2015년 2월 21일
이 프로토콜은 많은 신경 질환에서 질병 발병에 기여하는 발달 경로를 식별하는 데 사용할 수 있는 강력하고 복제적인 신경 세포 집단을 생성하기 위해 신경 전구 세포를 인간 유도 만능 줄기 세포와 구별할 수 있는 방법을 설명합니다.
이 절차의 전반적인 목표는 신경 질환에 기여하는 세포 및 분자 메커니즘을 연구하기 위한 플랫폼으로 인간 유도 만능 줄기세포 또는 높은 PSC에서 신경 전구 세포 또는 NPC를 생성하는 것입니다. 이는 먼저 이중 smad 억제제를 사용하여 높은 PSC를 신경 로제트로 구별함으로써 달성됩니다. 두 번째 단계는 이러한 신경 로제트를 수확하여 확장 가능한 N PC 개체군으로 성장하도록 하는 것입니다.
다음 스핀 감염을 동반한 렌티바이러스 형질주입. 효율성을 개선하기 위한 단계는 유전자 발현을 조작하는 데 사용됩니다. 마지막 단계는 NPC를 현탁 상태로 성장시켜 자발적으로 신경구를 형성하도록
하는 것입니다.궁극적으로 이 플랫폼은 다양한 세포 표현형을 분석하는 데 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 신경 이동에 대한 유전자 조작의 효과를 측정합니다. 이 방법은 마이그레이션과 같은 세포 메커니즘에 대한 통찰력을 제공할 수 있습니다.
또한 복제, 산화 스트레스, 세포 사멸 및 신경돌기 성장과 같은 다른 생물학적 과정을 연구하는 데 적용 할 수 있습니다. 인간 유도 만능 줄기세포 또는 높은 PSC의 분화는 가시적 신경 로제트의 형성으로 이어지며, 이는 14일째에 신경 로제트의 효소 선택을 위한 AICO 기저 극성을 가진 신경 상피 세포의 둥근 클러스터로 특성화됩니다. 부착된 배아체 또는 ebs에서 배지를 흡인하고 6개의 Well 플레이트에서 1시간 동안 섭씨 37도에서 배양하는 웰당 1ml의 neural roset selection 시약을 추가합니다.
1시간 후. P 1000 피펫맨을 사용하여 각 웰에서 효소를 부드럽게 제거하고 웰당 1ml의 D-M-E-M-F 12를 추가합니다. 로제트를 씻으려면 D-M-E-M-F 12 1밀리리터를 모아 재빨리 우물로 다시 배출하여 플레이트에서 로제트를 분리합니다.
로제트를 매 튜브 피펫, D-M-E-M-F 12 1밀리리터 더 넣고 같은 웰로 빠르게 배출하여 나머지 로제트를 분리합니다. 시도하지 말고 로제트 응집체를 분해하지 마십시오. 신경 로제트를 같은 매 튜브에 모으십시오.
더 많은 효소를 첨가할 수 있으며, 모든 신경 로제트가 수집되었을 때 로제트가 쉽게 분리되지 않으면 이 절차를 반복합니다. 팔콘 튜브를 300g에서 3분 동안 돌립니다. 세척과 소생을 흡인합니다.
2ml의 신경전구세포배지(neural progenitor cell media)에 로제트를 현탁시킵니다. 세포를 폴리 L 오르니틴 라미네이트가 코팅된 6개의 벽판으로 옮기고 일주일 동안 섭씨 37도에서 자랍니다. 이 실험실에서는 신경전구세포(NPC)가 마트리겔 플레이트에서 자라며, 이틀에 한 번씩 먹이를 공급받고 매우 높은 밀도로 유지됩니다.
NPC를 분할하려면 먼저 배지를 흡인한 다음 섭씨 37도에서 10-15분 동안 배양하는 6개의 웰 플레이트의 웰당 1ml의 따뜻한 아큐탄을 추가합니다. 분리된 세포를 가능한 한 적은 기계적 응력으로 D-M-E-M-F 12가 들어 있는 15ml 튜브로 부드럽게 옮깁니다. 원심분리 후 1000G에서 5분 동안 회전하여 세포를 펠릿화하는 동안 세포를 삼중화하지 말고 상등액을 흡인하고 NPC를 재현탁합니다.
6웰 플레이트의 원래 웰당 약 1밀리리터의 NPC 배지에서 재현탁 및 세포 계수 후 6웰 플레이트의 합류 웰당 5-1,000만 개의 세포가 예상됩니다. NPC를 유지하기 위해 6개의 웰 플레이트의 웰당 약 1-200만 개의 세포를 NPC 플레이트에 다시 끼웁니다. 신경구 형성의 효율성은 실험과 세포주에 따라 다르지만, 일반적으로 6개의 벽 비접착 플레이트의 웰당 200, 000 및 100만 개의 세포가 앉는 경우 가장 잘 발생하며, 응집이 발생하면 분열 후 1-2일 이내에 앉는 세포의 수를 줄이는 것이 이상적입니다.
NP NPC는 transfection된 세포의 비율을 증가시키기 위해 lentiviral 또는 retroviral 벡터로 transduction되어야 합니다. 스핀 감염을 사용합니다. 각 웰에서 배지를 흡인하고 적절한 과발현 또는 대조군 렌티바이러스 또는 레트로바이러스로 대체하여 원하는 감염 다중도가 희석되도록 역가시킵니다.
NPC 매체에서 플레이트 원심분리기에서 1시간 동안 1000G와 실온에서 6웰 플레이트 스핀의 1.5ml를 사용합니다. 회전 후 플레이트를 인큐베이터에 다시 넣어 세포 사멸을 줄입니다. 스핀 감염 후 8시간 이내에 미디어를 교체하십시오.
세포 파편을 제거하기 위해 NPC 배지에서 NPC 유래 NEUROSPHERES를 한 번 세척하여 이 절차를 시작합니다. 플레이트를 45도 각도로 기울이고 신경구가 가라앉도록 한 다음 신경구를 흡인하지 않고 가능한 한 많은 매체를 제거합니다. 새 미디어로 교체하십시오.
다음으로, P 200 피펫을 사용하여 현미경으로 NPC 파생 NEUROSPHERES를 수동으로 선택하고 하나의 neuros sphere를 matrigel 코팅된 96 웰 플레이트의 각 웰로 이동합니다. 결과의 변동성을 줄이기 위해 비슷한 크기의 신경구를 선택하는 것이 중요합니다. 차가운 NPC 배지에 희석된 마트리 겔 0.5mg을 각 96웰 플레이트의 신경구에 추가로 추가합니다.
피펫 팁을 사용하여 웰 중앙의 각 개별 신경 구체를 수동으로 중앙에 배치하면 신경 구 이동이 48시간 동안 발생하도록 합니다. 원하는 면역조직화학 마커로 세포를 고정하고 염색한 후 Forex 현미경 대물렌즈를 사용하여 신경구 전체를 촬영합니다. 방사상 이동을 측정하려면 image J 소프트웨어를 사용하십시오.
자유형 선택 도구를 사용하여 가장 멀리 이동하는 셀의 가장자리를 수동으로 추적할 수 있습니다. 분석 탭 아래에 있는 측정 설정 창에서 해당 영역이 선택되어 있는지 확인합니다. 그런 다음 measure 함수를 사용하여 결과 모양의 면적을 계산합니다.
면적 측정 값과 원의 면적에 대한 방정식을 사용하여 동일한 방식으로 외부 반경을 결정하고 원래 신경 구의 가장자리를 추적합니다. 면적을 측정하고 내부 반경을 계산합니다. 총 방사형 이동을 외부 반지름과 내부 반지름 간의 차이로 계산합니다.
이러한 이미지는 대부분의 세포에서 높은 PSC에서 배아체, 신경 장미, NPC 및 뉴런 검증 NPC 발현, NPC 마커 중첩 및 신경 줄기 세포 전사 인자 SOX 2에 이르기까지 높은 PSC 신경 분화 단계를 보여줍니다. 베타 3 튜불린 염색은 모든 NPC 집단에서도 볼 수 있습니다. NPC는 또한 신경 줄기 세포 전사 인자 PAC 6 및 4 brainin 전구 마커를 발현합니다.
TBR 2, 그러나 LMX 1 A 및 FOX A와 같은 중뇌 마커가 아닌 2 개의 NPC는 녹색으로 표시된 70-80 % 베타 3 개의 튜불린 양성 뉴런과 20-30 % 신경교 섬유질 산성 단백질 양성 성상 세포로 구별 할 수 있으며 고품질의 높은 PSC로 표시됩니다. NPC는 대부분의 세포에서 neston과 SOX 2를 발현하는 반면, 저품질 NPC는 SOX 2 negative 패치를 가지고 있으며 negative cells에만 둥지를 틀고 있습니다. 고품질 NPC와 구별된 4주 된 뉴런은 맵 2 AB와 베타 3 난류를 표현합니다.
높은 역가 lentiviral 또는 retroviral 벡터를 사용한 성공적인 transduction 후. 80% 이상의 세포가 형광 리포터에 의해 표지됩니다. 벡터에 포함된 neuros sphere generation은 상대적으로 균질한 크기의 neurosphere 집단을 생성하며, 이는 약 1주일 동안 배양에서 건강하게 유지될 수 있습니다.
규칙적인 섭식을 통해 신경 구체의 이동은 건강한 신경구에서 활발하게 발생하며, 이는 발달 후 모트리겔에서 이동 48시간 전후의 명시야 이미지에서 볼 수 있습니다. 이 기술은 정신분열증 분야의 연구자들이 인간 유도 PL 폰트 줄기 세포 유래 NPC에서 신경 이동을 탐구할 수 있는 길을 열었습니다.레트로바이러스를 다루는 작업은 잠재적으로 위험할 수 있으며 모든 조직 배양 작업은 바이러스가 잠재적으로 존재할 수 있는 BL 2 플러스 조건에서 수행해야 한다는 것을 잊지 마십시오.
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이 프로토콜은 인간 유도 만능 줄기 세포(hiPSCs)로부터 신경 전구 세포(NPCs)를 분화하여 신경학적 질환을 연구하는 방법을 설명합니다. 이 과정에는 연구 목적을 위해 확장 및 조작할 수 있는 NPCs를 생성하는 것이 포함됩니다.
This method enables biopharma R&D to model early neurodevelopmental events in human cells, providing a scalable platform to interrogate disease mechanisms prior to symptom onset. By generating expandable, genetically tractable NPCs from patient-derived hiPSCs, teams can de-risk target hypotheses through empirical testing of gene manipulation effects on cellular phenotypes such as migration, replication, oxidative stress, and apoptosis. This supports predictive confidence in target validation and informs go/no-go decisions in preclinical neuroscience programs.
The method fits within the discovery continuum from target hypothesis generation through lead identification, providing a human cellular system to validate targets before committing to medicinal chemistry campaigns.