2020년 11월 19일
이 프로토콜은 인간 유도 만능 줄기 세포를 분화하여 얻은 뇌 미생물 내피 세포를 도출, 확장 및 냉동 보존하고, 전 생체 모델에서 혈액 뇌 장벽 특성을 연구하는 적응된 방법을 자세히 설명합니다.
iPSC에서 생성된 BMEC는 혈액 뇌 장벽 기능 및 기능 장애를 연구하기 위한 새로운 실험 모델을 제공합니다. 우리는 이 프로토콜을 사용하여 BMEC가 팽창 및 동결 보존 후에도 장벽 특성을 유지하는지 여부를 조사했습니다. 이 기술을 사용하면 혈액-뇌 장벽 파괴가 질병의 병태 생리학에서 중요한 역할을 하는 질환을 가진 환자로부터 질병 특이적 BMEC를 생성할 수 있습니다.
BMEC와 인간 iPSC의 분화를 유도하기 위해, DPBS로 confluent iPSC 배양액을 한 번 세척한 후 섭씨 37도에서 약 5분 동안 적절한 양의 효소 EDTA로 세포를 배양합니다. 단일 세포 현탁액이 얻어지면 원심분리로 세포를 수집하고 계수를 위해 10 마이크로몰 ROCK 억제제가 보충된 적절한 부피의 줄기 세포 배지에 펠릿을 재현탁합니다. 세포를 1.56 곱하기 10으로 희석하여 입방 센티미터 농도당 네 번째 세포로 희석하고 2밀리리터의 세포를 6웰 평평한 바닥의 개별 웰에 파시드합니다.
세포 배양 인큐베이터에서 24시간 후 각 웰의 상층액을 E6 배지로 교체하고 플레이트를 4일 동안 인큐베이터에 다시 넣습니다. iPSC 유래 BMEC를 정제하려면 웰당 적절한 양의 새로 준비된 콜라겐 IV 및 피브로넥틴 용액으로 subculturing plate를 코팅하고 섭씨 37도에서 최소 2시간 동안 플레이트를 배양합니다. 분화 6일차에 원심분리로 세포를 수집하고 B27, 염기성 섬유아세포 성장 인자 및 레티노산이 보충된 적절한 양의 신선한 인간 내피 무혈청 배지에 펠릿을 재현탁합니다.
TEER 분석을 위해 분화된 세포를 콜라겐 및 피브로넥틴으로 코팅된 12-트랜스웰 여과 플레이트의 각 웰에 플레이트로 고정합니다. 유출 수송체 활성 분석을 위해 세포를 콜라겐과 피브로넥틴이 코팅된 24웰 평면 바닥 플레이트의 각 웰에 플레이트화합니다. subculture의 24 시간 후에, 각 우물에 있는 상청액을 B27 보충교재로만 보충된 신선한 인간적인 내피 혈청 자유로운 매체로 대체하십시오.
TEER을 사용하여 BMEC의 혈액 뇌 장벽 특성을 측정하려면 TEER 기기를 밤새 충전하고 기기와 젓가락 전극을 70% 에탄올로 가볍게 닦은 후 안전 후드에 넣으십시오. 전원을 켜고 제조업체의 사양에 따라 옴 미터를 보정하십시오. 전극을 연결하고 70% 에탄올로 한 번, DPBS로 한 번 헹굽니다.
전극의 짧은 쪽 끝을 인서트의 비정형 챔버에 넣고 긴 쪽 끝을 빈 웰의 기저측 챔버에 놓습니다. 음성 대조 반응을 측정한 후 시연된 대로 전극을 빠르게 헹구고 첫 번째 실험 웰을 측정합니다. 모든 측정값을 기록한 후 젓가락 전극을 다시 헹구고 전극을 부드럽게 닦고 안전 후드에서 자연 건조시킵니다.
세포의 유출 수송체 활성을 평가하기 위해 배양 8일째에 적절한 수의 웰을 10마이크로몰 유출 수송체 억제제 용액으로 처리하고 섭씨 37도에서 1시간 동안 인큐베이터에 넣습니다. 배양이 끝나면 인큐베이터에서 1시간 동안 10마이크로몰 유출 수송체 기질 용액으로 세포를 처리합니다. 배양이 끝나면 웰당 500마이크로리터의 DPBS로 각 웰을 두 번 세척한 후 웰당 5%Triton-X가 보충된 500마이크로리터 DPBS로 세포를 용해합니다.
5분 후, 마이크로플레이트 리더를 사용하여 485 나노미터 여기(excitation) 및 530 나노미터 방출(emission)에서 용해된 세포의 형광을 측정합니다. transporter assay에 사용되지 않은 wells의 경우, 세포 핵 정량화당 4%파라포름알데히드로 고정하기 전에 DPBS로 세포를 두 번 세척합니다. E6 배지에서 하루 동안 배양한 후 세포 형태는 iPSC와 유사합니다.
4일째가 되면 세포는 iPSC와 눈에 띄게 구별되며 대부분의 웰을 덮고 있습니다. 인간 내피 무혈청 배지에서 2일 동안 배양하면 세포에서 길쭉한 조약돌 모양이 유도됩니다. 여덟 번째 날에는 개별 세포가 대부분 큰 조약돌 패턴을 형성합니다.
iPSC 유래 BMEC의 혈관신생 가능성을 입증하기 위해 발아 분석을 수행할 수 있습니다. 이것은 성장 인자 치료 3일 후에 튜브와 같은 구조의 발달로 이어집니다. 이 프로토콜을 사용하여 생성된 iPSC 유래 BMEC는 뇌, 폐, 간 및 신장의 내피 세포에서 발현되는 밀접 연접 단백질과 혈액 뇌 장벽에서 발현되는 혈관 내피 마커를 공동 발현했습니다.
관찰된 바와 같이, 하위 배양 및 배지 변화 후 48시간 후에 iPSC 유래 BMEC는 쥐 1차 성상세포와 공동 배양된 iPSC 유래 BMEC에 대해 설명된 범위 내에서 TEER 값을 나타냅니다. 유출 수송체 활동도 이 단계에서 관찰되었습니다. 동결 보존 후 TEER 측정값은 새로 파생된 BMEC에 비해 낮습니다.
웨스턴 블롯 분석은 오클루딘(occludin)과 같은 밀접 접합 마커(tight junction marker)의 감소된 수준을 보여주는 반면, 면역세포화학(immunocytochemistry)은 밀접 접합 단백질의 주근깨 및/또는 해어진 패턴을 보여줍니다. iPSC 밀도가 너무 높거나 낮으면 분화 효율에 영향을 미치고 적절한 혈액 뇌 장벽 특성의 발달에 영향을 미칩니다. 이 방법을 사용하면 개별화된 BMEC를 사용하여 장벽 특성, 세포 신호 전달 및 수송체 활성을 조사하여 혈액-뇌 장벽 기능의 생리학 및 병태 생리학을 모델링할 수 있습니다.
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본 연구는 인간 유도만능줄기세포(iPSCs)로부터 뇌 미세혈관 내피세포(BMECs)를 분화, 확장 및 동결보존하기 위한 프로토콜을 제시합니다. 이는 ex vivo 모델을 사용하여 혈액-뇌 장벽 특성을 조사하는 데 중점을 둡니다.
Human iPSC-derived brain microvascular endothelial cells (BMECs) enable the development of ex vivo blood-brain barrier (BBB) models for early-stage CNS drug discovery and mechanistic de-risking. This protocol supports the generation, expansion, and cryopreservation of BMECs, facilitating disease-relevant system modeling and functional validation of BBB properties. The approach enhances predictive confidence for BBB permeability and transporter function, directly impacting portfolio triage and translational research.
This protocol positions iPSC-derived BMECs as a bridge from early discovery to preclinical CNS drug evaluation, supporting both target validation and lead identification.