이 프로토콜은 iGATA4-배반세포의 생성 및 분석을 설명하는데, 이는 생쥐 배아포의 주요 특징인 계통 조직과 공동화 등을 재현하고, 초기 배아 발달에 영향을 미치는 환경 및 분자 교란을 재현 가능하고 고처리량으로 평가할 수 있게 합니다.
Method Article
* These authors contributed equally
이 프로토콜은 iGATA4-배반세포의 생성 및 분석을 설명하는데, 이는 생쥐 배아포의 주요 특징인 계통 조직과 공동화 등을 재현하고, 초기 배아 발달에 영향을 미치는 환경 및 분자 교란을 재현 가능하고 고처리량으로 평가할 수 있게 합니다.
줄기세포 기반 배아 모델은 초기 포유류 발달과 환경 교란에 대한 민감성을 조사하는 강력한 플랫폼을 제공합니다. 여기서는 배아 줄기세포(ESC), 영양층 줄기세포(TSC), 유도성 GATA4 발현을 위해 설계된 배아 줄기세포(iGATA4-ESC)를 사용하여 고충실도 마우스 배아세포를 생성하는 견고하고 접근 가능한 프로토콜을 제시합니다. 이 시스템은 자연 E4.5 배아포의 형태, 계통 비율, 전사 서명을 정확히 재현하는 iGATA4-배반세포를 생성하여, 원시 내배엽(PE), 에피블라스트(EPI), 영양대배엽(TE) 구획의 신뢰할 수 있는 시험관 내 모델을 제공합니다. 이 프로토콜은 먼저 배반체 형성에 필요한 세 가지 줄기세포 집단을 유지하고 준비하는 방법을 보여줍니다. 착상 전 배양 조건에서 iGATA4-블라스토이드의 단계별 조립 과정을 개략적으로 설명하며 중요한 실험 매개변수를 강조합니다. 엄격한 특성 분석을 가능하게 하기 위해, 배아체 고정, 염색 및 영상 검사를 위한 검증된 워크플로우가 제공됩니다. 마지막으로, iGATA4-블라스토이드가 고처리량 분석에 어떻게 활용될 수 있는지 보여주는 예시가 제시됩니다. 대규모 블라스토이드 집단을 특정 환경 요인에 노출함으로써 형태, 계통 배분, 발달 진행의 변화를 빠르고 재현 가능하게 정량화할 수 있습니다. 이 프로토콜은 착상 전 발달 모델링, 초기 계통 결정 해부, 다중 매개변수 스크리닝을 수행하여 환경적 또는 분자가 배반포 형성에 미치는 영향을 평가할 수 있는 확장 가능한 플랫폼을 구축합니다.
초기 포유류 배아가 어떻게 자기 조립되는지, 그리고 일반적인 환경 요인이 그 형성에 어떤 부정적 영향을 미칠 수 있는지 이해하려면 재현 가능하고, 실험적으로 접근 가능하며, 확장 가능한 모델 시스템이 필요합니다. 배아와 배아외 줄기세포를 결합하여 생성된 통합 배아 유사 모델이 이러한 플랫폼을 제공합니다 1,2. 이 프로토콜은 배아 줄기세포(ESC), 영양층 줄기세포(TSC), 유도성 GATA4 발현을 위해 설계된 ESC(iGATA4-ESC)가 착상 전 조건에서 조립되어 원시 내배엽(PE), 에피블라스트(EPI), 영양대배엽(TE) 계통을 가진 배아체를 생성하는 방법을 설명합니다. 최근 연구는 iGATA4-블라스토이드3이라 불리는 이 구조들이 계통 비율, 전사 서명, 기능 마커 발현 면에서 E4.5 배반포와 유사함을 보여주었습니다. 시험관 배양 시 이 구조물의 12.5%가 착상 후 형태로 전환됩니다. 중요한 점은, 이들은 독성학 및 환경 검사를 받을 수 있다는 것입니다.
이 기법의 개발은 기존의 블라스토이드 시스템 2,4,5의 한계에 의해 동기부여되었습니다. 많은 프로토콜 6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21 초기 배반포와 유사한 공동화된 구조를 생성하지만, 대부분 효율이 낮거나 PE 형성이 불완전하거나 세포 동일성이 불분명하거나 계통 비율이 잘못된 구조를 만듭니다. 이러한 불일치는 기전적 연구와 고처리량 교란 스크리닝에 적합성을 떨어뜨립니다. 생체 내 PE 명세는 GATA6, SOX17, GATA4, SOX722의 활성화와 PE 또는 그 유도체인 내장 내배엽(VE)의 결함에 따라 이루어지며, 이식 전 발달 23,24,25,26,27을 저해하여 시험관 내 전사 프로그램을 강제합니다 블라스토이드 충실도를 향상시킵니다. 조건부 GATA4 전형유전자를 가진 ESC는 VE로 강하게 전분화하며, 착상 후 ESC 및 TSC와 결합하면 개기생성과 기관형성을 시작하는 통합 배아 모델을 생성합니다.28, 29, 30, 31. 이 원리는 착상 전 조건에 적용되어, iGATA4-ESC가 안정적으로 PE를 생성하고 자연 배아포시스트와 매우 유사한 배아체를 생성함을 입증합니다.
이 방법은 줄기세포를 이용한 배아포유 모델링의 기존 한계를 극복하고, 높은 배아 형성 효율(형성되는 구조의 80%가 배아이며, 그중 75%가 적절한 계통 조직과 비율을 보임)과 높은 배아 유사성을 제공합니다. 더불어, 각 배아포포 계통이 독립적으로 배양된 줄기세포 집단에서 유래하는 iGATA4-배아체의 모듈식 조립은 각 배아 구획에 직접 실험적 접근을 제공합니다. 이러한 특성 덕분에 시스템은 다중 매개변수 스크리닝 응용에 특히 적합합니다. 형태학적으로 일관된 구조와 정확한 비율의 TE, EPI, PE 계통을 대규모로 생성하기 때문에, 자연 배아로는 달성할 수 없는 통계적 검정력으로 병행 교란과 계통 특이적 반응의 정량화가 가능합니다.
원리 증명으로서, 생리학적 범위32, 33, 34, 35, 36, 37, 38에서 제시된 일반적인 환경 요인들이 배아체 발달에 미치는 영향을 측정하였다. 카페인, 니코틴, 에탄올, 아미노산 변형이 공동화 속도, 형태, 적합도, 계통 비율에 미치는 영향을 농도와 시간적 처리 창에서 평가하였다. 대부분의 조건(카페인, 에탄올, 니코틴, 그리고 저단백 식단을 모방하는 것들)은 비정상적인 배반 형성과 구조적 품질 저하를 초래했습니다. 반면, 고단백 식단과 유사하게 가지쇄 아미노산의 농도를 높이면 블라스토이드 형성 효율과 품질이 향상되었습니다. 이 결과는 시험관 배양 자연 마우스 배아포세3에서 관찰된 효과를 반영하여, 이 시스템이 미묘하고 용량 의존적인 표현형을 포착하고 자연 배아로는 불가능한 확장 가능하고 다차원적인 스크리닝 파이프라인을 지원함을 보여줍니다.
배아 모델링의 더 넓은 맥락에서 이 기법은 통합 착상 후 발달을 모델링하는 데 사용되는 동일한 세포가 착상 전 모델로도 활용될 수 있음을 보여줍니다. 이 방법은 정확한 PE 형성과 견고한 계통 통합을 갖춘 배반포 유사 구조의 확장 가능한 모델링이 필요한 응용 분야에 특히 적합합니다. 그러나 다른 줄기세포 기반 마우스 배아포세 모델과 마찬가지로, iGATA4-배아세포는 숙주 마우스로 이식된 후 착상 및 추가 발달에 실패하여 배아-모체 상호작용 연구에 적합하지 않습니다. 전반적으로 이 프로토콜은 포유류 배아에서 초기 세포 유형 결정을 모델링하는 고충실도 배아토이드를 생성하는 신뢰할 수 있고 접근 가능한 접근법을 제공합니다.
이 프로토콜에 기술된 모든 절차는 확립된 세포주를 포함하며, 캘리포니아 공과대학교(California Institute of Technology)의 기관 생물안전 지침에 따라 수행되었습니다. 살아있는 동물이나 인간을 대상으로 한 실험은 이루어지지 않았습니다.
여러 ESC 및 TSC 계통이 검사되어 iGATA4-배아체 형성을 지원하는 것으로 나타났습니다. 이전 연구에서28 개의 ESC, iGATA4-ESCs, TSC가 이 프로토콜에서 설명된 모든 단계를 성공적으로 완료하는 데 사용되었습니다. 같은 저자들은 이전에 확립된 CD1(ICR) 마우스 ESC 계통에서 iGATA4-ESC를 생성하는 과정을 설명합니다.
TSC는 상업적으로 이용 가능한 마우스 배아 섬유아세포(MEF) 위에 배양됩니다. 이 프로토콜에서 사용되는 모든 화학물질, 시약, 키트, 장비 및 소프트웨어는 재료표에 나열되어 있습니다.
1. 배아체 형성을 위한 쥐 줄기세포 배양
주의: BSL-2 기법을 사용하여 생체안전성 수준(BSL) 1 층류 캐비닛에서 모든 마우스 세포 배양을 수행합니다.
2. iGATA4-배반체 형성
3. iGATA4-블라스토이드 모델을 사용한 고처리량 스크리닝
적절한 배양 조건 하에서 ESC와 iGATA4-ESC(노름락시아) 및 TSC(저산소증)를 유지하는 것은 성공적인 배아 생성에 필수적입니다. 설명한 대로 배양하면 ESC와 iGATA4-ESC는 거의 구별이 불가능하며, 3일 후 중간 크기의 둥근 뚜렷한 집단을 형성합니다. 평평한 군집이나 돌출된 가장자리가 나타나면 초기 분화를 나타내며, 이러한 배양은 배아토이드 형성에 사용해서는 안 됩니다. TSC는 약간 돌출된 가장자리와 평평한 중심을 가진 평평한 상피 군집을 형성해야 합니다. TSC 군락이 과도하게 자라거나 합쳐지면(보통 배양 >3일 후) 종종 배아 결과가 좋지 않다(그림 1).
iGATA4-블라스토이드 조립 과정에서 여러 초기 특징들이 프로토콜 성공을 나타냅니다(그림 2A, B). ESC 및 iGATA4-ESC 응집 후 약 6시간 후, 마이크로웰 바닥에 촘촘한 세포 집합체가 보여야 합니다. 뭉친 응집체는 과도한 세포 해리 시약 노출을 시사하며, 이는 세포 간 부착력을 감소시킵니다. 다음 단계로의 진행 (TSC 추가; 2.4절)은 조밀한 집합체가 관찰된 후에만 발생해야 합니다(그림 2B, D0.5 시점). 이 단계에서 면역염색을 하면 균일한 SOX2⁺ 및 GATA4⁻ 응집체가 나타나야 합니다(그림 2B, D0.5 시점).
TSC 첨가 및 하룻밤 배양 후에는 CDX2⁺ 세포로 둘러싸인 단일 응집된 집합체가 나타나야 합니다(그림 2B). 집합체 표면에 크고 집집되지 않은 세포가 존재하는 것은 종종 잔류 MEF를 나타냅니다. MEF 오염은 블라스토이드 형성 효율을 저하시킬 수 있으며; 따라서 집단 전에 주로 TSC 개체군을 확보하려면 충분한 MEF 고갈이 매우 중요합니다. 40 μm 셀 스트레이너를 사용해 잔류 MEF를 제거할 수 있으나, 이는 TSC 수율을 감소시킬 수 있습니다. 불완전하거나 과도한 CDX2⁺ 커버리는 마이크로웰당 추가된 TSC 수를 조정하여 보정할 수 있습니다(권장 범위: 10–15).
DOX와 8Br-cAMP 첨가 후에는 보통 2일째에 충치가 관찰되며 3일째까지 지속될 수 있습니다. 밝은 필드 현미경에서는 공동이 배강체 내에 명확하고 빈 공간으로 나타납니다(그림 2B, C; 흰색 점선). GATA4⁺ 세포는 DOX 유도 직후 나타나 점차 ICM 유사 구획 표면으로 분류됩니다(그림 2B). 성공적인 블라스토이드 형성은 높은 공동화 효율(일반적으로 마이크로웰 집집 플레이트당 구조의 약 80%; 그림 2D), 단층 CDX2⁺ TE 유사 외상피, 블라스토콜 유사 공동, 그리고 GATA4⁺ PE 유사 세포가 겹쳐진 SOX2⁺ EPI 유사 세포가 포함된 둥근 ICM 유사 구획(그림 2C–E).
일반적인 최적이지 않은 결과로는 비공동화된 구조, 여러 공동이나 ICM과 유사한 구획을 가진 불규칙한 형태의 배상체, 그리고 구조나 세포 잔해가 적은 우물이 있습니다. 약 20%의 비정상 구조가 예상되지만(그림 2C), 높은 비율은 잘못된 TX 배지 준비, 낮은 시작 세포 품질, 1일째에 DOX 또는 8Br-cAMP 첨가 실패, 배지 교환 시 구조 치위 등의 문제를 나타낼 수 있습니다.
고처리량 스크리닝 응용의 경우, 처리되지 않은 및 차량 제어 우물은 양성 통제 조건과 유사한 배상체를 생산해야 합니다(그림 3A,B). 실험적 처리는 배반체 크기(그림 3C), 공동 효율, 총 및 계통별 세포 수(그림 3D), PE 분류, 전체 형태(그림 3E) 등 여러 품질 지표에 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어, 배아체 형성 중 카페인, 니코틴, 에탄올 처리는 구조가 작아지고 공동 형성 효율이 감소하며, 총 또는 ICM 세포 수가 감소하고, PE 분류가 손상되며, 형태가 저하되었습니다. 반면, 가지쇄 아미노산 농도가 증가할수록 세포 수가 증가하고 형태가 개선된 더 크고 공동화된 배반체가 생성되었습니다(그림 3C–E). 실험 간 생물학적 변동성이 예상되어, 각 실험에 빈 대조군과 운반체 대조군을 모두 포함하는 것이 중요함을 강조합니다.

그림 1: 품질 좋은 WT 및 저품질 WT ESC, iGATA4-ESC, TSC의 예시. W2B27/2i/LIF(ESC) 또는 TSF4H(TSCs) 배양 후 2–3일 배양 후 예상되는 군락 형태를 보여주는 WT ESC, iGATA4-ESC, TSC의 밝은 필드 현미사진. "WT ESCs – 나쁜 품질"이라는 패널은 가장자리가 돌출된 납작한 군집(빨간 화살촉)을 포함한 덜 좋은 형태를 가진 세포들을 보여줍니다. "TSC overgrown"이라는 패널은 4일간의 배양 후 합쳐지고 확장된 TSC 군락을 보여줍니다. 스케일 바: 모든 패널에 대해 100 μm. 이 그림의 더 큰 버전을 보시려면 여기를 클릭해 주세요.

그림 2: iGATA4-블라스토이드의 도식과 예상 형태. Developmental Cell, Vol. 61, Jorgensen V, Bao M, Junyent S 외, 환경 연구를 위한 효율적인 줄기세포 유래 마우스 배아 모델, pp. 193–207.e6에서 재인쇄, 저작권 (2025)3, Elsevier 허가 하에. (A) 자연 마우스 배반낭 발달의 도식적 표현(상단) 및 WT ESC, iGATA4-ESC, TSC를 이용한 줄기세포 기반 배반포 모델링.
(B) 프로토콜의 여러 단계에서 예상되는 형태와 마커 발현을 보여주는 현미사진. 최대 강도 투사(MIP); 점선이 그 공동을 구분합니다. 스케일 바: 20 μm. (C) 3일째 iGATA4-블라스토이드의 밝은 시야 이미지. 스케일 바: 100 μm.
(d) 정상산소 또는 저산소 상태에서 사전 배양된 TSC를 이용해 생성된 iGATA4-블라스토이드의 공동 생성률; 집합체는 저산소 조건에서 배양되었다. n ≥ 4; 오차 막대는 평균의 표준오차를 나타냅니다. (E) E4.5 배반포와 3일째 iGATA4-배반체의 계통 표지자(CDX2, 청산판; 10월 4일, 빨간색; GATA4, 초록). 최대 강도 투사(MIP); 표시된 곳에 단일 Z-평면이 표시되어 있습니다. 스케일 바: 25 μm. 이 그림의 더 큰 버전을 보시려면 여기를 클릭해 주세요.

그림 3. 환경적 요인이 배아체 형성과 품질에 미치는 영향. (A) 환경 요인(카페인, 니코틴, 에탄올, 고단백 및 저단백 식단을 모방한 조건)으로 처리된 iGATA4-블라스토이드의 대표적인 면역형광 3D 이미지(위)와 IMARIS 표면 재구성(아래). 스케일 바: 모든 이미지에 대해 25 μm. (B) 실험 작업 흐름의 도식. (C) 다양한 처리 조건에서의 블라스토이드 직경. 이 범위는 10백분위수에서 90백분위수까지 해당하며; 박스는 사분위 간 범위를 나타냅니다; 이 선은 중앙 분리대를 나타냅니다. 통계 분석은 다중 비교를 포함한 일원 ANOVA를 사용하여 수행되었습니다. (D) 대조군 및 처리된 배반세포에서 총 (회색), 영양배엽(청록색), 에피브라스트(빨간색), 원시 내배엽(녹색) 세포 수의 정량화. 막대는 평균을 나타내며; 오차 막대는 표준편차를 나타냅니다. 통계 분석은 다중 비교를 포함한 일원 ANOVA를 사용하여 수행되었습니다. (E) 통제 및 치료 조건 하에서 "좋음"(형태학적 이상이 최소화된 적절한 계통 분류), "보통"(형태학이 대체로 올바른 데 경미한 이상, EPI–PE 분류 불완전한 포함), "나쁨"(계통 조직이 붕괴된 심각한 비정상 형태)으로 분류되는 배아체 비율을 정량화합니다. 통계 분석은 대조군 조건에 대해 양측 ANOVA를 사용하여 수행되었습니다. 모든 패널에 대해 n ≥ 3. 통계적 유의성은 *p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001, ****p < 0.0001로 표시됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보시려면 여기를 클릭해 주세요.
| 미디어 | 시약 | 최종 집중 |
| FC | ||
| DMEM | N.A. | |
| 열에 의해 비활성화된 FBS(iFBS) | 15% | |
| 글루타맥스 | 2 mM | |
| 2-머캅토에탄올 (2-ME) | 0.1 mM | |
| 비필수 아미노산 (NEAA) | 1회 | |
| 나 피루베이트 | 1회 | |
| 페니실린-스트렙토마이신 | 1회 | |
| N2B27/2i/LIF | ||
| DMEM/F12 | 50% | |
| 신경기저A | 50% | |
| B27 보충제 | 1회 | |
| N2 보충제 | 0.5배 | |
| 2-ME | 100 μM | |
| 페니실린-스트렙토마이신 | 1% | |
| 글루타맥스 | 2 mM | |
| PD0325901 | 1 μM | |
| CHIR99021 | 3 μM | |
| 마우스 재조합 LIF | 10 ng/mL | |
| TSF4H | ||
| 메가셀 RPMI-1640 미디엄 | N.A. | |
| iFBS | 20% | |
| 글루타맥스 | 2 mM | |
| 나 피루베이트 | 1회 | |
| 페니실린-스트렙토마이신 | 1회 | |
| FGF4 | 25 ng/mL | |
| 헤파린 | 1 μg/mL |
표 1: FC, N2B27/2i/LIF, TSF4H의 미디어 레시피. FC 매체, N2B27/2i/LIF 배지, TSF4H 배지를 최종 농축 시 준비하는 레시피.
| 구성 요소 | 최종 집중 | 가축 농도 | 용매 및 저장 | 용량 ~20 mL |
| 8Br-cAMP | 25 μM | 5 mM | PBS, -20 °C에서 저장 | 100 μL |
| CHIR99021 | 3 μM | 10 mM | DMSO, -20 °C에서 저장 | 6 μL |
| DMEM/F12 | 해당 없음 | 해당 없음 | 4°C에서 보관 | 20 mL |
| FGF4 | 25 ng/mL | 100 μg/mL | PBS에 0.1% BSA, -20 °C에서 저장 | 5 μL |
| L-알라닐-L-글루타민 보충제 | 2 mM | 200 mM | 4°C에서 보관 | 200 μL |
| 헤파린 | 1 μg/mL | 1 mg/mL | PBS, -20 °C에서 저장 | 20 μL |
| 홀로-트랜스페린 | 10.7 μg/mL | 10.7 mg/mL | 이산화수(DI)를 -20°C에서 보관하세요 | 20 μL |
| 인간 TGF-β1 | 15 ng/mL | 20 μg/mL | 4 mM HCl + 0.1% BSA, -20 °C에서 저장 | 15 μL |
| IL-11 | 30 ng/mL | 25 μg/mL | PBS에 0.1% BSA, -20 °C에서 저장 | 24 μL |
| 인슐린 | 19.4 μg/mL | 9.5 - 11.5 mg/mL | 농도는 배치에 따라 다르며, 4 °C에서 보관합니다 | 33.7–40.8 μL, 재고 농도에 따라 부피를 조절하세요. |
| L-아스코르브산-2-인산염 마그네슘 | 64 μg/mL | 32 mg/mL | 이산화수(DI)를 -20°C에서 보관하세요 | 40 μL |
| 마우스 재조합 LIF | 10 ng/mL | 10 μg/mL | PBS + 0.1% BSA, -20 °C에서 보관 | 20 μL |
| NaHCO3 | 543 μg/mL | 45.25 mg/mL | 이산화수(DI)를 -20°C에서 보관하세요 | 240 μL |
| 페니실린/스트렙토마이신 | 1회 | 100배 | -20 °C에서 보관 | 200 μL |
| 셀레나이트 나트륨 | 14 ng/mL | 14 μg/mL | 이산화수(DI)를 -20°C에서 보관하세요 | 20 μL |
| Y27632 | 20 μM | 20 mM | DMSO, -20 °C에서 저장 | 20 μL |
표 2: TX용 미디어 레시피. TX 매체 제조 레시피, 소분자 및 기타 시약의 제조 및 저장 방법, 최종 농도에 대한 세부 내용이 포함되어 있습니다.
iGATA4-배반체는 시험관 배양 내 세 가지 세포 유형인 ESC, 유도성 GATA4-ESC(iGATA4-ESC), 저산소증 배양 TSCs를 자가 조직화하여 매우 효율적인 배아 유사 줄기세포 기반 마우스 배반낭 모델을 제공합니다. 이 구조들은 적절한 계통 비율과 전사 동일성 등 E4.5 배아포의 주요 특징을 재현하며, 배반포 단계 발달 결함을 신뢰성 있게 반영하는 다중 매개변수 환경 스크리닝에 활용될 수 있습니다. 최근 연구는 기저 배지 내 ESC, iGATA4-ESC, TSC의 집합이 고효율 배아 형성을 가능하게 하며, 실험실과 배양 조건 전반에 걸쳐 이 접근법의 견고성과 적응성을 강조합니다. iGATA4-ESC는 이전에 이식 후 줄기세포 기반 배아 모델(28,29,30,31)에서 VE 세포의 기능을 재현하는 것으로 나타났습니다. 이 결과들은 iGATA4-ESC가 줄기세포 기반 배아 모델링에서 PE/VE 세포를 유연하고 신뢰할 수 있게 대체할 수 있음을 보여줍니다.
프로토콜의 여러 단계는 고품질 블라스토이드를 달성하기 위해 매우 중요합니다. 여기에는 시작 세포 집단의 질, 특히 저산소 배양 TSCs(그림 1); 0일차에 신선하게 준비해야 하는 TX 미디엄 준비(표 2; 제2.3조); 그리고 집단 후 판을 신중하게 다루는 것. 프로토콜 성공의 주요 지표로는 공동 생성 효율(일반적으로 ~80%), 적절한 형태(블라스토콜 유사 공동을 가진 ~100 μm 직경 구조, CDX2⁺ TE 유사 외층, 그리고 약 3 TE:1 EPI:1 PE 비율의 정렬된 SOX2⁺ 및 GATA4⁺ 내부 세포 질량), 그리고 적절히 분류된 GATA4⁺ PE 유사층의 존재가 포함됩니다. 이들은 1, 2, 4, 5 분야에서 흔히 사용되는 지표입니다. 공동화된 배아체 중 약 75%의 구조가 이러한 모든 특징을 보입니다. 이 지표들은 문제 해결의 초기 지표로 활용될 수 있습니다. 최적의 세포 품질은 일반적으로 비정상적인 군집 형태로 나타나 부적절한 집단 또는 비공동화 구조를 초래합니다. 부적절한 배지 준비는 불완전한 응집이나 계통 결함을 초래할 수 있으며, 거친 취급은 마이크로웰이나 빈 우물에 여러 개의 응집체를 초래할 수 있습니다.
추가 최적화에는 시드 셀 수 조정(권장 시작 범위: 4–7 ESC 및 iGATA4-ESC, 마이크로웰당 10–15 TSC), MEF 고갈 방법 정제(예: 40 μm 셀 스트레이너를 통한 여과), TX 배지 조성 변경이 포함될 수 있습니다. 예를 들어, FGF4와 헤파린을 제거해도 효율적인 배아체 형성을 지원하면서도 보다 벽 형태의 TE와 같은 정체성을 촉진할 수 있습니다. iGATA4-블라스토이드는 배양 내에서 최대 6일간 유지할 수 있습니다; 하지만 4일째에서 6일째 구조물은 배아낭포와 유사한 비율을 유지하면서 크기가 커지는 경우가 많습니다. 프로토콜은 생물학적 복제 간에 일관된 결과를 제공하지만, 각 실험에는 적절한 대조군이 포함되어야 합니다.
시작 세포 집단과 배양 조건이 다양한 다른 쥐 배아 시스템과 비교할 때, 6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20 , iGATA4-블라스토이드는 높은 조직 형성 효율과 정확한 계통 표현을 모두 달성합니다. 많은 기존 프로토콜이 공동화된 구조를 생성하고 특정 생물학적 응용에 유용하지만, 종종 불완전한 PE 형성, 이질적이거나 정의되지 않은 세포 정체성, 또는 잘못된 계통 비율을 보입니다. 세 개의 계통 지향 줄기세포 집단을 단계적으로 결합함으로써 iGATA4-블라스토이드는 이러한 한계를 극복하고 재현 가능하고 모듈화되며 실험적으로 접근 가능한 시스템을 제공합니다.
이러한 장점에도 불구하고 몇 가지 한계가 남아 있습니다. TX 배지에서 4–6일 이상 장기간 시험 관 배양을 하면 혈통 비율이 배반포와 유사하더라도 과증식이 발생합니다. 약 12.5%의 iGATA4-배반체는 시험관 내에서 착상 주위 형태로 전환되며, 이는 양수 전구를 둘러싼 컵 모양의 유사층상 상모세포, 근위 상반 인근의 확장된 배아 외배엽 유사 구획, 그리고 외부 내장 내배엽 유사층이 특징이다. 그러나 iGATA4-블라스토이드는 숙주 마우스로 이식된 후 착상하지 못하고 추가 발달을 하지 못합니다. 따라서 iGATA4-블라스토이드와 더 넓은 범위의 플라스토이드는 착상 또는 배아-모체 상호작용 연구에 적합하지 않습니다.
블라스토이드가 착상하지 못한 분자적 기초는 아직 명확하지 않으나, 현재의 증거는 불완전한 영양배엽 모델링이 원인일 수 있음을 시사한다. iGATA4-배반체의 TE 유사 세포는 지나치게 극성적인 분자 정체성을 보입니다. 향후 벽화 TE 세포와 더 유사한 TSC를 설계하거나, 착상 적합성을 더 잘 재현하는 대체 세포주를 도입하는 시도는 이러한 한계를 극복할 유망한 방향을 제시합니다. iGATA4-블라스토이드의 모듈식 특성은 TE 특이적 변형을 EPI와 PE 형성과 독립적으로 독립적으로 구현할 수 있기 때문에, 이 시스템은 이러한 개발에 특히 적합합니다.
종합적으로 iGATA4-배아체 프로토콜은 포유류 배아의 계통 명세와 초기 발달 과정을 연구할 수 있는 견고하고 확장 가능한 플랫폼을 제공합니다. 재현성과 적응성 덕분에 고처리량 환경, 약리학, 유전자 스크리닝 응용 분야에 적합합니다. 따라서 iGATA4-블라스토이드는 초기 발달 메커니즘을 조사하고 다양한 교란이 착상 전 발달에 미치는 영향을 평가하는 강력한 시스템을 제공합니다.
저자들은 상충하는 이해관계가 없다고 선언한다.
저자들은 iGATA4-블라스토이드 개발과 개선에 도움을 준 Christoph Häfelfinger, Victoria Jorgensen, Min Bao, Lenja Fluetsch, 그리고 Zernicka-Goetz 연구실 구성원들에게 감사를 표합니다. 이 연구는 국립보건원 소장 개척자상(5DP1HD104575-04에서 M.Z.-G.까지), 오픈 자선상(M.Z.-G.), 인간 프런티어 과학 프로그램(LT-0022/2022에서 S.J.까지), NSFC(82301873에서 M.B.까지), 중국 과학기술부(2024YFA1107002에서 M.B.까지), 스위스 연구재단(C.M.H.)의 지원을 받았습니다. 자유학술협회(Freie Akademische Gesellschaft) 바젤(C.M.H.)의 베렌펠스 기금, 그리고 클로딘과 한스-하이너 자슬린-부스타니 재단(C.M.H.)이 있습니다.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| 2-Mercaptoethanol | Thermo Fisher Scientific | 31350010 | 일반 배지 준비에 사용 |
| 8-Bromo-cAMP | STEMCELL Technologies | 73602 | TX 배지 준비 및 블라스토이드 공동화에 사용 |
| AggreWell400 | STEMCELL Technologies | 34415 | 마이크로웰 응집 플레이트; 블라스토이드 준비에 사용 |
| Anti-Adherence Rinsing Solution | STEMCELL Technologies | 7010 | 블라스토이드 준비에 사용 |
| ART Wide Bore Filtered Pipette Tips | Thermo Fisher Scientific | 2079GPK | 면역염색 중 블라스토이드 이동을 위한 와이드 보어 피펫 팁. |
| B27 Supplement | Thermo Fisher Scientific | 17504044 | 배지 준비에 사용 |
| Caffeine | Sigma | 58-08-2 | iGATA4-블라스토이드에서 환경 요인으로 테스트에 사용 |
| CDX2 antibody, mouse | Biogenex | MU392A5UC | 면역형광에 사용, 1:200에서 사용 |
| CellXpert (normoxia incubator) | Eppendorf | 6731010015 | 다른 브랜드/모델도 작동할 수 있습니다. |
| CHIR99021 | STEMCELL Technologies | 72054 | 배지 준비에 사용 |
| Countess Cell Counting Chamber slides | Invitrogen | C10228 | 일반 조직 배양 목적에 사용 |
| DAPI | Thermo Fisher Scientific | D1306 | 면역형광에 사용, 1:500-1:1,000에서 사용 |
| DMEM | Gibco | 11995040 | FC 배지 준비에 사용 |
| DMEM/F12 | Thermo Fisher Scientific | 21331-020 | N2B27 및 TX 배지 준비에 사용 |
| DMEM-LM | Thermo Fisher Scientific | 30030 | DMEM-LM를 Ham's F-12 Nutrient Mix 분말로 최종 1x 농도로 보충하여 Met- 및 Leu-free DMEM/F12를 얻습니다. |
| Donkey anti-Goat IgG (H+L) Cross-Adsorbed Secondary Antibody, Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A-11055 | 면역형광에 사용, 1:500-1:1,000에서 사용 |
| Donkey anti-Mouse IgG (H+L) Highly Cross-Adsorbed Secondary Antibody, Alexa Fluor™ 647 | Invitrogen | A-31571 | 면역형광에 사용, 1:500-1:1,000에서 사용 |
| Donkey anti-Rabbit IgG (H+L) Highly Cross-Adsorbed Secondary Antibody, Alexa Fluor™ 568 | Invitrogen | A10042 | 면역형광에 사용, 1:500-1:1,000에서 사용 |
| Donkey anti-Rat IgG (H+L) Highly Cross-Adsorbed Secondary Antibody, Alexa Fluor 647 | Invitrogen | A78947 | 면역형광에 사용, 1:500-1:1,000에서 사용 |
| Donkey Serum | Jackson ImmunoResearch | 017-000-121 | 면역형광에 사용. 4°C에서 해동하고, -20°C에서 분리 저장합니다. |
| Doxycycline | Sigma | D9891-5G | 블라스토이드 준비 중 iGATA4 유도에 대한 |
| Eppendorf Centrifuge 5702 | Eppendorf | 5702 | 우리 실험실에서 사용되었으며, 다른 것도 작동합니다. 튜브 및 플레이트 어댑터가 필요합니다. |
| Falcon 96-well Clear Round Bottom Not Treated Microplate, with Lid, Individually Wrapped | Corning | 351177 | 면역형광에 사용 |
| FGF4 | R&D Systems | 5846-F4 | 배지 준비에 사용 |
| Fiji | Schindelin et al., 2012 | https://imagej.net/Fiji | 이미지 분석에 사용 |
| GATA4 antibody, rabbit | Cell Signalling | 36966S | 면역형광에 사용, 1:500에서 사용 |
| Gelatin solution, 2% | Sigma | G1393 | 일반 조직 배양 목적에 사용 |
| Glass Bottom Dish 35 mm | Ibidi | 81218-200 | 면역형광 및 이미징에 사용 |
| GlutaMAX | Thermo Fisher Scientific | 35050-061 | L-alanyl-L-glutamine 보충제; 배지 준비에 사용 |
| Ham's F-12 Nutrient Mix powder | Thermo Fisher Scientific | 21700075 | 저단백질 식이 조건에서 DMEM-LM 보충제로 사용. |
| Heparin | Sigma | H3149 | 배지 준비에 사용 |
| Heracell VIOS 160i (hypoxia incubator) | Thermo Fisher Scientific | 51030400 | 다른 브랜드/모델도 작동할 수 있습니다. |
| Holo-transferrin | Sigma | T4132 | TX 배지 준비에 사용. |
| Human recombinant TGF-ß1 | PeproTech | 100-21 | TX 배지 준비에 사용. |
| IL-11 | PeproTech | 200-11 | TX 배지 준비에 사용. |
| Imaris | Oxford Instruments | https://imaris.oxinst.com/ | 이미지 분석 및 이미지 준비에 사용. |
| Inactivated Fetal Bovine Serum | Corning | 35-010-CV | 배지 준비에 사용 |
| Inducible GATA4 ESCs (tetO-GATA4-ESCs) | Amadei et al., 2021 | NA | Zernicke-Goetz 연구소에서 요청 시 사용 가능한 세포주 |
| Insulin | Sigma | I9278 | TX 배지 준비에 사용. |
| Irradi |
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