Tutaj opisujemy protokół generowania ludzkich indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych z synowicytów podobnych do fibroblastów pochodzących od pacjenta, przy użyciu systemu lentiwirusowego bez komórek zasilających.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Tutaj opisujemy protokół generowania ludzkich indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych z synowicytów podobnych do fibroblastów pochodzących od pacjenta, przy użyciu systemu lentiwirusowego bez komórek zasilających.
Dojrzałe komórki somatyczne mogą zostać odwrócone do stanu podobnego do pluripotencjalnej komórki macierzystej za pomocą zdefiniowanego zestawu czynników przeprogramowujących. Liczne badania wygenerowały indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste (iPSC) z różnych typów komórek somatycznych poprzez transdukcję czterech czynników transkrypcyjnych Yamanaka: Oct4, Sox2, Klf4 i c-Myc. Badania nad iPSC pozostają w czołówce badań biologicznych i klinicznych. W szczególności specyficzne dla pacjenta iPSC mogą być wykorzystywane jako pionierskie narzędzie do badania patobiologii choroby, ponieważ iPSC mogą być indukowane z tkanki dowolnej osoby. Reumatoidalne zapalenie stawów (RZS) jest przewlekłą chorobą zapalną, klasyfikowaną przez zniszczenie struktury chrząstki i kości w stawie. Przerost błony maziowej jest jedną z głównych przyczyn lub objawów, które prowadzą do tych wyników w RZS. Synocyty podobne do fibroblastów (FLS) są głównymi komórkami składowymi błony maziowej hiperplastycznej. FLS w stawie rozmnażają się nieograniczenie, ostatecznie atakując sąsiednią chrząstkę i kość. Obecnie błonę maziową przerost można usunąć tylko za pomocą zabiegu chirurgicznego. Usunięta błona maziowa jest wykorzystywana do badań nad RZS jako materiał odzwierciedlający stan zapalny stawu. Jako główny gracz w patogenezie RZS, FLS mogą być wykorzystywane jako materiał do generowania i badania iPSC pacjentów z RZS. W tym badaniu wykorzystaliśmy FLS pacjenta z RZS do wygenerowania iPSC. Korzystając z systemu lentiwirusowego, odkryliśmy, że FLS mogą generować iPSC specyficzne dla pacjenta w kierunku RZS. Komórki iPS wygenerowane z FLS mogą być w przyszłości wykorzystywane jako narzędzie do badania patofizjologii RZS.
Pluripotencjalne komórki macierzyste to platforma nowej generacji w różnych dziedzinach klinicznych i biologicznych. Są obiecującym narzędziem, które można wykorzystać w modelowaniu chorób, badaniach przesiewowych leków i medycynie regeneracyjnej. Ludzkie embrionalne komórki macierzyste (hESC) wykorzystano głównie do badania i zrozumienia komórek pluripotencjalnych. Jednak wyizolowane przez zniszczenie ludzkiej blastocysty hESC wiążą się z kilkoma problemami etycznymi. W 2007 roku dr Shinya Yamanaka i jego zespół odwrócili proces programowania komórek i opracowali komórki macierzyste z ludzkich dorosłych komórek somatycznych1,2. W związku z tym, w przeciwieństwie do hESC, indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste (iPSC) mogą być generowane z dojrzałych komórek somatycznych, unikając przeszkód etycznych.
Zazwyczaj, iPSC są generowane przez dostarczenie czterech egzogennych genów: Oct4, Sox2, Klf4 i c-Myc. Te czynniki Yamanaka są pierwotnie dostarczane za pomocą systemów lentiwirusowych i retrowirusowych. Pierwsze iPSC pochodziły z mysich komórek somatycznych3. Następnie technikę tę zastosowano do ludzkich fibroblastów skóry1,2. Kolejne badania z powodzeniem wygenerowały iPSC z różnych źródeł, takich jak mocz4,krew 5,6, keratynocyty7 i kilka innych typów komórek. Istnieją jednak pewne komórki somatyczne, które nie zostały wykorzystane w przeprogramowaniu, a badania przesiewowe zdolności przeprogramowywania różnych typów komórek z określonych tkanek w stanie chorobowym są nadal wymagane.
Reumatoidalne zapalenie stawów (RZS) jest chorobą, która może zaatakować wszystkie stawy i prowadzić do chorób autoimmunologicznych w innych narządach. RZS dotyka około 1% dorosłych w krajach rozwiniętych. Jest to dość powszechna choroba, a jej częstość występowania wzrasta z każdym rokiem8. Jednak RZS jest trudny do zidentyfikowania we wczesnych stadiach, a gdy dojdzie do zniszczenia kości, nie ma leczenia, które mogłoby naprawić uszkodzenie. Co więcej, skuteczność leku różni się w zależności od pacjenta i trudno jest przewidzieć, jaki lek jest wymagany. W związku z tym konieczne jest opracowanie metody badań przesiewowych leków i wymagany jest materiał komórkowy, który może odzwierciedlać warunki RZS.
Synocyty podobne do fibroblastów (FLS) są aktywnym uczestnikiem komórkowym w patogenezie RA9,10. FLS występują w błonie maziowej błony wewnętrznej między torebką stawową a jamą, która jest również określana jako błona maziowa. Wspierając strukturę stawu i dostarczając składniki odżywcze do otaczającej chrząstki, FLS zwykle odgrywają kluczową rolę w funkcjonowaniu i utrzymaniu stawów. Jednak FLS w RZS mają fenotyp inwazyjny. RZS FLS mają fenotyp podobny do raka, ostatecznie niszcząc otaczającą kość przez nieskończoną proliferację10. Dzięki tej unikalnej charakterystyce, FLS mogą być stosowane jako obiecujący materiał, który może odzwierciedlać patobiologię RZS. Jednak komórki te są rzadko produkowane, a fenotypy komórek zmieniają się, gdy komórki przechodzą przez kilka przejść w warunkach in vitro. W związku z tym użycie RA FLS jako narzędzia, które może reprezentować stan pacjenta, może być skomplikowane.
Teoretycznie, iPSC pochodzące od pacjentów z RZS (RA-iPSC) mogą stać się idealnym narzędziem do badań przesiewowych leków i dalszych badań. Wygenerowane komórki iPS mają zdolność do samoodnawiania się i mogą być utrzymywane i namnażane in vitro. Dzięki pluripotencji komórki te mogą być różnicowane w dojrzałe linie chondrocytów i osteocytów, które mogą stanowić materiał komórkowy do konkretnych badań nad RZS i innymi chorobami związanymi z kośćmi11.
W tym badaniu pokazujemy, jak izolować i rozszerzać FLS z chirurgicznie usuniętej błony maziowej oraz jak generować RA-iPSC z FLS za pomocą lentiwirusów zawierających czynniki Yamanaka.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oświadczenie etyczne: Niniejszy protokół badania został zatwierdzony przez instytucjonalną komisję rewizyjną Katolickiego Uniwersytetu Korei (KC12TISI0861).
1. Izolacja i ekspansja synocytów
2. Przeprogramowanie FLS-ów za pomocą czynników Yamanaka kodujących Lentiwirusy
3. Barwienie immunofluorescencyjne
4. Reakcja łańcuchowa polimerazy w czasie rzeczywistym (RT-PCR)
5. Barwienie fosfatazą alkaliczną (AP)
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
W niniejszym badaniu opisujemy protokół generowania iPSC z FLS z wykorzystaniem systemu lentiwirusowego. Rycina 1A przedstawia uproszczony schemat protokołu izolacji FLS. Po chirurgicznym usunięciu błony maziowej tkankę pocięto na małe fragmenty za pomocą nożyczek chirurgicznych. W celu wyizolowania komórek z grudek tkanki dodano kolagenazę. Komórki inkubowano przez 14 dni przed dalszą obróbą. Rycina1B przedstawia morfologię wyizolowanych...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przed odkryciem iPSC naukowcy wykorzystywali je głównie do badania biologii komórek macierzystych i innych linii komórkowych poprzez różnicowanie. Jednak ESC pochodzą z wewnętrznej masy blastocysty, która jest zarodkiem we wczesnym stadium rozwoju. Aby wyizolować ESC, zniszczenie blastocysty jest nieuniknione, co rodzi problemy etyczne, których nie można przezwyciężyć. Co więcej, chociaż EKM mają cechy macierzyste i pluripotencję, nie można ich uzyskać od osób fizycznych i czasami nie są idealnym narzędziem do spersonali...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Ta praca była wspierana przez Program Badawczy finansowany przez Koreańskie Centra Kontroli i Prewencji Chorób (HI13D2188).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Naczynie 100 mm | TPP | 93100 | |
| Płytka 6-dołkowa | TPP | 92006 | |
| 50 ml Probówka rogowa | SPL | 50050 | |
| 15 ml Probówka rogowa | SPL | 50015 | |
| 10 ml Pipeta jednorazowa | Falcon | 7551 | |
| ml Pipeta jednorazowa | Falcon | 7543 | |
| Płytka 12-dołkowa | TPP | 92012 | |
| FLS Materiały izolacyjne | |||
| Nożyczki | |||
| Kleszcz | |||
| DPBS | Life Technologies | 14190-144 | |
| DMEM | Life Technologies | 11995-073 | |
| Streptomycyna | PenicilinSigma Aldrich | P4333 | |
| Płodowa surowica bydlęca (FBS) | Life Technologies | 16000-044 | |
| Kolagenaza | Sigma Aldrich | C6885-100MG | |
| Parafilm | Sigma Aldrich | 54956 | |
| PBS/1 mM EDTA | Life Technologies | 12604-039 | |
| iPSC Generation Materials | |||
| DMEM | Life Technologies | 11885 | |
| MEM Roztwór aminokwasów endogennych (100x) | Life Technologies | 11140-050 | |
| β-merkaptoetanol | Sigma Aldrich | M3148 | |
| Polybrene | Chemicon | TR-1003-G | |
| Penicilina Streptomycyna | Life Technologies | P4333 | |
| Płodowa surowica bydlęca (FBS) | Life Technologies | 16000-044 | |
| DPBS | Life Technologies | 14190-144 | |
| Lentivirus | |||
| DMEM/F12, HEPES | Life Technologies | 11330-057 | Składnik podłoża iPSC (500 ml) |
| Wodorowęglan sodu | Life Technologies | 25080-094 | Składnik podłoża iPSC (Konk.: 543 μ g/ml) |
| Selenin sodu | Sigma Aldrich | S5261 | iPSC składnik podłoża (Stężenie: 14 ng/ml) |
| Ludzki składnik pożywki Transfferin | Sigma Aldrich | T3705 | iPSC (stężenie: 10,7 μ g/ml) |
| Podstawowy składnik FGF2 | Peprotech | 100-18B | iPSC (Stężenie: 100 ng/ml) |
| Human Insulin | Life Technologies | 12585-014 | Składnik pożywki iPSC (stężenie: 20 μ g/ml) |
| Ludzki TGFβ 1 | Składnik pożywki Peprotech | 100-21 | iPSC (stężenie: 2 ng/ml) |
| Kwas askorbinowy | Sigma Aldrich | A8960 | składnik iPSC (Konk.: 64 i mu; g / ml) |
| Polybrene | Chemicon | TR-1003 | |
| Maślan sodu | Sigma Aldrich | B5887 | |
| Vitronectin | Life Technologies | A14700 | |
| ROCK Inhibitor | Sigma Aldrich | Y0503 | |
| Guality Control Materials | |||
| 18 mm Szkło osłonowe | Superior | HSU-0111580 | |
| 4% Paraformaldyhyd (PFA) | Tech & Innowacja | BPP-9004 | |
| Triton X-100 | BIOSESANG | 9002-93-1 | |
| Albumina surowicy bydlęcej (BSA) | Vector Lab | SP-5050 | |
| Przeciwciało anty-SSEA4 | Millipore | MAB4304 | |
| Przeciwciało anty-Oct4 | Santa Cruz | SC9081 | |
| Przeciwciało anty-TRA-1-60 | Millipore | MAB4360 | |
| Przeciwciało anty-Sox2 | Biolegend | 630801 | |
| Przeciwciało anty-TRA-1-81 Przeciwciało | Millipore | MAB4381 | |
| Przeciwciało anty-Klf4 | Abcam | ab151733 | |
| Alexa Fluor 488 kozie przeciwciało anty-mysie IgG (H + L) | Sonda molekularna | A11029 | |
| Alexa Fluor 594 kozie przeciwciało anty-królicze IgG (H+L) | Sonda molekularna | A11037 | |
| Sonda molekularna | DAPI | D1306 | |
| Prolong złoty odczynnik przeciwblaknący | Invitrogen | P36934 | |
| Szkło szkiełkowe, powlekane | Hyun Il Lab-Mate | HMA-S9914 | |
| Trizol | Invitrogen | 15596-018 | |
| Chloroform | Sigma Aldrich | 366919 | |
| Isoprypylalcohol | Millipore | 109634 | |
| Etanol | Duksan | 64-17-5 | |
| Zestaw do syntezy pierwszej nici cDNA | RevertAid Thermo Scientfic | K1622 | |
| Polimeraza DNA Taq | iNtRON BIOTECH | 25021 | |
| UltraPure 10x TBE Buffer | Life Technologies | 15581-044 | |
| gwiazda ładowania | Dyne Bio | A750 | |
| Agaroza | Sigma-Aldrich | 9012-36-6 | |
| 1 kb (+) marker drabinkowy DNA | Enzynomics | DM003 | |
| Fosfataza alkaliczna | Milipory | SCR004 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.