Pochodne hESC wolne od pluripotencjalnych komórek macierzystych można uzyskać poprzez kolejne pasażowanie komórek z subfrakcji P4 (TG30Neg-GCTM-2Neg).
Wcześniejsze doniesienia wykazały, że w standardowych kulturach hESC współistnieje mieszanina subpopulacji wykazujących gradient ekspresji genów związanych z pluripotencją5,6,13. Połączona detekcja antygenów powierzchniowych komórek, takich jak TG30 (CD9) i GCTM-2, pozwala na rozróżnienie wielu podzbiorów komórek w stadium pluripotencjalnym oraz na różnych etapach wczesnego różnicowania, co potwierdzają ich ekspresja markerów komórek macierzystych oraz czynników transkrypcyjnych specyficznych dla danej linii5,6,13. Zgodnie z wcześniejszymi raportami, udało nam się rozróżnić komórki P4 (TG30Neg-GCTM-2Neg), P5 (TG30Low-GCTM-2Low), P6 (TG30Mid-GCTM-2Mid) oraz P7 (TG30Hi-GCTM-2Hi) w linii hESC-MEL1 wykorzystanej w niniejszym badaniu (Rycina 1). Po uzyskaniu tego wyniku przystąpiliśmy do wyizolowania zróżnicowanych komórek P4 (TG30Neg-GCTM-2Neg) oraz pluripotencjalnych komórek P7 (TG30Hi-GCTM-2Hi) do dalszej hodowli w badaniach opisanych poniżej.
Zbadaliśmy, czy stosując metodę selekcji negatywnej, jesteśmy w stanie usunąć nieróżnicujące się hESC z populacji komórek znajdujących się na bardzo wczesnym etapie różnicowania (TG30Neg-GCTM-2Neg). Wykorzystaliśmy określoną liczbę komórek P4 (TG30Neg-GCTM-2Neg), które były kolejno hodowane po FACS (Rysunek 2A) przez około dwa tygodnie i poddawane ponownej analizie za pomocą FACS TG30/GCTM-2 przed każdym kolejnym pasażowaniem. Wyniki wykazały, że subfrakcja P4 uległa wzbogaceniu w zróżnicowane typy komórek TG30Neg-GCTM-2Neg po kolejnych pasażach, a niewielka obecność komórek P7 (TG30Hi-GCTM-2Hi) w pierwszym pasażu (Rysunek 2A, Pasaż 1) ostatecznie zniknęła po dalszym pasażowaniu, co doprowadziło do uzyskania próbek wolnych od pluripotencjalnych komórek macierzystych (Rysunek 2A, Pasaż 3).
Wzbogacenie pluripotencjalnych komórek hESC można osiągnąć poprzez odzyskanie komórek TG30Hi-GCTM-2Hi.
W oparciu o wcześniejsze obserwacje z użyciem tego testu, spodziewaliśmy się wzbogacenia populacji pluripotencjalnych hESC poprzez pobranie komórek P7 (TG30Hi-GCTM-2Hi), które powinny tworzyć kolonie hESC. Dlatego zbadaliśmy również sekwencyjne pasażowanie pluripotencjalnych komórek P7 (TG30Hi-GCTM-2Hi) za pomocą FACS z użyciem markerów TG30/GCTM-2. W tych kulturach P7 immunoprofilowanie FACS dla TG30/GCTM-2 przeprowadzano przed każdym przesiewaniem komórek, a do dalszej hodowli kierowano wyłącznie komórki P7 (TG30Hi-GCTM-2Hi). W ten sposób zaobserwowaliśmy, że większość komórek znajdowała się w subfrakcjach związanych z pluripotencjalnością (P6 i P7), co wskazuje na wzbogacenie populacji komórek pluripotencjalnych, które zachowały również zdolność do różnicowania i generowania niewielkiego odsetka komórek P4 (TG30Neg-GCTM-2Neg) (Rycyna 3A). Ponadto kultury komórek P7 wykazywały obecność licznych kolonii przypominających hESC podczas pasażowania (Rycina 3B), co również świadczy o utrzymaniu stanu pluripotencjalności.

Rycina 1. Reprezentatywna strategia sortowania w celu uzyskania subfrakcji FACS TG30/GCTM-2. (A): Dysocjowane zawiesiny komórek hES są sortowane jako pojedyncze komórki, a potencjalne agregaty lub dublety są usuwane poprzez bramkowanie z wykorzystaniem rozproszenia przedniego dla wysokości i pola powierzchni (FSC-H i FSC-A). (B): Potencjalne zanieczyszczenia są usuwane za pomocą FSC-A i SSC-A, a następnie sortowane są tylko komórki nienaruszone. (C): Komórki nieżywotne są wykluczane na podstawie fluorescencji jodku propidyny (PI) (FSC-A i FL3-A). (D): Komórki karmicielskie MEF zostały usunięte poprzez selekcję negatywną opartą na ekspresji mysiego CD90.2-PE (FL2-A i SSC-A). (E): Wyizolowana żywotna frakcja hESC, wolna od komórek karmicielskich MEF, jest ostatecznie rozdzielana na subpopulacje P4 (TG30Neg-GCTM-2Neg), P5 (TG30Low-GCTM-2Low), P6 (TG30Mid-GCTM-2Mid) oraz P7 (TG30Hi-GCTM-2Hi). Bramka negatywna (TG30Neg-GCTM-2Neg, nazwana P4) została ustawiona zgodnie z tłem autofluorescencji dla komórek niebarwionych, a także w odniesieniu do kontroli izotypowych. (F): Procenty różnych bramkowanych subpopulacji typowe dla analizy cytometrycznej TG30/GCTM-2. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną rycinę.

Rysunek 2. Reprezentatywne kolejne hodowle spontanicznie zróżnicowanych komórek P4 (TG30Neg-GCTM-2Neg) z linii hESC-MEL1. (A): Reprezentatywne wykresy FACS dla TG30/GCTM-2 pokazujące wyselekcjonowane podgrupy komórek (P4, P5, P6 i P7) rozróżnione na podstawie poziomu wykrytej ekspresji markerów powierzchniowych komórek TG30 i GCTM-2. Początkowa populacja 400 000 pochodnych hESC wykazujących immunoprofil P4 (TG30Neg-GCTM-2Neg) jest pobierana z hodowli masowych linii hESC-MEL1. Te komórki P4 (TG30Neg-GCTM-2Neg) są kolejno pasażowane po FACS w warunkach sprzyjających odnawianiu hESC w kolbach T75, aż do osiągnięcia konfluencji (11-13 dni). Przed każdym pasażem wykonuje się analizę FACS TG30/GCTM-2, aby zebrać i ponownie hodować wyłącznie zróżnicowane typy komórek P4 (TG30Neg-GCTM-2Neg). (B): Typowa morfologia warstwy zróżnicowanych komórek P4 (TG30Neg-GCTM-2Neg) po 14 dniach. (C): Sporadyczne kolonie przypominające hESC widoczne po 14 dniach, przemieszane z warstwą komórek P4 (TG30Neg-GCTM-2Neg) tylko w pierwszym pasażu, są najprawdopodobniej generowane przez zanieczyszczające komórki P7 (TG30Hi-GCTM-2Hi). Pasek skali = 200 μm. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększony rysunek.

Rycina 3. Komórki P7 (TG30Hi-GCTM-2Hi) pochodzące z linii hESC mogą być kolejno pasażowane po FACS bez utraty swoich wewnętrznych właściwości pluripotencjalnych. Reprezentatywne immunoprofilowanie FACS TG30/GCTM-2 dla różnych kolejnych pasaży, pokazujące wyodrębnione subpopulacje komórek (P4, P5, P6 i P7) zgodnie z poziomem ekspresji TG30 i GCTM-2. (A): Początkowa populacja 400 000 komórek wykazujących cechy P7 (TG30Hi-GCTM-2Hi) zostaje wyizolowana z kultur masowych linii hESC-MEL1. Pluripotencjalne komórki P7 (TG30Hi-GCTM-2Hi) są kolejno pasażowane po FACS w warunkach wspierających odnawianie hESC w kolbach T75, aż do osiągnięcia ~80% konfluencji (9-11 dni). Immunoprofilowanie FACS TG30/GCTM-2 jest wykonywane przed każdym przesiewaniem komórek i reykultywuje się tylko komórki P7 (TG30Hi-GCTM-2Hi). Wyniki pokazują, że komórki P7 (TG30Hi-GCTM-2Hi) zachowują swoje cechy pluripotencjalne podczas kolejnych pasaży, w tym zachowanie ekspresji (TG30Hi-GCTM-2Hi), tworzenie kolonii przypominających hESC (pokazane w B) oraz utrzymanie zdolności do różnicowania, co można wywnioskować z obecności niewielkiej frakcji zróżnicowanych komórek P4 (TG30Neg-GCTM-2Neg) w każdym z gradientów FACS. Pasek skali = 200 μm. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną rycinię.
| Próbka (objętości reakcji) | Przeciwciało pierwszorzędowe | Przeciwciało drugorzędowe | PE Rat Anti-Mouse CD90.2 b | Jodek propidyny c |
| Próbka do sortowania (~9 ml dla przeciwciał pierwszorzędowych, 2,5 ml dla przeciwciał drugorzędowych) | (TG30 + GCTM-2)a | AF 488 goat anti-mouse IgG2a + AF 647 goat anti-mouse IgM | + | + |
| Kontrola-1: TG30 (200 μl) | TG30 | AF 488 goat anti-mouse IgG2a | - | + |
| Kontrola-2: GCTM-2 (200 μl) | GCTM-2 | AF 647 goat anti-mouse IgM | - | + |
| Kontrola-3: Anti-mouse CD90.2 (200 μl) | - | - | + | + |
| Kontrola-4: Fikoerytryna (PE) (200 μl) | Mouse IgG2a isotype | R-phycoerythrin goat anti-mouse IgG2a | - | + |
| Kontrola-5: Izotyp immunoglobuliny mysiej (200 μl) | Mouse IgG2a isotype + IgM isotype | AF 488 goat anti-mouse IgG2a + AF 647 goat anti-mouse IgM | - | + |
| Kontrola-6: Komórki niebarwione (200 μl) | - | - | - | - |
Tabela 1. Próbka do sortowania i kontrole dla sortowania FACS. aPróbka do sortowania jest immunostainowana jednocześnie przeciwciałami TG30 oraz GCTM-2. bPE-anty-mysie CD90.2 jest używane do rozpoznawania komórek mysich i usuwania MEF z hESC podczas FACS14. cKomórki nieżywe są wykluczane przy użyciu jodku propidyny w stężeniu końcowym 0,3 μg/ml. Odczynnik dodany (+), niedodany (-) do probówki reakcyjnej.
| Przeciwciało | Gospodarz | Izotyp | Rozcieńczenie robocze |
| TG30 (1.4 mg/ml) | Mysz | IgG2a | 1:1,000 |
| GCTM-2 (nadsącz hybridoma) | Mysz | IgM | 1:5 ~ 1:10 a |
| AF 488 goat anti-mouse IgG2a | Koza | Poliklonalne | 1:500 |
| AF 647 goat anti-mouse IgM | Koza | Poliklonalne | 1:500 |
| R-phycoerythrin (PE) goat anti-mouse IgG2a | Koza | Poliklonalne | 1:1,000 |
| Anti-mouse CD90.2 | Szczur | IgG2b | 1:100 |
| Purified Mouse IgG2a, κ Isotype Control | Mysz | IgG2a | 1:200 |
| Purified Mouse IgM, κ Isotype Control | Mysz | IgM | 1:200 |
Tabela 2. Szczegóły dotyczące przeciwciał i ich rozcieńczeń do sortowania FACS. a Ze względu na niezwykle wysoką ekspresję GCTM-2 na powierzchni komórek hESC, nie jest możliwe osiągnięcie nasycenia przy użyciu tego przeciwciała. Każda partia supernatantu hybridomy GCTM-2 musi zostać tytrowana względem standardowej kontroli lub poprzedniej partii, aby uzyskać podobną skalę wyników w hESC i uniknąć nadmiernego barwienia.
| Nazwa pożywki | Skład |
| pożywka hESC/KOSR | Dulbecco's Modified Eagle Medium:Nutrient Mixture F-12 (DMEM/F-12) uzupełnione o 20% Knockout Serum Replacement (KOSR), 2 mM GlutaMAX, 1% MEM Nonessential Amino Acids, 0,1 mM 2-Mercaptoethanol, 10 ng/ml ludzki czynnik wzrostu fibroblastów 2 (FGF-2) oraz Pen/Strep w stężeniu 1x. |
| pożywka MEF | Dulbecco's Modified Eagle Medium, wysoka zawartość glukozy (DMEM) uzupełnione o 10% Fetal Bovine Serum (FBS), 2 mM GlutaMAX oraz Pen/Strep w stężeniu 1x. |
Tabela 3. Skład pożywek hodowlanych.