本稿では、ヒト胚性幹細胞(hESC)を、hESC分化中にアクチビンAおよびCHIR99021を確実なエンドドーム(DE)に継続的に補い、機能性肝細胞様細胞(HLC)に分化するための詳細なプロトコルを記述する。
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方法論記事
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本稿では、ヒト胚性幹細胞(hESC)を、hESC分化中にアクチビンAおよびCHIR99021を確実なエンドドーム(DE)に継続的に補い、機能性肝細胞様細胞(HLC)に分化するための詳細なプロトコルを記述する。
ヒト胚性幹細胞(hESC)由来の肝細胞様細胞(HLC)の潜在的な機能は、疾患のモデル化および薬物スクリーニング用途に大きな約束を果たしています。ここでは、機能性 Hfc に hESC を分化するための効率的で再現可能な方法を提供します。内胚葉系統の確立は、HLFc との差別化の重要なステップです。我々の方法により、hESC分化中のアクチビンAおよびCHIR99021を確実な内因(DE)に連続的に補い、続いて肝前駆細胞の生成、そして最後に完全に定義された試薬を用いた段階的な方法で典型的な肝細胞形態を有するHLCを補うことによって、主要なシグナル伝達経路を調節する。この方法によって生成されるhESC由来のHFCは、ステージ固有のマーカー(アルブミンを含む) HNF4α核受容体、及びタウロコール酸共輸送ポリペプチド(NTCP)と、成熟および機能的肝細胞(中毒性の緑染色、グリコーゲン保存、ヘマトキシリン-エオシン染色およびCYP3活性を含む)に関する特別な特徴を示し、肝疾患の研究におけるHLCベースの応用の開発のためのプラットフォームを提供することができる。
肝臓は、脱酸化、グリコーゲンの貯蔵、タンパク質の分泌と合成など、いくつかの役割を果たす高度に代謝性の高い器官である1。様々な病原体、薬物および遺伝は肝臓の病理学的変化を引き起こし、その機能に影響を及ぼす2,3.肝細胞は、肝臓の主要な機能単位として、人工肝支援システムおよび薬物毒性除去において重要な役割を果たす。しかし、原発性ヒト肝細胞の資源は、細胞ベースの治療だけでなく、肝臓病の研究において限られている。したがって、ヒト肝細胞の機能性を新たに開発することは、再生医療分野における重要な研究の方向性である。hESCが確立された1998年から、hESCは優れた分化能力(適切な環境で様々な組織に分化することができる)と高度な自己更新性のために研究者によって広く検討され、バイオ人工肝、肝細胞移植、さらには肝組織工学5に理想的なソース細胞を提供する。
現在、肝分化効率は、内胚葉6を充実させることにより大きく高めることができる。幹細胞の内胚葉への系統分化において、変容成長因子β(TGF-β)シグナル伝達およびWNTシグナル伝達経路のレベルは、内胚形成段階のノードにおける重要な因子である。高レベルのTGF-βおよびWNTシグナル伝達の活性化は、endoderm7,8の開発を促進することができる。アクチビンAは、TGF βスーパーファミリーに属するサイトカインである。従って、アクチビンAは、ヒト誘導多能性幹細胞(hiPSC)及びhESC9,10の内胚葉誘導に広く用いられている。GSK3はセリンスレオンニンプロテインキナーゼです。研究者は、GSK3βの特定の阻害剤であるCHIR99021が典型的なWNTシグナルを刺激し、特定の条件下で幹細胞分化を促進できることを発見し、CHIR99021がエンドドーム11、12、13に幹細胞分化を誘導する可能性があることを示唆している。
ここでは、hESCの機能的なHCへの分化を効果的に誘導するための効率的で再現可能な方法を報告します。アクチビンAおよびCHIR99021の順次添加により、約89.7±0.8%SOX17(DEマーカー)陽性細胞が産生された。さらに 体質化された細胞は、肝特異的マーカーを発現し、肝細胞様形態(ヘマトキシリン-エオシン染色(H&E)に基づく)およびインドシアニングリーン(ICG)の取り込み、グリコーゲン貯蔵およびCYP3活性の取り込みなどの機能を発揮した。この結果は、hESCがこの方法によって成熟した機能的なHlCに正常に分化され、肝疾患関連の研究と インビトロ 薬物スクリーニングの基礎を提供できることを示している。
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1. 幹細胞のメンテナンス
注: 以下に説明するセル維持プロトコルは、接着単層で維持される hES03 細胞株に適用されます。この原稿の次のプロトコルすべてについて、細胞は生物学的安全キャビネットの下で扱われるべきである。
2. 幹細胞の通過と分化
3. DE形成
4. 肝前駆細胞の分化
5. 肝細胞分化
RNAの単離、cDNA合成およびRT-qPCR分析
7. 分化の免疫蛍光検証
8. ウェスタンブロット分析
9. インドシアニングリーンの取り込み
10. 周期酸シフ(PAS)染色およびヘマトキシリン-エオシン(H&E)染色
11. CYP活性のアッセイ
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hESCからのHLC誘導の概略図と各分化段階の代表的な明視野画像を図1に示す。ステージIでは、殺菌剤AおよびCHIR99021を3日間添加し、幹細胞を誘導して内胚細胞を形成した。ステージIIでは、内胚葉細胞を5日間分化培地で処理した後、肝前駆細胞に分化した。ステージIIIでは、HGFおよびOSMで10日後に初期肝細胞が成熟し、HCに分化していた(図1A)。分化の最終段階では、細胞は典型的な肝細胞表現型(細胞は多角形であり、均等かつ規則的に分布する)を示した(図1B)。
さらに肝分化を確認するために、RT-qPCR、免疫蛍光染色およびウェスタンブロッティングを用いて、内胚葉細胞、肝前駆細胞、および成熟肝細胞のマーカーを検出した(図2)。分化した細胞は、各段階で分化関連遺伝子やタンパク質の発現レベルが高いことを示し、 3日目の内胚葉マーカーSOX17...
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ここでは、hESCからHCSを誘導するステップワイズ方式を3段階で提示する。第1段階では、アクティビンAとCHIR99021を使用して、hESCをDEに区別しました。第2段階では、KO-DMEMおよびDMSOを用いて、DEを肝前駆細胞に分化した。第3段階では、HZMプラスHGF、OSMおよびヒドロコルチゾン21-半ミコミネートナトリウム塩を使用して、肝前駆細胞をHLCsに分化し続けた。
プロトコルを使用する際には、次の重要な手順を考慮する必要があります。細胞の初期分化密度と中程度の変化の正確なタイミングは、分化を成功させるための重要な要素です。分化し始めると、細胞が互いに接触し始めたばかりの合流点30~40%で、細胞間空間が視野の下でネットワークに均等に配置されるように、初期シード密度が適切であることを確認する必要があります。分化の間、対応する分化培地は、特に各置換段階の第1段階および重要な瞬間において、細胞が胚発生のプロセスを模倣するモードおよびステージで分化することを確実にするために、指示された時間に正確に変更されなければならない。
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著者らは開示するものは何もない。
この研究は、中国国立自然科学財団(81870432第1、X.L.Z.への81570567)(81571994からP.N.S.)によって支えられました。中国広東省自然科学財団(2020A1515010054からP.N.S.)、李嘉誠大学財団(No.L1111 2008からP.N.S.へ。シャントゥ大学医科大学のスタンリー・リン教授に有益なアドバイスをいただき、ありがとうございました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 2-メルカプトエタノール | Σ M7522 | 肝臓前駆細胞分化用 | |
| 488 標識ヤギ IgG | zsgb-bio | ZF-0512 | IF用 2番目の抗体 |
| 488 ウサギIgGに対するヤギ | ZSGB-BIO | ZF-0516 | IF用 2番目の抗体 |
| Accutase | Stem Cell Technologies | 7920 | 細胞継代 |
| 用 アクチビンA | peproTech | 120-14E | 決定的な内胚葉形成のために |
| 抗アルブミン (ALB) | Sigma-Aldrich | A6684 | IFおよびWB用、一次抗体 |
| 抗ヒトOct4 | Abcam | Ab19587 | IF用、一次抗体 |
| 抗-&α;-フェトプロテイン(AFP) | Sigma-Aldrich | A8452 | IFおよびWB用、一次抗体 |
| 抗-SOX17 | アブカム | ab224637 | IFの場合、一次抗体 |
| 抗肝細胞核因子4α(HNF4α) | Sigma-Aldrich | SAB1412164 | IF用、一次抗体 |
| B-27 Supplement | Gibco | 17504-044 | 決定的内胚葉形成用 |
| BSA | Beyotime | ST023-200g | 細胞ブロッキング |
| 用 CHIR99021 | Sigma-Aldrich | SML1046 | 決定的内胚葉形成用 |
| DAPI | Beyotime | C1006 | 核染色用 |
| DEPC-water | Beyotime | R0021 | RNA溶解用 |
| DM3189 | MCE HY-12071 | 決定的な内胚葉形成用 | |
| DMEM/F12 | Gibco | 11320-033 | 細胞培養用 |
| DMSO | Sigma-Aldrich | D5879 | 肝臓前駆細胞分化用 |
| DPBS | Gibco | 14190-144 | 細胞培養用 |
| GlutaMAX | Gibco | 35050-061 | 肝臓前駆細胞分化用 |
| H&E染色キット | Beyotime | C0105S | For H&E染色肝 |
| 細胞増殖因子(HGF) | peproTech | 100-39 | 肝細胞分化用 |
| HepatoZYME-SFM (HZM) | Gibco | 17705-021 | 肝細胞分化用 |
| ヒドロコルチゾン-21-ヘミスコハク酸 | Sigma-Aldrich | H4881 | 肝細胞分化用 |
| インドシアニン | サンゴンバイオテック | A606326 | インドシアニン染色用 |
| ノックアウトDMEM | Gibco | 10829-018 | 肝臓前駆細胞分化用 |
| ノックアウトSRマルチ種 | Gibco | A31815-02 | 肝臓前駆細胞分化用 |
| マトリゲルhESC認定 | コーニング | 354277 | 細胞培養 |
| 用 MEM NeAA | Gibco | 11140-050 | 肝臓前駆細胞分化用 |
| mTesR 5Xサプリメント | 細胞技術 | 85852 | 細胞培養 |
| 用 mTesR 基礎中 | 幹細胞技術 | 85851 | 細胞培養用 |
| オンコスタチン (OSM) | peproTech | 300-10 | 肝細胞分化用 |
| P450 - CYP3A4 (ルシフェリン - PFBE) | Promega | V8901 | CYP450活性 |
| 用 PAS染色キット | Solarbio | G1281 | PAS染色用 |
| Pen/Strep | Gibco | 15140-122 | 細胞分化用 |
| ペルオキシダーゼ結合ヤギ 抗マウス IgG | ZSGB-BIO | ZB-2305 | WB用 2番目の抗体 |
| 一次抗体希釈バッファーウェスタンブロット | Beyotime | P0256 | 一次抗体希釈用 |
| ReverTraAce qPCR RTキット | 東洋紡 | FSQ-101 | cDNA合成用 |
| RNAiso Plus | TaKaRa | 9109 | RNA単離用 |
| RPMI 1640 | Gibco | 11875093 | 決定的な内胚葉形成用 |
| スキムミルク | サンゴンバイオテック | A600669 | 二次抗体調製用 |
| SYBRの緑のマスターの組合せ | RT-PCRの分析 | モフィッシャー科学 | A25742 |
| Torin2 | MCE | HY-13002 | 決定的な内胚葉の形成のための |
| Tween | ΣSigma-Aldrich | WXBB7485V | 洗浄緩衝液の準備のため |
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