$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Embrionalne i indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste (odpowiednio ES i iPS) są uważane za obiecujące źródła komórek do terapii regeneracyjnych. Jednak skuteczność różnicowania tych komórek w określone typy komórek docelowych może się różnić, nawet przy użyciu tej samej linii komórkowej, protokołu i eksperymentatora1,2,3,4. Zmienność tę można przypisać wysokiej wrażliwości ludzkich komórek ES/iPS na środowisko. W związku z tym obecnie trudno jest konsekwentnie uzyskiwać czyste komórki docelowe. Aby osiągnąć wysoce bezpieczną medycynę regeneracyjną, kluczowe jest wyeliminowanie komórek proliferacyjnych i niezróżnicowanych komórek macierzystych w komórkach terapeutycznych, a zaawansowana technologia oczyszczania komórek docelowych jest niezbędna5,6,7.
Sorter komórek to urządzenie, które natychmiast analizuje pojedyncze komórki i sortuje żywe komórki na podstawie siły sygnału fluorescencyjnego, oferując obiecujące rozwiązanie. Można to osiągnąć poprzez barwienie przeciwciałami markerów powierzchniowych specyficznych dla typu komórki lub poprzez wykorzystanie ekspresji genów reporterowych specyficznych dla typu komórki. Korzystając z tej techniki, istnieje kilka doniesień na temat metod oczyszczania pluripotencjalnych kardiomiocytów pochodzących z komórek macierzystych8,9,10 i hepatocytes11,12. Hattori i wsp. opracowali innowacyjną metodę oczyszczania mitochondriów przy użyciu sortera komórek13. Wykorzystując fakt, że kardiomiocyty mają wysokie zapotrzebowanie na energię poprzez aktywność mitochondriów, barwienie komórek żywym barwnikiem wskazującym na mitochondria TMRM (ester metylowy tetrametylorodaminy) może być używane do znakowania i wysoce oczyszczania kardiomiocytów za pomocą FACS z ludzkich ciał embrionalnych pochodzących z komórek ES zawierających różne typy komórek. Brak rakotwórczości potwierdzono w testach tworzenia potworniaków z oczyszczonymi kardiomiocytami. Co więcej, Yamashita i wsp. nieoczekiwanie odkryli metodę oczyszczania hepatocytów z ludzkich embrionów pochodzących z komórek ES poprzez izolowanie frakcji o wysokiej aktywności mitochondrialnej i ekspresji ALCAM-dodatniej14. Uzasadnieniem dla tej metody jest to, że hepatocyty mają również stosunkowo dużą liczbę mitochondriów ze względu na wysokie zużycie ATP do metabolizmu składników odżywczych i detoksykacji15, a hepatocyty wyrażają ALCAM, członka nadrodziny immunoglobulin, która odgrywa rolę w adhezji i migracji komórek16.
Poprzednie wysoce oczyszczające hepatocyty pochodzące z pluripotencjalnych komórek macierzystych wymagały modyfikacji genetycznych, a metody oczyszczania niegenetycznego miały niską skuteczność17. Niegenetyczna metoda mitochondrialna ma zalety w osiąganiu wysokiej czystości. Gdy potrzebne są komórki progenitorowe wątroby, można wybrać metody oparte na CD133 i CD13 lub Dlk118,19. Chociaż dokładność technologii edycji genomu uległa postępowi, nie można całkowicie wyeliminować potencjalnego ryzyka nieprzewidzianych zmian genomowych (np. kancerogenezy). Metody oparte na aktywności mitochondrialnej, bez ingerencji w modyfikację genetyczną, mogą być wolne od takich zagrożeń.
W wyniku badania różnych wskaźników mitochondrialnych w kardiomiocytach noworodków szczurów, zaobserwowano, że TMRM znika całkowicie w ciągu 24 godzin, podczas gdy inne barwniki pozostają przez co najmniej 5 dni13. Ponadto należy zauważyć, że TMRM i JC-1 nie wpłynęły na żywotność komórek, gdy oceniano je za pomocą testu bromku 3-(4,5-dimetylo-tiazol-2-ylo)-2,5-difenylotetrazolowego (MTT), podczas gdy inne barwniki wykazywały różny wpływ na żywotność komórek13. TMRM wykazuje większe bezpieczeństwo.
Do tej pory opracowano kilka metod dwuwymiarowego (2D) różnicowania jako bardziej efektywne podejścia do wywoływania różnicowania w porównaniu do trójwymiarowego (3D) tworzenia ciał zarodkowych. Dzieje się tak, ponieważ stopniowe związki lub cytokiny indukujące różnicowanie mogą być równomiernie podawane komórkom na płaszczyźnie 2D, a nie w przestrzeni 3D. W tym badaniu wcześniej opisana metoda20 została zmodyfikowana w celu wywołania różnicowania w ludzkie hepatocyty pochodzące z komórek iPS. W tym miejscu opisano szczegóły procedur aktualnego różnicowania 2D i oczyszczania hepatocytów pochodzących z ludzkich komórek iPS.