$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
De technologie van menselijke pluripotente stamcellen (hPSC) is een gemakkelijk schaalbare en hernieuwbare bron van menselijke cellen die kan worden gedifferentieerd tot elk celtype in het lichaam, waardoor onderzoekers cel- en weefseltypen kunnen onderzoeken die moeilijk te verkrijgen of ontoegankelijk zijn bij patiënten. Verder kunnen geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPSC's) direct worden afgeleid van somatische cellen van de patiënt1. Dit maakt de differentiatie mogelijk van patiëntspecifieke celtypen van interesse, een onschatbaar hulpmiddel voor ziektemodellering en geneesmiddelenontdekking. Daarom zijn rigoureuze, reproduceerbare en succesvolle methoden om somatische cellen te herprogrammeren tot iPSC's cruciaal.
Fibroblasten, urinecellen en bloedcellen 2,3, elk met hun eigen beperkingen, behoren tot de meest gebruikte somatische celbronnen voor iPSC-afleiding. Fibroblasten, historisch gezien de populairste keuze voor herprogrammeringvan 3, zijn niet erg gemakkelijk te verkrijgen en vereisen een enigszins invasieve huidbiopsie. Herprogrammeerbare cellen kunnen worden afgeleid van urinemonsters, die gemakkelijk te verkrijgen en niet-invasief zijn, maar het herprogrammeringsproces moet beginnen met verse monsters tot 48 uur na hetverzamelen van 4. Bloed biedt een uitstekende bron voor herprogrammeerbare cellen, omdat het minimaal invasief is om te verkrijgen en gemakkelijk beschikbaar is. Er zijn veel beschikbare herprogrammeringsprotocollen van perifere bloedmononucleaire cellen (PBMC's), bloedcellen met één enkele kern waaronder lymfocyten, monocyten en natuurlijkemoordcellen. Omdat PBMC's minder dicht zijn dan andere bloedcellen, kunnen ze worden geïsoleerd/gezuiverd uit vers geïsoleerde volbloedmonsters via dichtheidsgradiëntcentrifugatie5. Alternatief scheidt volbloed zich bij centrifugatie in drie duidelijke lagen: plasma, buffy coat en rode bloedcellen6. Buffy-coats bevatten PBMC's, evenals bloedplaatjes en enkele erytrocyten. PBMC's zijn echter minder gemakkelijk verkrijgbaar in de meeste biobanken, terwijl volbloed- of buffycoats overvloedigen toegankelijk zijn. Ondanks de beschikbaarheid van buffy coats in biobanken en de aanwezigheid van herprogrammeerbare PBMC's in deze monsters, beschrijven maar weinig protocollen herprogrammering van bevroren buffy coats8, waardoor dit een onbenutte bron blijft.
Momenteel zijn er veel gepubliceerde protocollen 1,8,9 en commercieel verkrijgbare kits10 om herprogrammering te stroomlijnen; Ze onderzoeken echter niet diepgaand hoe het succes van donorcellen van patiënten die moeilijk te herprogrammeren zijn, kunnen maximaliseren. Het is algemeen aanvaard dat sommige cellen gewoon niet herprogrammeren, en wanneer dit gebeurt, proberen veel onderzoekers het met een ander donorceltype of een andere patiënt. Dit is echter mogelijk geen haalbare optie voor veel onderzoekers of patiëntenpopulaties. In tegenstelling tot eerder gepubliceerde protocollen 8,9 bevat dit protocol een gids met controlepunten en criteria, waarop het succes van herprogrammering wordt voorspeld, en volgt het een unieke aanpak door bevroren buffycoats te zuiveren met dichtheidsgradiëntcentrifugatie bij ontdooien.
Het proces begint met het afnemen van bloed van geselecteerde personen en het isoleren van PBMC's of buffy coats. Voor nieuwe experimenten zal dit waarschijnlijk het werven van nieuwe donoren omvatten die vers bloed zullen laten prikken onder IRB-goedkeuring en met een correct toestemmingsformulier. De volgende stap is somatische celexpansie, waarbij bevroren bloedcellen worden ontdooid en gekweekt onder omstandigheden die de proliferatie van hematopoëtische stamcellen en erytroide voorlopers bevorderen, de bloedcellen die de beste kandidaten zijn voor herprogrammering11. Na 10–14 dagen zouden de cellen klaar moeten zijn voor herprogrammering, zoals blijkt uit een aparte morfologie die niet in eerdere protocollen is besproken, en worden ze vervolgens getransduceerd door inoculatie met een Sendai-virus dat de Yamanaka-factoren Oct4, Sox2, c-Myc en Klf41 draagt. Na transductie beginnen cellen de Yamanaka-transcriptiefactoren tot expressie te brengen en keren terug naar een pluripotente toestand, opnieuw aangeduid door een duidelijke morfologische verandering en proliferatie naar stamcelkolonies. Opkomende kolonies worden vervolgens individueel geplukt, uitgezet en gecryopserveerd. Na tien passages valideert karakterisering door bevestiging van de expressie van stammarkeringen en differentiatiepotentiaal in de drie kiemlagen een succesvol geherprogrammeerde iPSC-lijn.
Dit protocol werkt het beste voor cryopgereserveerde buffy coats, die < maand zijn opgeslagen, of voor cryopgeconserveerde PBMC's die tot 2 jaar zijn opgeslagen met minstens 1 miljoen levensvatbare cellen bij ontdooien. De beschreven controlepunten kunnen echter helpen bij het herprogrammeren van problemen met een kwalitatieve bloedmonster. Daarnaast kunnen details over het aanpassen van geherprogrammeerde iPSC's aan feedervrije omstandigheden toepasbaar zijn op elke iPSC-herprogrammeringsworkflow, ongeacht het starttype somatische cel.
Dit protocol, opgesteld door hands-on troubleshooting, beschrijft het herprogrammeren van iPSC's uit bevroren buffy coats en identificeert morfologische indicatoren van het succes van herprogrammering, waarmee het een werkbare gids biedt voor het herprogrammeren van moeilijke monsters. Uiteindelijk leidt het implementeren van deze strategieën tot tijd, geld, reagentia en monsters.