$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Technologia ludzkich pluripotentnych komórek macierzystych (hPSC) to łatwo skalowalne i odnawialne źródło ludzkich komórek, które można różnicować w dowolny typ komórek w organizmie, co pozwala badaczom badać typy komórek i tkanek trudno dostępnych lub niedostępnych u pacjentów. Ponadto indukowane pluripotentne komórki macierzyste (iPSC) mogą być pozyskiwane bezpośrednio z komórek somatycznych pacjenta1. Pozwala to na zróżnicowanie specyficznych dla pacjenta typów komórek, które są nieocenionym narzędziem do modelowania chorób i odkrywania leków. Dlatego kluczowe są rygorystyczne, powtarzalne i skuteczne metody przeprogramowania komórek somatycznych w iPSC.
Fibroblasty, komórki moczu oraz krwinki 2,3, każda z własnymi ograniczeniami, są jednymi z najczęściej używanych źródeł somatycznych komórek do wyprowadzania iPSC. Fibroblasty, historycznie najpopularniejszy wybór do przeprogramowania3, nie są łatwe do uzyskania i wymagają dość inwazyjnej biopsji skóry. Komórki programowalne można uzyskać z próbek moczu, które są łatwe do pobrania i nieinwazyjne, ale proces przeprogramowania musi rozpocząć się od świeżych próbek do 48 godzin po pobraniu4. Krew stanowi doskonałe źródło komórek programowalnych, ponieważ jest mało inwazyjna do pozyskania i łatwo dostępna. Istnieje wiele dostępnych protokołów przeprogramowywania z jednojądrowych komórek krwi obwodowej (PBMC), komórek krwi z jednym jądrem, w tym limfocytów, monocytów oraz naturalnych komórek zabójczych5. Ponieważ PBMC są mniej gęste niż inne komórki krwi, można je izolować/oczyścić ze świeżo wyizolowanych próbek pełnej krwi poprzez wirowanie gradientu gęstości5. Alternatywnie, po wirowaniu cała krew rozdziela się na trzy wyraźne warstwy: osocze, buffy coat i czerwone krwinki6. Płaszcze Buffy zawierają PBMC, a także płytki krwi i niektóre erytrocyty. Jednak PBMC są mniej dostępne w większości biobanków, podczas gdy pełnokrwiste lub białe sierści są liczne i dostępne7. Pomimo dostępności płaszczy buffy w biobankach i obecności programowalnych PBMC w tych próbkach, bardzo niewiele protokołów szczegółowo opisuje przeprogramowanie z mrożonych płaszczy buffy8, pozostawiając to niewykorzystane źródło.
Obecnie opublikowano wiele protokołów 1,8,9 oraz komercyjnie dostępnych zestawów10, które usprawniają przeprogramowanie; Jednak nie analizują dogłębnie sposobów na maksymalizację sukcesu komórek dawcy pacjentów, które trudno przeprogramować. Powszechnie przyjmuje się, że niektóre komórki po prostu nie chcą się przeprogramować, a gdy tak się dzieje, wielu badaczy może próbować z innym typem komórek dawcy lub innym pacjentem. Jednak dla wielu badaczy lub pacjentów może to nie być realna opcja. W przeciwieństwie do wcześniej opublikowanych protokołów 8,9, protokół ten zawiera przewodnik z punktami kontrolnymi i kryteriami, na podstawie których można przewidywać sukces przeprogramowania, oraz stosuje unikalne podejście, oczyszczając zamrożone futrole buffy za pomocą wirowania gradientu gęstości po rozmrażeniu.
Proces rozpoczyna się od pobrania krwi od wybranych osób i izolacji PBMC lub buffy coats. W przypadku nowych eksperymentów prawdopodobnie będzie to obejmowało rekrutację nowych dawców, którzy zostaną pobrani świeżą krwią za zgodą IRB i z odpowiednim formularzem zgody. Kolejnym krokiem jest ekspansja komórek somatycznych, w której zamrożone krwinki są rozmrażane i hodowane w warunkach sprzyjających proliferacji hematopoetycznych komórek macierzystych i erytroidowych progenitorów, czyli tych komórek krwi będących najlepszymi kandydatami do przeprogramowania11. Po 10–14 dniach komórki powinny być gotowe do przeprogramowania, co potwierdza wyraźna morfologia, która nie była omawiana w poprzednich protokołach, a następnie są transdukowane przez inokulację wirusem Sendai zawierającym czynniki Yamanaka Oct4, Sox2, c-Myc i Klf41. Po transdukcji komórki zaczynają wyrażać czynniki transkrypcyjne Yamanaka i wracają do stanu pluripotentnego, ponownie oznaczonego wyraźną zmianą morfologiczną i proliferacją w kolonie komórek macierzystych. Kolonie wyłaniające się są następnie indywidualnie zbierane, rozszerzane i kriopkonserwowane. Po dziesięciu przejściach charakterystyka poprzez potwierdzenie ekspresji markerów łodygi i potencjału różniczkowania w trzech warstwach zarodkowych potwierdza pomyślnie przeprogramowaną linię iPSC.
Ten protokół najlepiej sprawdza się w krioprezerwacji powłok buffy, które przechowywano przez < 1 miesiąc, lub w krioprezerwacji PBMC przechowywanych do 2 lat z co najmniej milionem żywotnych komórek po rozmrożeniu. Jednak opisane punkty kontrolne mogą pomóc w przeprogramowaniu rozwiązywania problemów z dowolnej dobrej jakości próbki krwi. Dodatkowo, szczegóły dotyczące adaptacji przeprogramowanych iPSC do warunków wolnych od podawania mogą być przydatne w każdym procesie przeprogramowania iPSC, niezależnie od typu komórki somatycznej na początku.
Protokół ten, ustanowiony poprzez praktyczne rozwiązywanie problemów, szczegółowo opisuje przeprogramowanie iPSC z zamrożonych białych futroli i identyfikuje morfologiczne wskaźniki sukcesu reprogramowania, dostarczając praktycznego przewodnika po reprogramowaniu trudnych próbek. Ostatecznie wdrożenie tych strategii prowadzi do oszczędności czasu, pieniędzy, odczynników i próbek.