Hepatocyten afgeleid van pluripotente stamcellen kunnen worden gezuiverd door middel van celsortering, met behulp van een combinatie van mitochondriale en geactiveerde leukocytenceladhesiemolecuul (ALCAM, ook bekend als CD166) kleuring.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Hepatocyten afgeleid van pluripotente stamcellen kunnen worden gezuiverd door middel van celsortering, met behulp van een combinatie van mitochondriale en geactiveerde leukocytenceladhesiemolecuul (ALCAM, ook bekend als CD166) kleuring.
Menselijke embryonale stamcellen (ES) en geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPS) hebben potentiële toepassingen in celgebaseerde regeneratieve geneeskunde voor de behandeling van ernstig zieke organen vanwege hun onbeperkte proliferatie en pluripotente eigenschappen. Het differentiëren van menselijke ES/iPS-cellen in 100% zuivere doelceltypen is echter een uitdaging vanwege hun hoge gevoeligheid voor de omgeving. Tumorigenese na transplantatie wordt veroorzaakt door besmette, prolifererende en ongedifferentieerde cellen, waardoor hoogzuiveringstechnologie essentieel is voor de veilige realisatie van regeneratieve geneeskunde. Om het risico op tumorigenese te verminderen, is een hoogzuiveringstechnologie ontwikkeld voor humane iPS-cel-afgeleide hepatocyten. De methode maakt gebruik van FACS (fluorescentie-geactiveerde celsortering) met behulp van een combinatie van een hoog mitochondriaal gehalte en de celoppervlaktemarker ALCAM (geactiveerd leukocytenceladhesiemolecuul) zonder genetische modificatie. 97% ± 0,38% (n = 5) van de gezuiverde hepatocyten die deze methode gebruikten, vertoonden albumine-eiwitexpressie. Dit artikel is bedoeld om gedetailleerde procedures te bieden voor deze methode, zoals toegepast op de meest recente tweedimensionale differentiatiemethode voor menselijke iPS-cellen in hepatocyten.
Embryonale en geïnduceerde pluripotente stamcellen (respectievelijk ES en iPS) worden beschouwd als veelbelovende celbronnen voor regeneratieve therapieën. De efficiëntie van het differentiëren van deze cellen in specifieke doelceltypen kan echter variëren, zelfs wanneer dezelfde cellijn, hetzelfde protocol en dezelfde experimentator 1,2,3,4 wordt gebruikt. Deze variabiliteit kan worden toegeschreven aan de hoge gevoeligheid van menselijke ES/iPS-cellen voor hun omgeving. Daarom is het momenteel moeilijk om consequent zuivere doelcellen te verkrijgen. Om zeer veilige regeneratieve geneeskunde te bereiken, is het van cruciaal belang om proliferatieve cellen en ongedifferentieerde stamcellen in therapeutische cellen te elimineren, en geavanceerde zuiveringstechnologie voor doelcellen is essentieel 5,6,7.
Een celsorteerder is een apparaat dat onmiddellijk individuele cellen analyseert en levende cellen van belang sorteert op basis van de fluorescerende signaalsterktes, wat een veelbelovende oplossing biedt. Dit kan worden bereikt door antilichaamkleuring van celtype-specifieke oppervlaktemarkers of door gebruik te maken van celtype-specifieke reporter-genexpressies. Met behulp van deze techniek zijn er verschillende rapporten over methoden voor het zuiveren van pluripotente stamcel-afgeleide cardiomyocyten 8,9,10 en hepatocyten11,12. Hattori et al. ontwikkelden een innovatieve mitochondriale zuiveringsmethode met behulp van een celsorteerder13. Door gebruik te maken van het feit dat cardiomyocyten een hoge energiebehoefte hebben door mitochondriale activiteit, kan het kleuren van de cellen met de levende mitochondriën-indicatieve kleurstof TMRM (tetramethylrhodaminemethylester) worden gebruikt om cardiomyocyten te labelen en sterk te zuiveren door FACS van menselijke ES-cel-afgeleide embryoïde lichamen die verschillende celtypen bevatten. De afwezigheid van tumorigeniciteit werd bevestigd door teratoomvormingstesten met de gezuiverde cardiomyocyten. Bovendien ontdekten Yamashita et al. onverwacht een methode om hepatocyten te zuiveren uit menselijke ES-cel-afgeleide embryoïde lichamen door fracties te isoleren met hoge mitochondriale activiteit en ALCAM-positieve expressie14. De grondgedachte voor deze methode is dat hepatocyten ook een relatief hoog aantal mitochondriën hebben vanwege hun hoge consumptie van ATP voor het metabolisme van voedingsstoffen en ontgifting15, en hepatocyten brengen ALCAM tot expressie, een lid van de immunoglobuline-superfamilie, die een rol speelt bij celadhesie en migratie16.
Eerdere sterk zuiverende methoden voor pluripotente stamcel-afgeleide hepatocyten vereisten genetische modificaties, en niet-genetische zuiveringsmethoden hadden een lage efficiëntie17. De mitochondriale niet-genetische methode heeft de verdienste om een hoge zuiverheid te bereiken. Wanneer levervoorlopercellen nodig zijn, kan worden gekozen voor CD133- en CD13- of Dlk1-gebaseerde methoden 18,19. Hoewel de nauwkeurigheid van de technologie voor het bewerken van het genoom is gevorderd, kan het potentiële risico van onvoorziene genomische veranderingen (bijv. carcinogenese) niet volledig worden geëlimineerd. Methoden gebaseerd op mitochondriale activiteit, zonder genetische modificatie te betrekken, kunnen vrij zijn van dergelijke risico's.
Als resultaat van onderzoek van verschillende mitochondriale indicatoren in neonatale cardiomyocyten van ratten, werd waargenomen dat TMRM binnen 24 uur volledig verdween, terwijl andere kleurstoffen ten minste 5 dagen bleven13. Bovendien is het belangrijk op te merken dat TMRM en JC-1 geen invloed hadden op de levensvatbaarheid van cellen wanneer ze werden beoordeeld met de 3-(4,5-dimethyl-thiazol-2-yl)-2,5-difenyltetrazoliumbromide (MTT)-test, terwijl andere kleurstoffen verschillende effecten op de levensvatbaarheid van de cellen vertoonden13. TMRM demonstreert een hogere veiligheid.
Tot op heden zijn er verschillende tweedimensionale (2D) differentiatiemethoden ontwikkeld als efficiëntere benaderingen voor het induceren van differentiatie in vergelijking met driedimensionale (3D) embryoïde lichaamsvorming. Dit komt omdat stapsgewijze differentiatie-inducerende verbindingen of cytokines uniform kunnen worden toegediend aan cellen op een 2D-vlak, in plaats van in een 3D-ruimte. In deze studie werd de eerder gerapporteerde methode20 gewijzigd om differentiatie te induceren in humane iPS-cel-afgeleide hepatocyten. Hier worden de details beschreven van de procedures voor de up-to-date 2D-differentiatie en zuivering van hepatocyten afkomstig van menselijke iPS-cellen.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
In deze studie werd gebruik gemaakt van commercieel verkregen humane iPS-cellen (253G1-stam) (zie Materiaaltabel).
1. Onderhoud van menselijke iPS-cellen
2. Hepatische differentiatie van humane iPS-cellen in 2D-culturen
OPMERKING: Raadpleeg Figuur 1A voor het dagelijkse schema van leverdifferentiatie. Gebruik tijdens het hele proces kweekplaten met 6 putjes en voeg 2 ml van het daarvoor bestemde was- of kweekmedium toe aan elk putje. Houd de celkweekconditie op 100% vochtigheid, 5% CO2 en 20% O2 bij 37 °C.
3. Celpreparaat voor zuivering van humane iPS-cellen-afgeleide hepatocyten
4. FACS-analyses en sortering van van humane iPS-cellen afgeleide hepatocyten
5. Immunocytochemie voor detectie van humane iPS-cellen-afgeleide hepatocyten
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De tijdlijn van de processen die menselijke iPS-cellen induceren om te differentiëren tot hepatocyten door middel van 2D-cultuur (Figuur 1A) en representatieve celkenmerken (Figuur 1B) worden getoond. Ongeveer op differentiatiedag 12 begonnen cellen veelhoekige celvormen en ronde kernen te vertonen, kenmerkend voor hepatocyten. Sommige hepatocyten vertoonden ook multinucleatie.
FACS-analyse werd uitgevoerd met behulp van de cellen op ...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Vanwege hun functies in het metabolisme van voedingsstoffen en ontgifting bezitten hepatocyten een relatief groot aantal mitochondriën in vergelijking met andere celtypen15. ALCAM is een lid van de immunoglobuline-superfamilie en speelt een rol bij celadhesie en migratie. Het komt tot expressie in verschillende celtypen, waaronder lever-, epitheel-, lymfocytische, myeloïde, fibroblast- en neuronale cellen16. Door gebruik te maken van een combinatie van de op mitochondriën g...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben niets te onthullen.
Dit werk werd ondersteund door het ministerie van Onderwijs, Cultuur, Sport, Wetenschap en Technologie subsidienummer [23390072].
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 253G1 human iPS cell line | RIKEN BioResource Research Center | HPS0002 | |
| 4% paraformaldehyde | FUJIFILM Wako Pure Chemical Corporation | 163-20145 | |
| Activin A Solution, Human, Recombinant | NACALAI TESQUE, INC. | 18585 | |
| Anti-Nuclei Antibody, clone 235-1 | Chemicon | MAB1281 | Antilichaam tegen humaan nucleair antigeen |
| B-27 Supplement (50x), serum free | Thermo Fisher Scientific | 17504044 | |
| BD FACSAria III | BD Biosciences | Celsorteer | |
| CHIR-99021 | MedChemExpress | HY-10182 | |
| Ciclosporin A | FUJIFILM Wako Pure Chemical Corporation | 035-18961 | |
| Collagenase | FUJIFILM Wako Pure Chemical Corporation | 034-22363 | |
| Corning Matrigel Growth Factor Reduced (GFR) Basement Membrane Matrix | Corning | 354230 | Gelachtige basement membrane matrix |
| CultureSure Y-27632 | FUJIFILM Wako Pure Chemical Corporation | 036-24023 | ROCK-remmer |
| Dexamethasone | FUJIFILM Wako Pure Chemical Corporation | 047-18863 | |
| Dimethyl sulfoxide (DMSO) | FUJIFILM Wako Pure Chemical Corporation | 047-29353 | |
| Donkey anti-Goat IgG (H+L) Cross-Adsorbed Secondary Antibody, Alexa Fluor 488 | Thermo Fisher Scientific | A-11055 | |
| Donkey anti-Mouse IgG (H+L) Highly Cross-Adsorbed Secondary Antibody, Alexa Fluor 546 | Thermo Fisher Scientific | A10036 | |
| Donkey anti-Rabbit IgG (H+L) Highly Cross-Adsorbed Secondary Antibody, Alexa Fluor 488 | Thermo Fisher Scientific | A-21206 | |
| Falcon 5 mL Round Bottom Polystyrene Test Tube, with Cell Strainer Snap Cap | Corning | 352235 | |
| Fetal Bovine Serum | Biowest | 51820-500 | |
| GlutaMAX Supplement | Thermo Fisher Scientific | 35050061 | Dipeptide L-Alanyl-L-Glutamine |
| Human/Mouse/Rat/Canine ALCAM/CD166 Antibody | R&D Systems | AF1172 | |
| Hydrocortisone 21-hemisuccinate sodium salt | Sigma-Aldrich | H2270 | |
| iMatrix-511 silk | Nippi | 892021 | |
| ImmunoBlock | KAC | CTKN001 | Blokkingsoplossing |
| ITS-G Supplement(×100) | FUJIFILM Wako Pure Chemical Corporation | 090-06741 | |
| Leibovitz's L-15 Medium | FUJIFILM Wako Pure Chemical Corporation | 128-06075 | |
| N-Hexanoic-Try-Ile-(6)-amino Hexanoic amide (Dihexa) | Toronto Research Chemicals | H293745 | |
| Polyclonal Rabbit Anti-Human Albumin | Dako | A0001 | |
| Polyoxyethylene Sorbitan Monolaurate (Tween 20) | NACALAI TESQUE, INC. | 28353-85 | |
| RPMI-1640 | FUJIFILM Wako Pure Chemical Corporation | 189-02025 | |
| Sodium L-Ascorbate | NACALAI TESQUE, INC. | 03422-32 | |
| StemFit AK02N | REPROCELL | RCAK02N | |
| TBS (10x) | NACALAI TESQUE, INC. | 12748-31 | |
| Tetramethylrhodamine, methyl ester (TMRM) | Thermo Fisher Scientific | T668 | |
| Triton X-100 | NACALAI TESQUE, INC. | 28229-25 | |
| Trypan Blue Solution | NACALAI TESQUE, INC. | 20577-34 | |
| TRYPSIN 250 | Difco | 215240 | |
| Tryptose phosphate broth solution | Sigma-Aldrich | T8159 |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.