このプロトコルは、ヒト臍帯血(CB)骨髄前駆細胞の従来のヒト人工多能性幹細胞(hiPSC)への異種フリー(XF)、フィーダーフリー(FF)、エピソームリプログラミングのための化学的に定義された方法の概要を示しています。これらのXF/FF CB-hiPSC(XF-hiPSC)は、増強分化と種間キメラポテンシャルを持つ割球様タンキラーゼ/PARP1阻害剤調節ナイーブ幹細胞(TIRN-SC)に効率的に戻すことができます。
方法論記事
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このプロトコルは、ヒト臍帯血(CB)骨髄前駆細胞の従来のヒト人工多能性幹細胞(hiPSC)への異種フリー(XF)、フィーダーフリー(FF)、エピソームリプログラミングのための化学的に定義された方法の概要を示しています。これらのXF/FF CB-hiPSC(XF-hiPSC)は、増強分化と種間キメラポテンシャルを持つ割球様タンキラーゼ/PARP1阻害剤調節ナイーブ幹細胞(TIRN-SC)に効率的に戻すことができます。
ヒト臍帯血(CB)骨髄前駆細胞を忠実度の高いヒト人工多能性幹細胞(hiPSC)状態に再プログラミングすることは、非統合エピソームベクターと間質シグナルを使用して達成できます。これらの従来のプライミングされたCB-hiPS細胞株は、その後、機能的全能性を備えた割球様タンキラーゼ/PARP阻害剤調節ナイーブ幹細胞(TIRN-SC)状態に高効率で化学的に戻すことができます。PARP 調節 TIRN-SC は、高いエピジェネティックな可塑性、安定したエピゲノム インプリントを備えたヒト幹細胞であり、従来の系統プライミング hiPSC よりも優れた分化効力を持っています。ここでは、CD34+ CD33+ CB骨髄前駆細胞を従来のXF/FF hiPSCに効率的に間葉系間質活性化エピソームリプログラミングするために、最適化されたXF/FF法を概説します。TIRN 復帰は、XF/FF の従来の hiPSC を再現性よく増強し、系統プライミング遺伝子発現が減少した切断期のヒト胚細胞の転写、エピジェネティック、および機能的特徴を採用しました。TINNで逆転したCB由来のXF-hiPSCは、遺伝的に独立した背景の幅広いレパートリーにわたって、指向性多系統分化(血液血管系統を含む)に顕著な改善を示すことを検証しました。これらの方法は、臨床グレードのHLA定義の「ユニバーサル」ドナーTIRN-SC(UTIRN-SC)バンク用のcGMP準拠のTIRN-SCラインを生成するための最初のステップとして機能します。CD34+ CD33+ CB 前駆細胞からの分化の多様性が向上した UTIRN-SC 系統の誘導は、再生医療に大きな影響を与える可能性があります。たとえば、UTIRN-SCは、包括的な多系統の「既製」細胞療法のために、HLAが定義され、凍結保存された心臓、血管、および神経ドナー前駆細胞の組織バンクを生成できます。
ヒト人工多能性幹細胞(hiPSC)は、個別化された細胞療法に有望な機会を提供しますが、その臨床応用は、腫瘍原性、免疫原性、表現型および機能的不均一性1などの大きな課題に直面しており、安全性、有効性、費用対効果に影響を与えています。さらに、従来のプライミングされたhiPS細胞株に由来する系統コミットメント前駆細胞は、非常に変動する系統間分化効率2で生成され、限られたin vivo生着と機能を示します。しかしながら、このような制限は、最適化されたリプログラミング方法3または代替幹細胞状態4,5を用いて克服することができる。
皮膚細胞または血液体細胞のhiPS細胞への非ウイルス性エピソーム再プログラミング効率は低い(~0.01%-2%)が6、CB前駆細胞の高度に最適化された4因子リプログラミングを達成でき、間葉系間質幹前駆細胞(MSC)活性化共培養条件で最大50%のバルク効率に達する可能性があります7。このシステムでは、CB骨髄前駆細胞の細胞リプログラミングは、可溶性および接触依存性間質シグナルによって加速されました。間質プライミング (SP) エピソーム CB 由来 hiPSC 系統は、従来の線維芽細胞由来 hiPSC よりも高い効率で血管前駆細胞 (VP) に分化しました 3,5。SP-CB-iPS細胞由来VPは、より本物の胚性VP転写同一性、老化の低下、およびDNA損傷に対する感受性を示しました3,4。SP-CB-iPS細胞由来のVPは、網膜虚血再灌流損傷した成体免疫不全マウスの硝子体への全身または直接移植後、従来のhiPS細胞由来VPよりも堅牢なin vivo生着も示しました3,4。
Zimmerlinらは、プライミングされた従来のヒト多能性幹細胞を、多系統分化能が改善されたTIRN-SC状態に移行する2段階の化学的再プログラミングシステム(「LIF-5i -> LIF-3i」)を確立しました5。分化したTIRN-SC由来の血管前駆細胞は、虚血性網膜の深部神経層への移動および再血管形成能力の向上によって示されるように、より高い機能性、より高いゲノム安定性、および優れたin vivo生着を示しました4。TIRN-SCは、種間キメラアッセイ8で高い寄与をする機能的なハイブリッド割球様状態を取得するために、プロテオゲノムリプログラミングを受けました。TIRN-SCはDNMT1発現を維持し、CpGメチル化ゲノム刷り込み領域の侵食から保護されました。興味深いことに、SP-CB-hiPSCは、代替の効率の低い方法を介して誘導されたhiPS細胞よりも効率的にTIRN-SCに戻されました5,9。
したがって、TIRN-SCは、改善された多系統分化能力と効率的なキメラ寄与を備えた代替幹細胞状態です。のさらなる最適化
定義されたcGMP準拠の培養条件でのTIRN-SCリプログラミングは、治療のための機能的で生着可能な細胞型および組織の幅広い生成を容易にします。費用対効果の高い治療用前駆細胞のニーズに対処するために、これらの方法を適用して、HLA 定義の CD34+ 造血 CB または末梢血前駆細胞を使用して、「ユニバーサル ドナー」TIRN-SC (UTIRN-SC) の cGMP グレード バンクを生成できます。HLA 定義の UTIRN-SC 由来前駆細胞は、複雑な組織の即時の多系統再生を必要とする多数の患者のニーズに応えることができます。
臨床骨髄移植 (BMT) のために開発されたパラダイムは、部分的に HLA が一致した、または国のドナー登録からの HLA-ハプロ同一造血幹細胞からの UTIRN-SC バンクの開発を導く可能性があります。米国を含む18か国の上位10のハプロタイプを合わせた予測的グローバル計算分析により、そのようなhiPS細胞「ハプロバンク」10からの平均患者カバレッジは68.4%になります。定義されたUTIRN-SCバンクは、系統にコミットされた前駆細胞を提供するだけでなく、家畜(ブタなど)内の種間胚盤胞相補システムの治療的TIRN-SCアプリケーションを全臓器生成11,12にサポートし、幅広い遺伝的多様性を持つ集団(米国など)における移植片拒絶反応を減少させるための寛容誘導造血前駆細胞の生成を含む。
TINN対応XF/FF hiPSC株を生成するためのこの修正された再プログラミングプロトコルは、将来のcGMP準拠のUTIRN-SCバンクを開発するための第一歩です。このプロトコルは、従来のXF-hiPS細胞株へのヒトCB骨髄前駆細胞の段階的な間質プライミングリプログラミングと機能検証の概要を示しています。これらのXF-hiPS細胞は、非XF法と同様の効率でTIRN-SCへの容易な復帰を示し、7、(同種遺伝子プライミングXF-hiPS細胞と比較して)整形の系統バイアス低減奇形腫を産生する能力の向上を含む、無制限の機能的多能性を達成しました4,5,9。また、TINNで逆転したXF-hiPSCが血液血管系統への改善された堅牢な直接分化を検証するプロトコルの概要も示します。
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すべてのリプログラミング実験は、全米科学アカデミーおよび国際幹細胞研究学会(ISSCR)が発行したガイドラインに準拠していました。hiPSC の生成については、ドナー細胞採取プロトコルとドナーのインフォームド コンセントが、ジョンズ ホプキンス大学 (JHU) の治験審査委員会 (IRB) の監督によって承認されました。すべての実験は、JHU 機関幹細胞研究監視 (ISCRO) の管轄下で実施され、インフォームド コンセントと出所評価に関する機関の基準に準拠しています。さらに、すべての動物の使用および外科的処置は、JHU Institute of Animal Care and Use Committee (IACUC) によって承認されたプロトコルに従って行われました。動物処置を含むすべての実験(例: NODの皮下/筋肉内注射。奇形腫分析およびICR偽妊娠マウスへの胚盤胞移植のためのCg-Prkdcscid IL2rgtm1Wjl / SzJ(NOG SCID)マウス(Jackson Labs、Bar Harbor、ME))は、JHU IACUCによってレビューされ、承認されました。これらのレビューには、倫理的犠牲、人道的な住居、動物の不快感を最小限に抑えるための適切な措置に関する考慮事項が含まれていました。
1. フィーダーフリーの異種フリーhiPS細胞エピソームリプログラミング
2. 定期的なhiPS細胞培養と維持
3. XF-hiPScクローンの表現型検証
4. XF-hiPScクローンの凍結保存と解凍
5. XF-hiPScのゼノフリー血血管分化
6. XF-hiPSCの機能検証のための実験計画ガイドライン
7. XF-hiPSCの化学的TINN適応
8. XF/FF hiPSC由来のTIRN-SCの指向性分化のための実験計画ガイドライン。
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このプロトコルは、エピソームベクターおよび間質シグナルを使用して、高忠実度プライミング多能性状態への効率的な骨髄前駆細胞再プログラミングのための公開された方法を最適化します7。このプロトコル(図1)は、ヒトCB CD34+ 前駆細胞のXF-hiPSCへのXF/FF間質プライミングエピソームリプログラミングのための定義された方法を概説し、指向性血液血管仕様 を介して それらの機能を検証する方法を指示し、その後、LIF-3i/MEF条件で割球様TIRN幹細胞にTINNを復帰させます。
この最適化されたプロトコルを使用して、hiPSCコロニーは高頻度(>7%)で2〜3週間で出現しました(図2A、B)。他の統合フリーのリプログラミング法6 (仙台ウイルス、mRNAトランスフェクションなど)と比較して...
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ザンビディスグループは当初、精製されたエピソーム発現細胞で最大50%に達するバルク効率で、系統にコミットしたCB骨髄前駆細胞をCB-hiPScに再プログラミングするための高度に最適化された4因子エピソーム法を報告しました7。本稿では、XF/FF間質プライミング条件における元のヒトCB前駆細胞エピソーム再プログラミングプロトコルの修正版を提示した。この方法は、系統にコミットされたCD33 + CD45 + CD34- 骨髄細胞の拡張リプログラミング能力を採用し、可溶性および接触依存性間葉系間質細胞シグナルへの曝露後に迅速かつほぼ完全な非統合リプログラミングを達成しました。
再生アプローチのための従来のhiPS細胞株の使用は、分化効率の変動が非常に大きく、下流の前駆細胞のin vivo機能が低いことによって妨げられています。従来のhiPS細胞の機能的多能性に影響を与える重要な変数の1つは、...
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宣言する開示はありません。
この研究は、NIH/NEI (R01EY032113;ETZ)、メリーランド幹細胞研究基金 (2023-MSCRFV-5995、2024-MSCRFV-6248、2025-MSCRFV-0005、2025-R2-MSCRFV-0004 (ETZ)、およびリサ・ディーン・モーズリー財団 (ETZ)。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| アマクサ・バイオシステムズ・ヌクレオフェクターII | ロンザ | AAB-1001型 | |
| 抗CD143(BB9)抗体、APC結合 | BDバイオサイエンス | 557929 | 10-20 & micro を使用します。アッセイあたりの L (FACS) |
| 抗CD144抗体、PE結合 | BDバイオサイエンス | 560410 | 10-20 & micro を使用します。アッセイあたりの L (FACS) |
| 抗CD146抗体、PE結合 | BDバイオサイエンス | 550315 | 10-20 & micro を使用します。アッセイあたりの L (FACS) |
| 抗CD184/CXCR4抗体、APC結合 | BDバイオサイエンス | 555976 | 10-20 & micro を使用します。アッセイあたりの L (FACS) |
| 抗CD31抗体 | BDバイオサイエンス | 550389 | 免疫蛍光アッセイ用のブロッキング溶液で1:100に希釈します。 |
| 抗CD31抗体、APC結合 | eバイオサイエンス | 17-0319-42 | 2 & micro を使用します。アッセイあたりの L (FACS) |
| 抗CD34抗体、APC結合 | BDバイオサイエンス | 555824 | 5 & micro を使用します。アッセイあたりの L (FACS) |
| 抗CD45抗体、PE結合 | BDバイオサイエンス | 555483 | 10-20 & micro を使用します。アッセイあたりの L (FACS) |
| 抗NANOG抗体, PE結合 | BDバイオサイエンス | 560483 | 10-20 & micro を使用します。アッセイあたりの L (FACS) |
| 抗OCT4抗体、PE結合 | R&Dシステム | IC1759P | 10 & micro を使用します。アッセイあたりの L (FACS) |
| 抗SOX17抗体、Alexa488結合 | BDバイオサイエンス | 562205 | 5 & micro を使用します。アッセイあたりの L (FACS) |
| 抗SOX2抗体, PE結合 | R&Dシステム | IC2018P | 10 & micro を使用します。アッセイあたりの L (FACS) |
| 抗SSEA-4抗体、APC結合 | R&Dシステム | FAB1435A | 5 & micro を使用します。アッセイあたりの L (FACS) |
| 抗SSEA-4 GloLIVE抗体、NL493 標識型 | R&Dシステム | NLLC1435G | 1:50希釈で使用(生免疫染色および固定免疫染色) |
| 抗TRA-1-60 A488共役キット | サーモフィッシャーサイエンティフィック | A25618 | |
| 抗TRA1-60抗体、PE結合 | BDバイオサイエンス | 560193 | 10 & micro を使用します。アッセイあたりの L (FACS) |
| 抗TRA-1-60 GloLIVE抗体、NL557抱合型 | R&Dシステム | NLLC4770R | at を使用します。1:50希釈(生免疫染色および固定免疫染色) |
| 抗TRA-1-60 StainAlive抗体、DyLight 488 標識型 | ステムジェント | 09-0068 | 1:100希釈で使用(生免疫染色および固定免疫染色) |
| 抗TRA1-81抗体、PE結合 | BDバイオサイエンス | 560161 | 10 & micro を使用します。アッセイあたりの L (FACS) |
| 抗TRA-1-81 StainAlive抗体、DyLight 488 標識型 | ステムジェント | 09-0069 | 1:100希釈で使用(生免疫染色および固定免疫染色) |
| CD31 MicroBead Kit, ヒト | ミルテニー・バイオテック | 130-091-935 | |
| CD34 MicroBead Kit, ヒト | ミルテニー・バイオテック | 130-046-702 | |
| CD34+ 混合ドナー、 臍帯血、100万個の細胞 | すべてのセル | CB, CR, CD34+, ミックス, PS, CS10, 1M | 代替の細胞源には、胎児の肝臓、成人の骨髄、動員された末梢血が含まれます |
| CF1マウス | チャールズ川 | 023 | |
| CHIR99021 | R&Dシステム | L5283 | DMSOで100 mMで再構成 |
| Corning Costar組織培養処理6ウェルプレート | コーニング | 3506 | |
| Corning Synthemax II-SC 基質、10 mg バイアル | コーニング | 3535 | 5 & mu で使用します。Corning 3978の代替品としてg/cm2 |
| Corning Synthemax-R 6ウェルプレート | コーニング | 3978 | 廃止され、3535に置き換えられました |
| Costar 6ウェルクリアフラットボトム超低アタッチメント6ウェルプレート | コーニング | 3471 | |
| 伯爵夫人 細胞計数チャンバースライド | サーモフィッシャーサイエンティフィック | C10228 | |
| Countess自動セルカウンター | サーモフィッシャーサイエンティフィック | AMQAX1000 | |
| クライオストア CS10 | 幹細胞技術 | 100-1061 | |
| DII-AC-LDL | サーモフィッシャーサイエンティフィック | L3484 | 5-15 & microで使用します。グラム/ミリットル |
| DMEM(ダルベッコの修飾イーグル培地) | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 11995065 | |
| DMEM/F-12、グルタMAXサプリメント | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 10565018 | |
| DMEM/F-12、HEPES | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 11330032 | |
| DMSO(ジメチルスルホキシド) | シグマ・アルドリッチ | D2650型 | |
| DR4 マウス | ジャクソン研究所 | 3208 | |
| エッセンシャル8(E8)培地 | 幹細胞技術 | 5940 | |
| ウシ胎児血清(FBS) | サーモフィッシャーサイエンティフィック | SH30071.03 | |
| 修正&PERM細胞透過処理キット | サーモフィッシャーサイエンティフィック | ガス004 | |
| フォルスコリン | ステムジェント | 04-0025 | DMSOで100 mMで再構成 |
| ゼラチン(ブタ) | シグマ・アルドリッチ | G1890-100G | 水に再懸濁し、オートクレーブで滅菌します |
| ヒトCD34+細胞ヌクレオフェクター キット | ロンザ | VPA-1003 | |
| アイソタイプマウスIgG1 PE結合 | BDバイオサイエンス | 554680 | |
| アイソタイプマウスIgG2a PE結合 | BDバイオサイエンス | 558595 | |
| アイソタイプラットIgG2b PE結合 | R&Dシステム | IC013P | |
| ノックアウト血清交換 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 10828-028 | |
| L-アスコルビン酸 | ミリポアシグマ | A8960 | |
| L-グルタミン (100X) | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 25030-081 | |
| LS 列 | ミルテニー・バイオテック | 130-042-401 | |
| マトリゲル | コーニング | 356237 | 200 & マイクロを使用します。48ウェルプレートのL/ウェル |
| MEM非必須アミノ酸(MEM NEAA)(100X) | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 11140-050 | |
| メソカルトSF H4436 | 幹細胞技術 | 04436 | |
| MidiMACSセパレータ | ミルテニー・バイオテック | 130-042-302 | |
| mTeSR1 培地 | 幹細胞技術 | 85850 | |
| Nalgene極低温バイアル | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 5000-0020 | |
| パラホルムアルデヒド溶液、PBS中4% | サーモフィッシャーサイエンティフィック | J19943です。K2 | PBSを使用して必要な濃度に希釈します |
| PD0325901 | シグマ・アルドリッチ | PZ0162 | DMSOで100 mMで再構成 |
| ペニシリン/ストレプトマイシン(10,000 U/mL) | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 15140-122 | |
| pEP4 E02S EM2Kエピソーム | アドジーン | 20923 | プラスミドはTOP10 E. で増殖しました。大腸菌(Invitrogen)を投与し、QIAGENプラスミドMaxiキットで精製しました。 |
| リン酸緩衝生理食塩水(PBS) | 生物産業 | 02-023-1A | |
| Poietics ヒト間葉系幹細胞 | ロンザ | PT-2501 | 2代の750,000セルは、使用前に1〜2代のメーカーの指示に従って解凍および拡張することができます。 |
| プルモルファミン | ステムジェント | 04-0009 | DMSOで10 mMで再構成 |
| 組換えアクチビンA | ペプロテック | 120-14E | AT&NBSPを一時停止します。(100 & マイクロ;g/mL)滅菌PBS、0.1%ヒトまたはウシ血清アルブミン |
| 組換えヒトFGF2 | ペプロテック | 100-18B | AT&NBSPを一時停止します。(100 & マイクロ;g/mL)滅菌PBS、0.1%ヒトまたはウシ血清アルブミン |
| 組換えヒトFGF-basic(bFGF) | ペプロテック | 100-18B | 100 & マイクロで再接続します。PBS中の0.1%ウシ血清/ヒトアルブミン中のg / mL |
| 組換えヒトFLT3リガンド | R&Dシステム | 308-FKHBまたは 308E-GMP型 | AT&NBSPを一時停止します。(100 & マイクロ;g/mL)滅菌PBS、0.1%ヒトまたはウシ血清アルブミン |
| 組換えヒトインスリン | バイオジェム | 10-365 | |
| 組換えヒトキットリガンド | R&Dシステム | BT-SCF または BT-SCF-GMP | AT&NBSPを一時停止します。(100 & マイクロ;g/mL)滅菌PBS、0.1%ヒトまたはウシ血清アルブミン |
| 組換えヒトLIF | ペプロテック | 300-05 | 100 & マイクロで再接続します。PBS中の0.1%ウシ/ヒト血清アルブミン中のg / mL |
| 組換えヒトTGF&β;1 | ペプロテック | 100-21 | 100 & マイクロで再接続します。PBS中の0.1%ウシ/ヒト血清アルブミン中のg / mL |
| 組換えヒトトロンボポエチン  | R&Dシステム | 288-TPNまたは288E-GMP | AT&NBSPを一時停止します。(100 & マイクロ;g/mL)滅菌PBS、0.1%ヒトまたはウシ血清アルブミン |
| 組換えヒトトランスフェリン | ミリポアシグマ | T3705 | |
| 共生ヒトBMP4 | ペプロテック | 120-05 | AT&NBSPを一時停止します。(100 & マイクロ;g/mL)滅菌PBS、0.1%ヒトまたはウシ血清アルブミン |
| SB431543 | セレックケム | S1067 | DMSOで10 mMで再構成 |
| SIGMAFAST, アルカリホスファターゼ基質, 発色, 錠剤 | ミリポアシグマ | B5655 | 1錠を精製水10mLに溶かす |
| 亜セレン酸ナトリウム | ミリポアシグマ | S5261 | |
| 溶液中のステム分子 Y27632 | ステムジェント | 04-0012-02 | 溶液中のROCK阻害剤(10 mM) |
| StemPro Accutase 細胞解離試薬 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | A11105-01 | |
| ステムプロ MSC SFM ゼノフリー (XF-MSC) | サーモフィッシャーサイエンティフィック | A1067501 | 5 mL StemPro MSC SFM XenoFree Supplement と 500 mL StemPro MSC SFM 基礎培地を混合して、XF-MSC 培地を調製します。分注された培地は、-20°Cで凍結保存できます。 |
| ステムスパンSFEM | 幹細胞技術 | 9600 | |
| サーモサイエンティフィック ミスター フロスティ冷凍容器 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 5100-0001 | |
| Ulex Europaeus 凝集素 I (UEA-1)、バイオチニル化 | ベクター研究所 | B-1065-2 | 蛍光アッセイ用のブロッキング溶液で1:200に希釈します |
| ベジフ | ペプロテック | 100-20 | AT&NBSPを一時停止します。(100 & マイクロ;g/mL)滅菌PBS、0.1%ヒトまたはウシ血清アルブミン |
| Verseneソリューション | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 15040066 | |
| ビトロネクチンXFマトリックス | 幹細胞技術 | 7180 | 40&マイクロで希釈します。CellAdhere 希釈バッファー中の L/mL |
| XAV939 | シグマ・アルドリッチ | X3004 | DMSOで100 mMで再構成 |
| β-メルカプトエタノール | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 21985-023 | 感光性 |
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