多能性幹細胞に由来する肝細胞は、ミトコンドリアと活性化白血球細胞接着分子(ALCAM、CD166)染色の組み合わせを使用して、細胞選別によって精製できます。
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多能性幹細胞に由来する肝細胞は、ミトコンドリアと活性化白血球細胞接着分子(ALCAM、CD166)染色の組み合わせを使用して、細胞選別によって精製できます。
ヒト胚性幹細胞(ES)細胞や人工多能性幹細胞(iPS細胞)は、その無限の増殖性と多能性により、重篤な臓器の治療に応用できる可能性が期待されています。しかし、ヒトES/iPS細胞を100%純粋な標的細胞に分化させることは、環境に対する感度が高いため困難です。移植後の腫瘍形成は、汚染された細胞、増殖する細胞、未分化細胞によって引き起こされるため、再生医療を安全に実現するためには、高精製技術が不可欠です。腫瘍形成のリスクを軽減するために、ヒトiPS細胞由来肝細胞を対象とした高精製技術が開発されました。この方法は、高ミトコンドリア含有量と細胞表面マーカーALCAM(活性化白血球接着分子)を遺伝子組み換えなしで組み合わせたFACS(蛍光活性化細胞ソーティング)を採用しています。この方法を用いて精製された肝細胞の97%±0.38%(n = 5)は、アルブミンタンパク質の発現を示した。本稿では、ヒトiPS細胞の肝細胞への最新の二次元分化法に適用された、この方法の詳細な手順を提供することを目的としています。
胚性幹細胞と人工多能性幹細胞(ESおよびiPS細胞)は、再生治療の有望な細胞源と考えられています。しかし、これらの細胞を特定の標的細胞型に分化する効率は、同じ細胞株、プロトコール、および実験者1,2,3,4を使用する場合でも、異なる可能性があります。このばらつきは、ヒトES/iPS細胞の環境に対する感度が高いことに起因していると考えられます。そのため、純粋な標的細胞を安定して得ることは現状では困難です。安全性の高い再生医療を実現するためには、治療用細胞から増殖細胞や未分化幹細胞を排除することが重要であり、標的細胞の高度な精製技術が不可欠である5,6,7。
セルソーターは、個々の細胞を瞬時に解析し、蛍光シグナルの強度に基づいて目的の生細胞を選別する装置で、有望なソリューションを提供します。これは、細胞タイプ特異的な表面マーカーの抗体染色、または細胞タイプ特異的なレポーター遺伝子発現を利用することで達成できます。この技術を用いて、多能性幹細胞由来心筋細胞8,9,10および肝細胞11,12を精製する方法について、いくつかの報告があります。服部らは、セルソーターを用いた革新的なミトコンドリア精製法を開発した13。心筋細胞はミトコンドリアの活性を通じて高いエネルギー需要を持つという事実を利用して、生きたミトコンドリア指標色素TMRM(テトラメチルローダミンメチルエステル)で細胞を染色するために使用できます。これにより、さまざまな細胞タイプを含むヒトES細胞由来胚様体からFACSによる心筋細胞を標識し、高度に精製することができます。腫瘍原性の欠如は、精製された心筋細胞を用いた奇形腫形成アッセイによって確認されました。さらに、山下らは、ミトコンドリア活性が高くALCAM陽性発現を持つ画分を単離することにより、ヒトES細胞由来胚様体から肝細胞を精製する方法を思いがけず発見しました14。この方法の理論的根拠は、肝細胞は、栄養代謝および解毒のためのATPの大量消費のために、比較的多くのミトコンドリアも有しており15、肝細胞は免疫グロブリンスーパーファミリーのメンバーであるALCAMを発現し、これは細胞接着および移動16に役割を果たすというものである。
従来の多能性幹細胞由来肝細胞の高度に精製する方法は遺伝子改変が必要であり、非遺伝的精製法は効率が低かった17。ミトコンドリアの非遺伝的法は、高純度を達成するメリットがあります。肝前駆細胞が必要な場合、CD133およびCD13またはDlk1ベースの方法18,19を選択することができる。ゲノム編集技術の精度は向上していますが、予期せぬゲノム変化(発がんなど)の潜在的なリスクを完全に排除することはできません。ミトコンドリアの活性に基づく方法は、遺伝子組み換えを伴わず、そのようなリスクから解放されることができます。
新生児ラット心筋細胞における種々のミトコンドリア指標を調べた結果、TMRMは24時間以内に完全に消失することが観察されたが、他の色素は少なくとも5日間は残った13。さらに、TMRMおよびJC-1は、3-(4,5-ジメチル-チアゾール-2-イル)-2,5-ジフェニルテトラゾリウムブロマイド(MTT)アッセイで評価した場合、細胞生存率に影響を与えなかったが、他の色素は細胞生存率に対して異なる効果を示したことに注意することが重要です13。TMRMはより高い安全性を示します。
これまでに、3次元(3D)胚様体形成と比較して、より効率的な分化誘導方法として、いくつかの2次元(2D)分化法が開発されてきました。これは、段階的な分化誘導化合物またはサイトカインを、3D空間ではなく2D平面上の細胞に均一に投与できるためです。本研究では、先に報告された方法20 を改変し、ヒトiPS細胞由来肝細胞への分化を誘導した。ここでは、ヒトiPS細胞由来の肝細胞を最新の2次元分化・精製する手順について詳しく説明します。
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本研究では、市販のヒトiPS細胞(253G1系統)を使用しました( 材料表参照)。
1. ヒトiPS細胞のメンテナンス
2. 2D培養におけるヒトiPS細胞の肝臓分化
注:肝臓分化の毎日のスケジュールについては、 図1A を参照してください。.プロセス全体を通して、6ウェル培養プレートを使用し、指定された洗浄液または培地2 mLを各ウェルに加えます。細胞培養条件を湿度100%、CO25%、O20 %、37°Cで維持します。
3. ヒトiPS細胞由来肝細胞の精製のための細胞調製
4. ヒトiPS細胞由来肝細胞のFACS解析と選別
5. ヒトiPS細胞由来肝細胞の検出のための免疫細胞化学
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ヒトiPS細胞が2D培養によって肝細胞に分化する過程(図1A)と代表的な細胞特徴(図1B)の時系列を示します。分化12日目頃、細胞は肝細胞の特徴である多角形の細胞形状と丸い核を示し始めました。一部の肝細胞も多核形成を示しました。
FACS解析は、分化27日目に細胞を用いて行った。ALCAM+ 集団を同定するために、最初の抗ALCAM抗体がある場合とない場合の比較プロットをそれぞれ 図2D、Eに示します。2D培養による肝臓分化の誘導により、この実験では肝細胞の集団(P2)が10.1%であることが判明し、3D胚様体形成法で得られた0.8%(データは示さず)から大幅に増加しました。
選別したP1細胞とP2細胞をマイトマイシンCで処理したマウス胚性線維芽細胞で培養したところ、P2細胞は緻密な球状のコロニ...
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肝細胞は、栄養素の代謝と解毒におけるそれらの機能のために、他の細胞タイプと比較して比較的多くのミトコンドリアを持っています15。ALCAMは免疫グロブリンスーパーファミリーの一員であり、細胞の接着と遊走に役割を果たします。それは、肝臓細胞、上皮細胞、リンパ球細胞、骨髄細胞、線維芽細胞、およびニューロン細胞16を含む様々な細胞タイプで発現される。ミトコンドリアを用いた方法とALCAM抗体の組み合わせにより、ヒトiPS細胞由来肝細胞の同定に成功しました。
精製した肝細胞の分泌機能や酵素活性を特徴づけるアッセイは行わなかったが、精製したヒトiPS細胞由来肝細胞におけるCYP3A4遺伝子のmRNA発現を確認した。さらに、ヒトES細胞由来の胚様体から単離されたTMRM(高)およびALCAM(+)を有する肝細胞集団では、ES細胞由来心筋細胞と比較して、肝細胞関連遺伝子セット(VTN、 SERPINA1、 CYP1A1、 FGB、...
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著者は何も開示していません。
本研究は、文部科学省補助金番号[23390072]の支援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 |
|---|---|---|---|
| 253G1ヒトiPS細胞株 | 理化学研究所バイオリソース研究センター | HPS0002 | |
| 4%パラホルムアルデヒド | 富士フイルム和光純薬 | 163-20145 | |
| アクチビンA溶液 ヒト 組換えナ | カライテスク | 18585 | |
| 抗核抗体、クローン 235-1 | Chemicon | MAB1281 | ヒト核抗原 |
| に対する抗体 B-27 Supplement (50x)、無血清 | Thermo Fisher Scientific | 17504044 | |
| BD FACSAria III | BD Biosciences | Cell Sorter | |
| CHIR-99021 | MedChemExpress | HY-10182 | |
| シクロスポリンA | 富士フイルム和光純薬 | 035-18961 | |
| コラゲナーゼ | 富士フイルム和光純薬 | 034-22363 | |
| コーニング GFR(Matrigel Growth Factor Reduced) Basement Membrane Matrix | Corning | 354230 | ゲル状基底膜マトリックス |
| CultureSure Y-27632 | 富士フイルム和光純薬 | 036-24023 | ROCK阻害剤 |
| デキサメタゾン | 富士フイルム和光純薬 | 047-18863 | |
| ジメチルスルホキシド(DMSO) | フイルム和光純薬 | 047-29353 | |
| ロバ抗ヤギIgG(H+L)交差吸着二次抗体 Alexa Fluor 488 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | A-11055 | |
| ロバ抗マウスIgG(H+L) 高交差吸着二次抗体、Alexa Fluor 546 | Thermo Fisher Scientific | A10036 | |
| ロバ抗ウサギIgG(H+L) 高交差吸着二次抗体、Alexa Fluor 488 | Thermo Fisher Scientific | A-21206 | |
| Falcon 5 mL 丸底ポリスチレン試験管、セルストレーナー付き スナップキャップ | コーニング | 352235 | |
| ウシ胎児血清 | Biowest | 51820-500 | |
| GlutaMAX Supplement | Thermo Fisher Scientific | 35050061 | ジペプチド L-アラニル-L-グルタミン |
| ヒト/マウス/ラット/イヌ ALCAM/CD166 抗体 | R&D Systems | AF1172 | |
| ヒドロコルチゾン 21-ヘミスコハク酸ナトリウム塩 | Sigma-Aldrich | H2270 | |
| iMatrix-511 シルク | ニッピ | 892021 | |
| ImmunoBlock | KAC | CTKN001 | ブロッキング溶液 |
| ITS-G サプリメント(×100) | 富士フイルム和光純薬 | 090-06741 | |
| Leibovitz's L-15 Medium | 富士フイルム和光純薬 | 128-06075 | |
| N-ヘキサノイック-トライ-イル-(6)-アミノヘキサン酸アミド(ジヘキサ) | トロントリサーチケミカルズ | H293745 | |
| ポリクローナルウサギ 抗ヒトアルブミン | ダコ | A0001 | |
| ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート (Tween 20) | NACALAI TESQUE, INC. | 28353-85 | |
| RPMI-1640 | 富士フイルム和光純薬工業 | 189-02025 | |
| L-アスコルビン酸ナトリウム | ナカライ・テスク | 03422-32 | |
| StemFit AK02N | リプロセル | RCAK02N | |
| TBS (10個入り) | ナカライテスク | 12748-31 | |
| テトラメチルローダミン・メチルエステル(TMRM) | サーモフィッシャー・サイエンティフィ | T668 | |
| Triton X-100 | NACALAI TESQUE, INC. | 28229-25 | |
| トリパン ブルー ソリューション | ナカライ テスク | 20577-34 | |
| TRYPSIN 250 | Difco | 215240 | |
| トリプトースリン酸ブロス溶液 | Sigma-Aldrich | T8159 |
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