このプロトコルでは、96 well プレート形式でひと多能性幹細胞からの肝細胞様細胞を生成する半自動化されたアプローチについて説明します。このプロセスは、迅速かつコスト効率の高い、品質の生産保証基礎・応用研究の肝細胞のような細胞のバッチを許可します。
このプロトコルでは、96 well プレート形式でひと多能性幹細胞からの肝細胞様細胞を生成する半自動化されたアプローチについて説明します。このプロセスは、迅速かつコスト効率の高い、品質の生産保証基礎・応用研究の肝細胞のような細胞のバッチを許可します。
ひと多能性幹細胞は、人体組織の再生可能エネルギー源を表します。本研究では、ヒト胚性幹細胞 (hESCs) からひと肝組織の生成に焦点を当てたし、誘導多能性幹細胞 (Ips)。現在の差別化の手順は、ひと肝細胞様細胞 (HLCs) 胎児および大人の特性の混合物を表示するを生成します。細胞表現型を改善するために完全に定義しました私たちの分化の手順と細胞ニッチ表示改善された遺伝子発現と機能細胞の生成に終っています。一方、これらの研究は、進行状況をマーク、マルチ プレートのスクリーニングのための大量を生成する能力は労働集約的なプロシージャとバッチ変化されています。この問題に取り組むため、我々 は HLCs。 幹細胞播種に多能性幹細胞を分化する半自動化されたプラットフォームを開発しているし、分化は、96 ウェル プレート形式の液体処理と自動ピペッティング システムを使用して行われました。次の分化、細胞表現型を自動顕微鏡とマルチもルミノを使用して行った。
ひと肝細胞 (PHHs) は、肝の生物医学研究のための現在の標準を表します。彼らの利点にもかかわらず、PHHs は不安定な表現型1成熟肝細胞の限られたソースを表しています。ヒト胚性幹細胞 (Esc)、ひと誘導多能性幹細胞 (iPSC) は肝2,34,を含む人間のティッシュの再生可能エネルギー源を有望な医学研究の強力なリソースとして提案されています。.現在の肝細胞分化プロシージャ肝細胞マーカー、遺伝子、PHHs3,4,5,6,7に類似した機能を発現する細胞を生成します。 8,9,10,11。最近では、定義された材料と組換え laminins など行列の使用は、改良された細胞表現型と実験的再現性5,12,13,14。
従来の細胞培養の技術は、時間がかかり、エラーを起こしやすいです、手動ピペッティングに重く頼る。これは、アッセイおよび 1 つを扱うことができますプレート形式のスループットを制限します。まで、HLCs の生成を記述する研究のほとんどが労働集約的な性質で、サイズ15,16,17したがって小規模となっています。
最近の液体ハンドリング、ピペッティング システム研究所分析器、自動顕微鏡との組み合わせで可能となって人間の介入のための要件を最小限に抑えるための手順を開発します。これらの技術の利点を撮影し基本的な人間の肝臓組織を大量に生成する半自動化された分化システムを開発し、応用医学研究。このアプローチは、人間の ESC と iPSC 行セル行に応じて、必要な若干の調整を実行できます。高の内容分析とこのシステムを組み合わせて、我々 は足 HLC フェノタイピングより時間がかかり、スケール18,19,20,21で実行ことを示します。
要約すると、細胞培養の技術が記載のオートメーションは信頼性、実験時間管理、測定スループットの改善につながっています。
1. ひと多能性幹細胞 (hPSCs) に 96 もプレートの肝細胞分化の播種
注: 試薬、このプロトコルで使用する機器は、表 1に記載されています。この実験で使用されるメディアは、生殖不能および細胞培養のため室温でにある必要があります。特に指定しない限り、プロトコルのこの部分に記載されているすべての試薬/ソリューション ボリュームは 96 ウェル プレートの単一の井戸に基づいています。
2. 96 プレートで組換え Laminins の肝細胞様細胞に hPSCs を区別します。
3. 肝細胞様の細胞組換え Laminins の区別
4. 高スループット免疫細胞化学、画像集録
細胞の分化は萌芽期の幹細胞ライン (H9) を用いて行った。半自動化されたプラットフォームは、差別化し、細胞 (図 1 a) の特徴に慣れていた。自動液体ハンドリング ディスペンサーは、行列をコートで単一のセルをシードに使用されました。細胞の分化は、細胞に達すると 40% の confluency (0 日) に開始されました。媒体および媒体追加 (図 1 a) の液体ハンドリング ディスペンサーを削除するハンドヘルド電子チャネルの自動ピペット システムを使用してメディアの変更を行った。細胞の固定・染色を自動皿洗浄機との組み合わせで自動液体ハンドリング ディスペンサーを使用して行った。コロンバス ソフトウェア高コンテンツ イメージング システムを用いたイメージングと定量を行った。確立されたアッセイを用いたシトクロム P450 活性を測定しました。基板培養、細胞培養上清が収穫され、発光記録マルチモード マイクロ プレート リーダー (図 1 a) を使用しています。さらに、従来の位相差顕微鏡は、肝細胞の分化 (図 1 b) に細胞の形態の変化を測定する使用されました。
日 18 日 (図 2 a) を汚す DAPI 以下ウェル間の細胞数の変動を調べた。7 つのフィールドの表示は、井戸と核の定量化 (図 2 a) 数ごと捕獲されました。我々 は井戸 41,662 ± 3 の平均とよく (図 2 b) あたり 366 細胞間の統計的な差異を検出されません。
18 日に HLCs が固定し、典型的な肝細胞マーカー (図 3A G) 染色 CYP P450 活性をテストします。HLCs 表現 HNF4α など肝細胞マーカー (89.2% ± 2 陽性細胞) ALB (92.8% ± 6 陽性細胞)、AFP (61.8% ± 2 陽性細胞)。HLCs も CYP P450 タンパク質、CYP2D6、CYP3A4 の発現し、E-カドヘリン蛋白質の発現によって示すように多角形に独自の外観を表示します。18 日 HLCs CYP P450 活性を測定しました。HLCs は、295,906 ± 45、828 RLU/mL/mg タンパク質と 1,066,112 ±177、416 RLU/mL/mg タンパク質 (図 3 H) で CYP3A で CYP1A2 活性を示した。

図 1: 96 で Psc からの肝細胞分化もフォーマットします。細胞分化の半自動化、固定、染色・ イメージングと運動機能に使用される装置の(A) します。ダイアグラムです。(B).代表は足 HLC 分化細胞形態の変化します。簡単に言えば、Psc は決定的な内胚葉、石畳のような形態を表示する細胞と肝細胞成熟前の特徴細胞多角形を取得を hepatoblast 仕様に続いてに向けて準備万端します。スケールバー = 100 μ m.この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

図 2: HLCs 井戸-井戸変動の評価。(A)表現、96 ウェル プレート HLCs DAPI 染色のビュー。スケール バー = 1 ミリメートル。 (B)ウェルあたりのセル数の定量化。列 (上) とも、コロンバスのソフトウェアを使用して定量化されたあたりの 7 つのフィールドから行 (下) の井戸あたりのセル数の平均です。板全体平均セル数は 41,662 ± 3,366 SEM 細胞/ウェルです。井戸間に統計的有意差は認められなかった。テューキー事後検定と一方向の分散分析を用いて.この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

図 3: 肝細胞マーカーの発現と 18 日 HLCs CYP P450 活性測定。(A)肝細胞核因子 4 α の割合(HNF4α) 式 ± SEM 30 井戸井戸あたり 10 フィールドのビューに基づいています。(B) SEM、+/-アルブミン (ALB) 式の割合は、ウェルあたり 10 のフィールドの表示と 3 つの井戸に基づいています。(C) SEM ± α フェトプロテイン (AFP) の割合は、ウェルあたり 10 のフィールドの表示と 3 つの井戸に基づいています。(D) E-カドヘリンの汚損。(E) CYP2D6 の汚損。(F) CYP3A4 の汚損。(G). 免疫グロブリン G (IgG) コントロールを染色します。スケールバー = 50 μ m (H) CYP 1 a 2 と 3 a 代謝内 P450 活性 HLCs 18 日目。6 生物複製 SEM. 活動 +/-が表すデータは蛋白 1 mg 当たりの相対的なライト ユニット (RLUs)/mL として引用されます。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
私たちの半自動の手順は効率、信頼性と経済性、規模 (図 1) で HLCs の生産を許可します。このプラットフォームのセル ベースのスクリーニング (図 2) の適切なアプローチを行う、プレートの井戸間に細胞数の面で有意差がなかった。さらに、半自動化ワークフローは手動プロセス5,12を使用する前にできなかった、一度にプレートの数が多いを生成するユーザーをできます。
重要なは、自動化プロセスは HNF4α を発現する細胞の大半との分化収量に影響しなかった (89.2% ± 2) および ALB (92.8% ± 6) (図 3)。HLCs は、CYP P450 酵素 CYP2D6、CYP3A4 の発現し、CYP1A2 と CYP3A 代謝活性以前報告された実験 (図 3)5に匹敵するが表示します。にもかかわらず、プロトコルの標準化、分化前のセル密度は純粋な足 HLC 分化にとって重要です。したがって、井戸に良い細胞分布を確保は、重要な考察 (図 1) です。これは依存のセルラインをあると証明した、従って細胞の播種と密度の最適化は各セル行前にスケール アップに必要です。
現在の形態でこのプラットフォームは適していません HLCs の臨床応用のための大量生産に、これは最も可能性の高いセル工場とバイオリアクターを使用して達成します。ただし、疾患モデリング、薬剤のスクリーニングおよび/または薬物の研究を転用のためひと肝細胞の急速な生成のため開発された方法論が許可されます。また、アッセイは、解明の多重データセットの生成を許可する多重化、影響を受けやすいです。今後は、我々 はまたこの技術が 3 D 分化など足 HLC 表現型生体外で改善するためのプラットフォームとしてシステムの in vitro複雑に適用することと考えています。
結論としては、考えています私たちの単純な半自動システムを実験のスループットを増加し、実験的な変化を減らす人間の生理への外挿と生物学的データセットの品質が向上します。
教授デビッド C. Hay は共同創設者兼 Stemnovate 限定のディレクターです。
教授デビッド c. ヘイ HigherSteaks 限定のディレクターであります。
この作品は、主任科学者のオフィス (TCS/16/37) と MRC 博士奨学金からの賞でサポートされていました。
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 405 LSワ | ッシャーBiotek | ||
| B27サプリメント | ライフテクノロジー | ズ12587-010 | |
| ベータメルカプトエタノール | ライフテクノロジー | ズ31350 | |
| ウシ血清アルブミン | シグマアルブリッチ | A2058 | |
| DMSO | シグマアルドリッチ | D5879 | |
| DPBSカルシウムとマグネシウム | モフィッシャー | ||
| 穏やかな細胞解離試薬 | STEMCELL Technologies | 7174 | |
| GlutaMax | Life Technologies | 35050 | |
| VIAFLO 96 | Integra | 6434 | |
| HepatoZYME-SFM | Life Technologies | 17705021 | |
| Human Activin A | Peprotech | 120-14E | |
| ヒト肝細胞成長因子 | Peprotech | 100-39 | |
| ヒト オンコスタチン M | Peprotech | 300-10 | |
| ヒト組換えラミニン 521 | BioLamina | LN521-02 | |
| ヒドロコルチゾン 21-ヘミスコハク酸ナトリウム塩 | Sigma-Aldrich | H4881 | |
| ノックアウト DMEM | ライフ テクノロジー | ズ 10829 | |
| ノックアウト血清補充 | ライフテクノロジー | 10828 | |
| mTeSR1 培地 | STEMCELL テクノロジー | ズ 5850 | |
| MultidropCombi 試薬ディスペンサー | サーモフィッシャー | 5840300 | |
| 非必須アミノ酸 | ライフテクノロジー | 11140 | |
| オペレッタ ハイコンテントイメージングシステム | パーキンエルマー | HH12000000 | |
| ペニシリン-ストレプトマイシン (10,000 U/mL) | Life Technologies | 15140122 | |
| Recombinant mouse Wnt3a | R&D Systems | 1324-WN-500/CF | |
| Rho関連キナーゼ(ROCK)阻害剤 Y27632 | Sigma-Aldrich | Y0503-1MG | |
| RPMI 1640 | Life Technologies | 21875 | |
| Standard tube 分注カセット | ThermoFisher | 24072670 | |
| TWEEN 20 | Sigma-Aldrich | P9416 | |
| VIAFLO 96 電子式 96 チャンネルピペット | Integra | 6001 | |
| PBS、カルシウム、マグネシウム不使用 | ThermoFisher | 14190250 | |
| ホルムアルデヒド溶液 4%、緩衝液、pH 6.9 | Sigma-Aldrich | 1.00496 EMD MILLIPORE | |
| P450-Glo CYP3A4 Assay and Screening System | Promega | V8801 | |
| P450-Glo CYP1A2 Assay and Screening System | Promega | V8771 | |
| DAPI | Invitrogen | D1306 | |
| Antibodies | |||
| Albumin | Sigma-Aldrich | A6684 | 1:200 (マウス) |
| Alpha-fetoprotein | Abcam | ab3980 | 1:500 (マウス) |
| CYP2D6 | ダンディー大学 | ディー大学 | 1:200 (羊) |
| CYP3A4 | ダンディー大学 | ディー大学 | 1:200 (羊) |
| HNF-4α | Santa Cruz | sc-8987 | 1:400 (rabbit) |
| E-cadherin | Abcam | ab76055 | 1:200 (mouse) |
| IgG | DAKO | 1:400 | |
| Anti-Mouse 488 (secondary antibody) | Life technologies | A-11001 | 1:400 |
| Anti-sheep 488 (secondary antibody) | Life technologies | A-11015 | 1:400 |
| Anti-rabbit 488 (secondary antibody) | ライフテクノロジー | ズA-11008 | 1:400 |