여기서는 화학적 후성유전학적 소거와 메카노센싱 관련 단서를 결합하여 유전자 형질감염이나 레트로바이러스 벡터가 필요 없이 포유동물 다능성 세포를 효율적으로 생성하는 방법을 제시한다. 따라서이 전략은 번역 의학에 유망하며 줄기 세포 오가노이드 기술의 주목할만한 발전을 나타냅니다.
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여기서는 화학적 후성유전학적 소거와 메카노센싱 관련 단서를 결합하여 유전자 형질감염이나 레트로바이러스 벡터가 필요 없이 포유동물 다능성 세포를 효율적으로 생성하는 방법을 제시한다. 따라서이 전략은 번역 의학에 유망하며 줄기 세포 오가노이드 기술의 주목할만한 발전을 나타냅니다.
세포 표현형은 다른 방법으로 역전되거나 변형될 수 있으며, 각 기술에 특정한 장점과 한계가 있다. 여기서 우리는 화학적 후성 유전 적 지우기와 메카노 센싱 관련 단서의 사용을 결합하여 포유류 다능성 세포를 생성하는 새로운 전략을 설명합니다. 두 가지 주요 단계가 필요합니다. 첫 번째 단계에서, 성숙한(말단 분화된) 세포는 후성유전학적 지우개 5-아자-시티딘에 노출되어 다능성 상태로 그들을 구동시킨다. 프로토콜의 이 부분은 세포 운명 및 분화를 조절하는 후성유전학적 메커니즘에 대한 이해의 증가에 기초하여 개발되었으며, 후성유전학적 개질제를 사용하여 세포 분화 상태를 지운 다음 일시적인 높은 가소성 창으로 구동하는 것을 포함한다.
두 번째 단계에서, 지워진 세포는 액체 대리석으로도 알려진 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 마이크로 생물반응기에 캡슐화되어 획득한 높은 소성을 연장하고 안정적으로 유지하기 위해 3D 세포 재배열을 촉진합니다. PTFE는 비 반응성 소수성 합성 화합물이며 그 사용은 전통적인 2D 배양 시스템에서 달성 될 수없는 세포 미세 환경의 생성을 허용합니다. 이 시스템은 바이오 메카노센싱 관련 단서에도 불구하고 다능성의 유지를 장려하고 강화합니다.
여기에 설명 된 기술 절차는 성인 체세포에서 높은 가소성 상태의 유도 및 유지를 허용하는 간단한 전략입니다. 이 프로토콜은 시험된 모든 포유동물 종에서 높은 가소성 세포의 유도를 허용하였다. 유전자 형질감염의 사용을 수반하지 않으며 바이러스 벡터가 없기 때문에, 번역 의학 응용을 위한 주목할 만한 기술적 진보를 나타낼 수 있다. 더욱이, 마이크로바이오리액터 시스템은 높은 가소성 세포, 즉 ESC, iPSCs, 후성유전학적으로 소거된 세포 및 MSCs의 장기 배양을 허용하는 특정 마이크로환경을 시험관내 재생성함으로써 줄기 세포 오가노이드 기술의 주목할만한 발전을 제공한다.
지난 수십 년 동안, 세포 투입 및 분화를 향한 단방향 진행에 대한 널리 받아 들여지는 개념이 완전히 개정되었습니다. 세포 사양을 되돌릴 수 있고, 말단으로 분화된 세포는 다른 방법을 사용하여 덜 헌신적이고 더 높은 허용 상태로 밀릴 수 있다는 것이 입증되었다.
제안 된 몇 가지 방법 중 가장 유망한 방법 중 하나는 세포를 소위 화학적으로 유도 된 다능성으로 유도하기 위해 화학 화합물을 사용하는 것입니다. 이 접근법에 사용 된 소분자는 성인 성숙 세포의 후성 유전 학적 서명과 상호 작용하고 수정할 수있어 트랜스제닉 및 / 또는 바이러스 벡터1,2,3,4,5,6,7,8,9,10의 필요성을 피할 수 있습니다. . 최근 수많은 연구에 따르면 하이퍼메틸화 유전자 11,12,13,14,15의 재활성화를 유도하는 특정 생화학적 및 생물학적 자극을 제공함으로써 세포를 한 표현형에서 다른 표현형으로 전환시킬 수 있음을 보여주었습니다. 이러한 탈메틸화 사건은 말단으로 분화된 세포를 원시적 선조, 다능성 또는 높은 가소성/다능성 세포 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10으로 전환시키는 것을 허용한다.
동시에, 많은 연구들이 최근 메카노센싱 관련 단서에 대한 이해, 더 구체적으로는 기계적 힘을 사용하여 세포 가소성 및/또는 분화에 직접적으로 영향을 미칠 가능성에 초점을 맞추고 있다16,17,18,19. 실제로, 세포외 기질 (ECM)이 세포 운명의 조절에 중요한 역할을한다는 것이 명확하게 입증되었습니다. 특히, ECM에 의해 생성된 생체역학적 및 생물물리학적 신호는 분자 메커니즘 및 신호전달 경로를 직접 조절하여 세포 거동 및 기능(20,21)에 영향을 미친다. 이러한 최근의 데이터는 생체 내 세포 미세 환경을보다 밀접하게 모방하고 세포 행동을 유도하는 기계적 및 물리적 자극을 복제하는 새로운 3D 배양 시스템의 개발로 향하는 길을 열었습니다.
여기서는 화학적 후성유전학적 지우기와 메카노센싱 관련 단서를 결합하여 포유류 다능성 세포를 생성하는 두 단계 프로토콜을 설명합니다. 첫 번째 단계에서, 세포는 탈메틸화 분자 5-아자-시티딘 (5-aza-CR)과 함께 인큐베이션된다. 이 작용제는 직접 10-열한 전좌 2 (TET2)-매개 작용8,10 및 DNA 메틸트랜스퍼라제 (DNMT)22,23의 간접적 억제의 조합 효과를 통해 상당한 글로벌 DNA 탈메틸화를 유도할 수 있다. 이 단계는 다능성 관련 유전자 발현의 후속 재활성화와 함께 후성유전학적 블록의 제거를 유도하고, 따라서, 높은 가소성 세포 1,2,3,8,10, 이하 "후성유전학적으로 소거된 세포"로 지칭된다. 두 번째 단계에서, 세포는 3D 배양 시스템에 캡슐화된다. 이를 위해, 비반응성 소수성 합성 화합물 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE; 입자 크기가 1 μm)을 마이크로생물반응기로 사용하며, 이는 전통적인 2D 배양 시스템(10)의 사용을 통해 달성할 수 없는 세포 미세환경의 생성을 허용한다. PTFE 분말 입자는 세포가 다시 현탁되는 액체 방울의 표면에 부착되고, 내부 액체와 주변 환경(24) 사이의 가스 교환을 허용하면서 지지 표면으로부터 액체 코어를 분리한다. 이렇게 얻어진 "PTFE 마이크로바이오리액터"는, "리퀴드 마블"로도 알려져 있으며, 세포들이 서로 자유롭게 상호작용하도록 장려하여, 3D 세포 재배열(25,26,27)을 촉진하고, 바이오메카노센싱-관련 단서들(10)에도 불구하고 획득된 높은 가소성 상태를 연장하고 안정적으로 유지한다.
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모든 연구는 밀라노 대학의 윤리위원회에 의해 검토되고 승인되었습니다. 모든 동물 실험은 미국 국립 보건원 (NIH)에 의해 출판 된 실험실 동물의 관리 및 사용을위한 가이드에 따라 수행되었습니다. 건강한 성인 개인으로부터의 인간 세포 분리는 밀라노의 Ospedale Maggiore Policlinico의 윤리위원회에 의해 승인되었습니다. 우리 연구의 모든 방법은 승인 된 지침에 따라 수행되었습니다.
1. 피부 섬유아세포 분리
참고: 아래에 설명된 모든 절차는 마우스, 돼지 및 인간을 포함한 다른 포유동물 종으로부터 분리된 섬유아세포에 적용될 수 있다. 뮤린 세포를 7주령의 수컷 마우스로부터 분리하고, 돼지 피부 조직을 지역 도살장에서 수집하였다. 인간 세포는 서면 정보에 입각한 동의 후에 성인 환자로부터 분리되었다.
2. 섬유아세포 1차 세포주 배양
3. 5-aza-CR에 섬유아세포 노출
4. PTFE 마이크로 생물 반응기에서 섬유 아세포 캡슐화
5. 후성유전학적으로 지워진 세포의 PTFE 마이크로바이오리액터에서의 배양
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본 프로토콜은 성체 체세포로부터 포유동물 다능성 세포를 생성하고 안정적으로 유지하기 위해 수행되는 모든 단계를 기술한다. 이 방법은 상이한 포유동물 종, 즉 마우스, 돼지 및 인간으로부터 분리된 섬유아세포로 성공적이었다. 여기에 보고된 대표적인 결과는 기원의 종에 관계없이 모든 세포주로부터 얻어진다.
형태학적 분석은, 탈메틸화제 5-aza-CR과 함께 18시간 인큐베이션한 후, PTFE 마이크로바이오리액터(3D Post 5-aza-CR)에 캡슐화된 섬유아세포가 응집체를 형성하고 3D 구형 구조물을 형성하여 고려된 세 종 모두에서 균일한 크기 기하학적 구조를 나타낸다는 것을 보여준다. (그림 2A-C, 3D Post 5-aza-CR). 86.31 ± 캡슐화된 세포의 4.13%가 그들의 표현형을 현저하게 변형시켰으며, 이는 전형적으로 높은 가소성 표현형(high plasticity phenotype)...
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지난 수십 년 동안 여러 연구는 말기 분화 된 세포를 덜 헌신적이고 더 높은 허용 상태로 되돌리기위한 전략 개발에 중점을 두었습니다. 여기에 기술된 프로토콜은 성숙한 성숙 말단 분화된 세포로부터 출발하는 다능성 세포의 생성 및 장기 유지를 허용한다. 이 방법은 화학적 후성 유전 적 소거를 통해 달성되는 높은 허용 상태의 유도와 3D 배양 시스템을 사용하여 보장 된 후속 유지 보수를 포함하는 두 가지 독립적 인 단계를 결합합니다.
PTFE 캡슐화된 세포에서 관찰된 3D 스페로이드 구조의 형성(도 2)은 세포 응집을 효율적으로 촉진하는 PTFE 능력을 입증하는 다른 연구와 일치하며, 후각 포집 세포(OEC) 스페로이드 구조(25) 또는 3D 토로이드 응집체(26)의 형성을 촉진한다. 이러한 형태학적 변화는 다능성 관련 유전자 발현의 개시(도 3,...
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저자는 공개 할 것이 없습니다.
이 작품은 Carraresi Foundation과 MiND FoodS Hub ID : 1176436가 자금을 지원했습니다. 모든 저자는 COST Action CA16119 시험관내 3-D 총 세포 안내 및 적합성 (CellFit)의 회원입니다.
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| 5-아자시티딘 | 시그마-알드리치 | A2385 | 5-aza-CR, 섬유아세포 후성유전학적 소멸 시 |
| 그마-알드리치 | A4036 | 에 대한 뉴클레오시드 혼합물 구성 요소 | |
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