Dit werk beschrijft een in vitro differentiatie protocol bij gepigmenteerde, volwassen melanocyten uit menselijke pluripotente stamcellen te produceren via een neurale en melanoblast tussenstap met behulp van een feeder-vrij, 25 dagen protocol.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Dit werk beschrijft een in vitro differentiatie protocol bij gepigmenteerde, volwassen melanocyten uit menselijke pluripotente stamcellen te produceren via een neurale en melanoblast tussenstap met behulp van een feeder-vrij, 25 dagen protocol.
Menselijke pluripotente stamcellen (hPSC's) vormen een platform om menselijke ontwikkeling in vitro te bestuderen onder zowel normale als ziektecondities. Onderzoekers kunnen de differentiatie van hPSC's richten naar het celtype van belang door de kweekomstandigheden te manipuleren om signalen na te bootsen die tijdens de ontwikkeling worden gezien. Een van deze celtypen is de melanocyt, een pigmentproducerende cel van neurale-kam (NC) oorsprong die verantwoordelijk is voor de bescherming van de huid tegen UV-straling. Dit protocol presenteert een uitbreiding van een momenteel beschikbaar in vitro Neurale-kam differentiatieprotocol van hPSC's om NC verder te differentiëren in volledig gepigmenteerde melanocyten. Melanocyt-precursors kunnen worden verrijkt uit het Neurale-kam protocol via een getimede blootstelling aan activatoren van WNT-, BMP- en EDN3-signalering onder dubbel-SMAD-remmingscondities. De resulterende melanocyt-precursors worden vervolgens gezuiverd en gerijpt tot volledig gepigmenteerde melanocyten door cultuur in een selectief medium. De resulterende melanocyten zijn volledig gepigmenteerd en kleuren op de juiste manier voor eiwitten die kenmerkend zijn voor rijpe melanocyten.
Menselijke pluripotente stamcellen (hPSCs) bieden een platform om de normale differentiatie na te bootsen in een schaalbare manier voor de ziekte modelleren, drug discovery, en cel vervangende therapieën 1-6. Van bijzonder belang, hPSCs openstellen van mogelijkheden voor het bestuderen van moeilijk te isoleren of zeldzame / transient types cel waar de patiënt monsters zijn schaars. Bovendien, geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPSCs) onderzoekers in staat om ontwikkeling en ziekte modelleren studeren in een patiënt specifieke manier om unieke mechanismen 1,2,7-11 ontrafelen. De eerder gepubliceerde protocol voor differentiatie van melanocyten uit hPSCs is maximaal 6 weken differentiaties en omvat het kweken van cellen met geconditioneerd medium van L- Wnt3a 12 cellen. Het protocol voor het eerst gepresenteerd door Mica et al., En hier beschreven produceert gepigmenteerde cellen in drie weken en verwijdert de dubbelzinnigheid en inconsistenties in verband met geconditioneerd medium.
melanocyten are afgeleid van de neurale kam, een trekkende populatie cellen uniek vertebraten. De neurale gedefinieerd tijdens gastrulatie en vertegenwoordigt een populatie cellen aan de rand van de neurale plaat, grenzend tussen de neurale en niet-neurale ectoderm. Tijdens neurulatie, het zenuwweefsel evolueert van een neurale plaat neurale plooien, die convergeren in de dorsale middellijn waardoor de neurale buis 13,14 vormen.
De neurale cellen die voortkomen uit de dakplaat van de neurale buis, tegenover de notochord en een epitheliale naar mesenchymale transitie ondergaan vóór de migratie weg om tot een diverse bevolking van gedifferentieerde cellen te geven. Het lot van de kam cellen op een deel van de anatomische locatie van de dakplaat langs de lichaamsas van het embryo. Neurale cel derivaten omvatten lineages kenmerkend zowel mesoderm (gladde spiercellen, osteoblasten, adipocyten, chondrocyten) en ectoderm (melanocyten, Schwann cells, neuronen) 14. Neurale stamcellen reguleert de transcriptiefactor SOX10 en kan worden geïsoleerd door fluorescentie-geactiveerde celsortering met antilichamen tegen p75 en HNK1.
De neurale cellen gedoemd om te worden melanocyten passeren een melanoblast podium en upregulate KIT en MITF (-microphthalmia geassocieerde transcriptiefactor) 6,21 MITF is een meester regulator van melanocyten ontwikkeling en is een transcriptiefactor die verantwoordelijk is voor het besturen van een groot deel van melanocyten ontwikkeling 22- 24. Menselijke melanoblasten migreren naar de basale laag van de epidermis wanneer zij ofwel in het haar of uitstulping omgeven door keratinocyten in de epidermis (pigmentatie vormende eenheden) fungeren als voorlopers van de rijpe, gepigmenteerde melanocyten bevinden. De differentiatie en rijping van melanoblasten in gepigmenteerde melanocyten gebeurt gelijktijdig met de kolonisatie van de haarbol en expressie van het melanine traject (TYRP1, TYR, en OCA2PMEL) 25,26.
Het isoleren van menselijke melanocyten en melanoblasten van patiënten is duur, moeilijk en het beperken in kwantiteit. Dit protocol stelt onderzoekers in staat om hPSCs (geïnduceerd of embryonale) in de melanocyten of melanocyt voorlopers differentiëren in een goed gedefinieerde, snelle, reproduceerbare, schaalbare en goedkope methode zonder celsortering. Het protocol werd vroeger gebruikt om de ziekte-specifieke afwijkingen identificeren wanneer differentiëren iPSCs van patiënten met pigmentatie stoornissen.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
LET OP: De melanocyten protocol hier beschreven werd voor het eerst gedemonstreerd door Mica et al.
1. Voorbereiding van Cultuur Medium, Coated Schotels en onderhoud van hPSCs
2. Plating van hPSCs voor differentiatie
Opmerking: Differentiatie zijn beschreven voor de 10 cm schalen.
3. Inductie van neurale differentiatie
Opmerking: Het onderscheid moet worden gestart (dag 0) als de hPSCs zijn 80% confluent. De cellen kunnen dagelijks worden gevoed met hESC-mediummet 10 pM Y-dihydrochloride 27.632 tot begin de differentiatie.
4. replating in Droplets voor NC Specification
5. Uitbreiding Melanocyt Progenitors
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Dit protocol verschaft een werkwijze voor het afleiden volledig gepigmenteerde volwassen melanocyten uit hPSCs in een in vitro voedingsvrije, kostenefficiënt en reproduceerbare wijze. In tegenstelling tot de eerder vastgestelde Fang et al. Protocol HPSC-afgeleide melanocyten, heeft de geschetste protocol niet geconditioneerd medium vereist en vermindert de vereiste tijd. Fang et al. Protocol gebruikt geconditioneerd medium van een Wnt3a-producerende cellijn van...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Voor de succesvolle differentiatie van melanocyten uit hPSCs de volgende suggesties in overweging moeten worden genomen. Allereerst is het noodzakelijk om onder steriele kweekomstandigheden te allen tijde. Daarnaast is aangevangen met pluripotente volledig ongedifferentieerde hPSCs; indien de startpopulatie gedifferentieerde cellen bevat zal de opbrengst steeds dalen als de verontreinigingen niet kunnen worden gericht op melanocyten en kunnen verder verstoren de juiste differentiërende cellen.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben geen conflicterende belangen te onthullen.
Dit werk werd ondersteund door een beurs voor melanoom onderzoekers van de Joanna M. Nicolay Foundation en door de National Institutes of Health onder Ruth L. Kirschstein National Research Service Award F31. Dit werk werd verder ondersteund door middel van subsidies uit NYSTEM en de Tri-institutionele stamcel-initiatief (Starr Foundation).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Accutase | Innovative Cell Technologies | AT104 | |
| apo human transferrin | Sigma | T1147 | |
| Ascorbic Acid (L-AA) | Sigma | A4034 | 100 mM |
| B27 (B27 Supplement) | Invitrogen | 17504044 | |
| β-Mercaptoethanol | Gibco-Life Technologies | 21985-023 | 10 mg/ml |
| BMP4 | R&D Systems | 314-bp | |
| CHIR99021 | Tocris-R&D Systems | 4423 | 6 mM |
| Cholera toxin | Sigma | C8052 | 50 mg/ml |
| cAMP (cyclicAMP) | Sigma | D0627 | 100 mM |
| Dexamethasone | Sigma | D2915-100MG | 50 μM |
| DMEM - Dulbecco's Modified Eagle Medium | Gibco-Life Technologies | 11985-092 | |
| DMEM/F12 - Dulbecco's Modified Eagle Medium: Nutrient Mixture F-12 | Gibco-Life Technologies | 1133--032 | |
| DMEM/F12 powder | Invitrogen | 12500-096 | |
| EDN3 (Endothelin-3, human) | American Peptide Company | 88-5-10B | 100 μM |
| Fibronectin | BD Biosciences | 356008 | 200 μg/ml |
| gelatin (PBS without Mg/Ca) | in house | 0.1% in PBS | |
| Glucose | Sigma | G7021 | |
| Human insulin | Sigma | I2643 | |
| ITS+ Universal Culture Supplement Premix | BD Biosciences | 354352 | |
| KSR (Knockout Serum Replacement) | Gibco-Life Technologies | 10828-028 | |
| Knockout DMEM | Gibco-Life Technologies | 10829-018 | |
| L-Glutamine | Gibco-Life Technologies | 25030-081 | |
| LDN193189 | Stemgent | 04-0074 | 100 mM |
| Low glucose DMEM | Invitrogen | 11885-084 | |
| Matrigel matrix | BD Biosciences | 354234 | Dissolve 1:20 in DMEM/F12 |
| MCDB201 Medium | Sigma | M6770 | |
| MEM minimum essential amino acids solution | Gibco-Life Technologies | 11140-080 | |
| Mouse embryonic fibroblasts (7 million cells/vial) | GlobalStem | GSC-8105M | |
| Mouse Laminin-I | R&D Systems | 3400-010-01 | 1 mg/ml |
| Neurobasal medium | Invitrogen | 21103049 | |
| Penicilin/Streptomycin | Gibco-Life Technologies | 15140-122 | 10,000 U/ml |
| Poly-L Omithin hydrobromide | Sigma | P3655 | 15 mg/ml |
| Progesterone | Sigma | P8783 | 0.032 g in 100 ml 100% ethanol |
| Putrescine dihydrochloride | Sigma | P5780 | |
| FGF2 (Recombinant human FGF basic) | R&D Systems | 233-FB-001MG/CF | 10 mg/ml |
| SB431542 | Tocris-R&D Systems | 1814 | 10 mM |
| Selenite | Sigma | S5261 | |
| Sodium Bicarbonate | Sigma | S5761 | |
| SCF (Stem Cell Factor, recombinant Human) | Peprotech Inc. | 300-07 | 50 μg/ml |
| TYRP1 (G-17) Antibody | Santa Cruz | 10443 | 1:200 |
| TYRP2 Antibody | Abcam | 74073 | 1:200 |
| Trypsin-EDTA (0.05%) | Gibco-Life Technologies | 25300-054 | |
| Y-27632 dihydrochloride | Tocris-R&D Systems | 1254 | 10 mM |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.