$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Rozwój komórek linii zarodkowej u ludzi jest wysoce skoordynowanym procesem, który rozpoczyna się wcześnie w rozwoju zarodkowym i zaczyna się od specyfikacji komórek zarodkowych pierwotnych (PGC), populacji, która ostatecznie daje początek komórkom jajowym i plemnikom1. In vivo, specyfikacja PGC zachodzi wkrótce po implantacji2,3 w odpowiedzi na sygnały indukcyjne pochodzące od sąsiednich komórek4,5. Rozwój PGC był szczegółowo badany u gryzoni, szczególnie poprzez badania genetyczne, które wykazały zaangażowanie szlaków sygnalizacyjnych, takich jak BMP, WNT i TGFβ6,7,8,9. Po specyfikacji, PGC przechodzą reprogramowanie epigenetyczne, charakteryzujące się demetylacją DNA na skalę genomu i remodelacją chromatyny, aby później ustalić (specyficzną dla płci) tożsamość linii zarodkowej10,11,12,13,14.
U ssaków, specyfikacja PGC jest sterowana koordynowaną wymianą sygnałów między szlakami sygnalizacyjnymi, a niektóre aspekty są zachowane ewolucyjnie u ludzi, nieludzkich naczelnych, świń i myszy, w tym zaangażowanie czynników pluripotencji takich jak POU5F1 i NANOG9,15,16,17,18. Mimo wspólnych cech, gatunkowe różnice w mechanizmach różnicowania PGC i sieciach regulacji genów ograniczają bezpośrednie zastosowanie wyników z modeli zwierzęcych na ludzi9,19,20,21.
Aby zrozumieć gametogenezę u ludzi, konieczne są badania z wykorzystaniem ludzkiego materiału, ale są one nadal wyzwaniem ze względu na ograniczony dostęp do wczesnych ludzkich zarodków. Ciągłe postępy w protokołach umożliwiających in vitro różnicowanie ludzkich komórek zarodkowych pierwotnych podobnych do komórek (hPGCLC) z ludzkich pluripotencjalnych komórek macierzystych, takich jak indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste (hiPSC), zmniejszają zależność od ludzkiego tkanki gonadalnej, jednocześnie umożliwiając skalowanie i badania genetyczne18,22. Większość ustabilizowanych strategii różnicowania hPGCLC opiera się na trójwymiarowych (3D) agregatach lub ciałach zarodkowych18. Za pomocą tych platform wiele badań wykazało, że hPGCLC naśladują kluczowe cechy epigenetyczne wczesnych ludzkich PGC, w tym programy transkrypcyjne linii zarodkowej23,24 i reprogramowanie metylacji DNA na skalę genomu25. Razem, te platformy in vitro znacznie poszerzyły wiedzę na temat biologii ludzkich PGC, w tym na temat zobowiązania linii i resetowania epigenetycznego. Jednak protokoły różnicowania hPGCLC oparte na agregacji nadal są wyzwaniem, ponieważ są czasochłonne, a całkowita wydajność hPGCLC dla charakteryzacji epigenetycznej, dalszych assayów różnicowania lub zastosowań w eksperymentach przepływowych pozostaje niska.
Ostatnio, metoda bez podłoża oparta na 2D monowarstwie z wykorzystaniem rozcieńczonego ekstraktu błony podstawnej (BMEx) w połączeniu z niskimi poziomiami BMP4 do różnicowania hiPSC w hPGCLC okazała się stosunkowo łatwa do skalowania na płytkach hodowlanych tkanek i osiągnęła wysokie wydajności (około 55%) w krótkim oknie różnicowania (5 dni)26. W porównaniu z innymi systemami 2D, które wymagały pośredniego etapu stymulacji Activin A przed indukcją i wykorzystywały wyższe stężenia BMP4 (40–50 ng/mL)27,28, to podejście BMEx nie wymagało etapu przedindukcyjnego i wykorzystywało niższe poziomy BMP4 (10 ng/mL), przy zachowaniu porównywalnej wydajności i poprawionej skalowalności.
Poniżej znajduje się szczegółowy, krok po kroku przewodnik po protokołach różnicowania hPGCLC 2D BMEx, zaczynając od początkowej oceny utrzymania hiPSC, w tym pluripotencji i cech komórkowych, a następnie testowania wpływu różnych powłok płytek hiPSC i gęstości komórek na różnicowanie hPGCLC. Opisano również charakteryzację dółstrumienia przez analizę przepływową i immunofluorescencję. Podano kluczowe punkty dotyczące obsługi oraz wskazówki dotyczące rozwiązywania problemów, aby zmniejszyć odchylenia laboratoryjne, umożliwiając badaczom konsekwentne odtwarzanie różnicowania hPGCLC w tym formacie 2D.