヒト CD34+ 細胞核吸収キット | ロンザ | VPA-1003 | RT で保存し、核吸収バッファーとサプリメントは 4 °C で保存する必要があります。C |
| 酪酸ナトリウム | シグマ | B5887-20 | または-80°で保存。C |
| ROCK阻害剤 - Y27632 | STEMGENT | 04-0012-10 | -20°Cで保管。C |
| エッセンシャル 8 基礎中 (E8) | Gibco | A15169-01 | 4 °C で保管。C、サプリメントは-20または-80°で保存する必要があります。C |
| マトリゲル | BD | 354277 | -20 または -80 >C |
| 2x EasyTaq PCR SuperMix (+dye) | TransGen Biotech | AS111 | -20 °C;C |
| 細胞剥離液 | STEMGENT | 01-0006 | -20°Cで保存。C、単一細胞懸濁液 |
| DAPI | シグマ | D9542-1MG | 4または-20°で保存するための細胞剥離溶液としてのアキュターゼ;C |
| Anti-Nanog AF488 | BD | 560791 | 4 °で保存。C、免疫蛍光法に使用した一次抗体、使用時に1/100を希釈 |
| Anti-OCT4 | abcam | ab19857 | °Cで保存;C、免疫蛍光法に使用した一次抗体、 |
| AF488 ロバ抗マウスIgG | Invitrogen | A21202 | 4°Cで保存します。C、免疫蛍光法に使用した二次抗体、 PE |
| 抗ヒトTRA-1-60-R抗体 | Biolegend | 330610 | 4°Cで保存してください。C、フローサイトメトリーに使用される抗体 |
| eFluor 570-conjugated anti-SSEA4 | eBioscience | 41-8843 | 4 >C、フローサイトメトリーに使用される抗体 |
| アイソタイプ抗体 | eBioscience | 11-4011 | 4°Cで保存します。C、フローサイトメトリーに使用される抗体 |
| アルカリホスファターゼ検出キット | SiDanSai | 1102-100 | 4°Cで保存。C |
| ゲノムDNA抽出キット | TIANGEN | DP304-02 | RTに保存 |
| トリパンブルー溶液 | Sigma | T8154 | RTに保存 |
| フローサイトメトリー セルアナライザー | BD | LSRII | |
| スピニングディスク共焦点顕微鏡(SDC) | PerkinElmer | UltraVIEW VOX | 共焦点イメージング |
| 用 ヌクレオフェクションデバイス | ロンザ | ・ヌクレオフェクター 2b | PB MNC |
| ImageQuant LAS-4010 | GE | 、AP染色のバルク写真を撮影 |
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