Descrevemos um protocolo para derivar células-tronco pluripotentes induzidas por humanos livres de fatores reprogramadas e caracterizadas baseadas em lentivirais e conversão em condições putativas de grau clínico.
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Descrevemos um protocolo para derivar células-tronco pluripotentes induzidas por humanos livres de fatores reprogramadas e caracterizadas baseadas em lentivirais e conversão em condições putativas de grau clínico.
Humanos induzida células estaminais pluripotentes (hiPSCs) pode ser gerado com metodologias de reprogramação à base de lentivírus. No entanto, os traços de genes potencialmente oncogénicos restantes em regiões activamente transcritas do genoma, limitar o seu potencial para a utilização em aplicações terapêuticas humanas 1. Além disso, os antigénios não-humanos derivados de reprogramação ou a diferenciação de células estaminais em derivados terapeuticamente relevantes impede as referidas hiPSCs de ser usado num contexto clínico humano 2. Neste vídeo, apresentamos um procedimento para a reprogramação e analisar hiPSCs livre de fator livres de transgenes exógenos. Estes hiPSCs então pode ser analisado para anormalidades da expressão do gene específico do intrão contendo a lentivírus. Esta análise pode ser realizada utilizando reacção em cadeia da polimerase sensível quantitativa (PCR), que tem uma vantagem sobre as técnicas menos sensíveis anteriormente utilizada para detectar diferenças de expressão do gene 3. Conversão completa emboas práticas de fabrico clínico-grade (BPF) condições, permite relevância clínica humana. Nosso protocolo oferece um outro que os critérios de admissibilidade atuais irão se expandir e incluir caracterizados derivados baseados em hiPSC livre de fatores para aplicações terapêuticas para-humanos decorrentes hiPSCs GMP-grade, o que deverá eliminar qualquer risco de imunogenicidade devido aos antígenos não-humanos-forneceu metodologia. Este protocolo é amplamente aplicável a lentivirais reprogramado células de qualquer tipo e não fornece um método reprodutível para a conversão de células reprogramadas em condições GMP-grau.
As células humanas adultas demonstraram ser capazes de sofrer remodelação e reprogramação epigenética, como resultado da expressão baseada em lentivírus de quatro fatores-chave de transcrição4,5. Um avanço importante no campo da reprogramação foi o uso de um único de células-tronco lentivirais excisáveis (STEMCCA), que abrigava todos os quatro fatores de transcrição de reprogramação que permitiam uma proporção estequiométrica precisa da expressão da proteína6. Além disso, quando transduzido em uma multiplicidade específica de faixas de infecção, o STEMCCA pode levar a eventos de integração genômica predominantemente únicos durante o processo de reprogramação7. A introdução de uma versão excisável do STEMCCA, que utiliza a tecnologia Cre / loxP seguida pela excisão do vetor de reprogramação após a derivação da linhagem de células-tronco, permitiu que linhagens de células-tronco pluripotentes induzidas por humanos (hiPSC) livres de fatores fossem derivadas8. Além disso, a fim de melhorar as aplicações terapêuticas de hiPSCs, uma metodologia nova, rápida e prontamente aplicável para a conversão de linhagens celulares de grau de boas práticas de fabricação (GMP), de condições contendo xeno para condições livres de xeno, precisava ser implementada. Aqui, discutimos uma metodologia relevante que avalia com mais precisão as diferenças de expressão gênica integrada, especificamente quando integradas a um íntron, e a conversão celular de grau clínico em condições putativas de GMP.
Pesquisas anteriores usaram apenas análises transcricionais de microarray relativamente insensíveis para analisar as diferenças de expressão gênica em genes integrados após a transdução de STEMCCA3,9. Aqui, apresentamos a metodologia de análise de reação em cadeia da polimerase (PCR) quantitativa sensível, para examinar melhor as diferenças de expressão gênica integrada. É importante ressaltar que os critérios atuais de porto seguro descartam hiPSCs que possuem genes com integrações virais, limitando assim a aplicabilidade dessas células para terapêutica celular humana a jusante9. Propomos que o status quo pode mudar com o uso de hiPSCs intronicamente reprogramados totalmente caracterizados e livres de transgenes. Além disso, introduzimos um protocolo robusto de conversão celular de grau GMP que pode ser prontamente aplicado a uma variedade de tipos de células diferentes, que foram originalmente derivadas em condições contendo xeno10. Isso oferece oportunidades significativas para o desenvolvimento de futuros experimentos de reprogramação celular, que requerem condições de nível clínico para manter a relevância terapêutica humana.
Essas metodologias fornecem uma base sobre a qual os critérios atuais de porto seguro podem ser expandidos para incluir linhas hiPSC reprogramadas por STEMCCA caracterizadas que mantêm um perfil de expressão gênica normal após a excisão de STEMCCA do íntron integrado. Além disso, a conversão completa em condições de grau clínico, livres de antígenos animais não humanos, ajudará a incorporar muitos outros tipos de células, que foram previamente reprogramadas e caracterizadas apenas em condições contendo xeno. Essas metodologias, combinadas, são motivos persuasivos para a Food and Drug Administration (FDA) dos EUA considerar a expansão de sua aprovação limitada de terapias baseadas em células-tronco embrionárias humanas (ESC) para terapias baseadas em hiPSC11.
Recentemente, detalhamos a derivação de uma linha hiPSC livre de fator que foi totalmente caracterizada e convertida em condições putativas de grau clínico10. Aqui, detalhamos o protocolo para derivação de hiPSC utilizando o lentivírus STESCCA. Essas células-tronco passam por um processo de excisão seguido pela caracterização da expressão gênica. Finalmente, os hiPSCs são convertidos em condições de grau GMP por uma metodologia de conversão lenta.
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NOTA: Este método foi utilizado na pesquisa, publicada no incrédulo et al 10..
1. Reprogramação Adulto Human dérmica fibroblastos com STEMCCA
2. Vector Integração Análise Site e STEMCCA Excisão
3. A determinação quantitativa de Diferenças Gene expressão usando PCR quantitativo de Pré e Pós-hiPSCs excisadas
4. A conversão em condições GMP-grade
5. hiPSCs Caracterizar GMP-grade Post-excisadas
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Apresenta-se um protocolo para derivar hiPSCs livre de factor de grau clínico usando a abordagem baseada reprogramação por lentivírus STEMCCA. A Figura 1A mostra uma imagem representativa de três linhas de pré-excisada hiPSC diferentes, depois de reprogramação com a abordagem STEMCCA sobre uma camada de MEFs. A principal vantagem da abordagem de reprogramação STEMCCA reside no sucesso reprogramação consistente conseguida por vários cientistas, em diferentes grupos de pesquisa e locais. A Figura ...
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Nós descrevemos uma metodologia de derivar hiPSCs livre de fatores e de fazê-los clinicamente relevante, convertendo essas células em condições GMP grau de diferenciação celular downstream em futuras terapêuticas humanas. Embora este protocolo é amplamente aplicável a uma variedade de tipos de células, optou-se por reprogramar fibroblastos dérmicos humanos, devido à facilidade de extracção a partir do paciente e a sua aplicabilidade terapêutica humana personalizados. Uma vez que as limitações forem corrigidas, tanto qua...
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James A. Byrne (JAB) e Agustin Vega-Crespo recebem financiamento de pesquisa da Fibrocell Science, Inc. JAB é consultor científico da Fibrocell Science, Inc. Nenhum outro autor tem interesses conflitantes a divulgar.
Gostaríamos de agradecer a Patrick C. Lee, Cyril Ramathal e Saravanan Karumbayaram (SK) por sua assistência na realização dos experimentos de derivação e caracterização do iPSC; Aaron Cooper pela realização dos experimentos de análise iPSC; Vittorio Sebastiano e Renee A. Reijo Pera por dirigir os esforços iniciais de reprogramação; SK, William E. Lowry, Jerome A. Zack e Donald B. Kohn por dirigir o estabelecimento das instalações de GMP da UCLA permitindo a conversão e caracterização de iPSCs de grau clínico; Gustavo Mostoslavsky por nos fornecer o vetor de reprogramação policistrônica STECCA. Este trabalho é baseado em uma colaboração de pesquisa com a Fibrocell Science e a Iniciativa de Investigações Clínicas para Derivados Obtidos Mesenquimalmente Dérmicos (CIDMOD) para gerar terapias celulares personalizadas seguras. Este trabalho foi apoiado por financiamento do Centro Eli e Edythe Broad de Medicina Regenerativa e Pesquisa de Células-Tronco da UCLA, The Phelps Family Foundation, Fibrocell Science, Inc. e do UCLA CTSI Scholar's Award to JAB.
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| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Meios e reagentes | |||
| DMEM/F12 (meio basal) | Invitrogen (Carlsbad, CA, EUA) | 11330057 | |
| Soro bovino fetal | Invitrogen | 16000044 | |
| Meio essencial mínimo (MEM) aminoácidos não essenciais (NEAA), 100x | Invitrogen | 11140050 | |
| Glutamax, 100x | Invitrogen | 35050-061 | |
| PenStrep, penicilina-estreptomicina, 100x | Invitrogen | 15140-122 | Descongelar a 4 &graus; C, alíquota e armazenar em − 20 ° C |
| Knockout substituição do soro | Invitrogen | 10828028 | Descongelar a 4 &graus; C, alíquota e armazenar em − 20 ° C |
| Tripsina/EDTA, 0,5% | Invitrogen | 15400-054 | Diluir o estoque até 0,05% em 1x PBS |
| Fator básico de crescimento de fibroblastos | GlobalStem (Rockville, MD, EUA) | GSR-2001 | Reconstituir para 10 µ g/ml de estoque em 0,1% de albumina de soro bovino dissolvido em 1x PBS e armazenar em − 80 &graus; C |
| β-mercaptoetanol | Millipore (Billerica, MA, EUA) | ES-007-E | |
| Matrigel (matriz de membrana basal) | BD Biosciences (San Jose, CA, EUA) | 356231 | Dilua o frasco de Matrigel com 10 ml de DMEM/F12 enquanto estiver em gelo para uma diluição de 1:2. Alíquota e loja em − 20 °C. |
| CELLstart (Substrato Sintético) | Invitrogen | A1014201 | |
| Stemmolecule Y27632 | Stemgent (Cambridge, MA, EUA) | 04-0012-02 | |
| Puromicina | Invitrogen | A1113802 | |
| Sondas LightCycler 480 Master | Roche (Basileia, Suíça) | 4707494001 | |
| ProFreeze-CDM Médio/meio de congelamento | Lonza (Basileia, Suíça) | 12-769E | |
| Dimetilsulfóxido | Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, EUA) | D8418 | |
| PBS | Invitrogen | 14190-250 | |
| 100 BP DNA Ladder | Invitrogen | 15628019 | |
| SYBR Safe DNA Gel Stain 10,000x | Invitrogen | S33102 | |
| Agarose | Bio-Rad Laboratories, Inc. (Hercules, CA, EUA) | 161-3101 | |
| Gelatina, de pele suína | Sigma-Aldrich | G1890-100G | Faça estoque a 0,2% em PBS, autoclave e armazene em temperatura ambiente. |
| mTeSR1 | StemCell Technologies (Vancouver, BC, Canadá) | 5850 | Combine o suplemento 5x com o meio básico, alíquota e armazene a 4 ° C por até 2 semanas. |
| Stemedia NutriStem XF/FF Meio de Cultura | Stemgent | 05-100-1A | Descongelar a 4 &graus; C O / N, alíquota e armazenar em 4 ° C por até 2 semanas. |
| Primocin | InvivoGen (San Diego, CA, EUA) | ant-pm-1 | |
| Accutase (Reagente de Dissociação) | Invitrogen | A1110501 | |
| Donkey anti-Chicken IgG AlexaFluor 488 | Jackson ImmunoResearch (West Grove, PA, EUA) | 703-546-155 | |
| Agente de polibreno/transfecção | Millipore | TR-1003-G | |
| Plasticware 12 | |||
| poços | VWR (West Chester, PA, EUA) | 29442-038 | |
| Placas de 6 poços | VWR | 29442-042 | |
| Placas de 10 cm | de calibre 18 | Sigma-Aldrich | |
| Fisher Scientific (Pittsburgh, PA, EUA) | 148265D | ||
| Agulha de calibre 21 | Fisher Scientific | 14-829-10D | |
| Equipment | |||
| BD LSRII Flow Cytometer | KSystem by Nikon (Tóquio, Japão) | ||
| BD FACSDiva Versão 6.1.3 Software | BD Biosciences | ||
| Kits | |||
| PureLink Genomic DNA Mini Kit | Invitrogen | K182000 | |
| KAPA HiFi Hotstart ReadyMix PCR Kit | KAPA Biosystems (Wilmington, MA, EUA) | KK2601 | |
| Kit de isolamento de RNA de alta pureza | Roche | 11828665001 | |
| Transcritor Kit de síntese de cDNA de primeira fita | Roche | 4379012001 | |
| Sialix anti-Neu5Gc Basic Pack | Kit Sialix (Newton, MA, EUA) | Pacote básico | |
| Media | |||
| Mídia combinada 1 | StemCell Technologies e Stemgent | Consiste em partes iguais de mTeSR1 e Nutristem | |
| Meios combinados 2 | StemCell Technologies e Stemgent | Consiste em partes iguais de TeSR2 e Nutristem | |
| HUF Media | Dulbecco' s Águia modificada' s meio/F12 [DMEM/F12] suplementado com 10% de soro fetal bovino, 1x aminoácidos não essenciais, 1x Glutamax e 1x Primocin | ||
| Meio de células-tronco | DMEM/F12 suplementado com 20% de reposição de soro knockout, 1x Glutamax, 1x aminoácidos não essenciais, 1x Primocin, 1x β-mercaptoetanol e 10 ng/ml de fator básico de crescimento de fibroblastos. | ||
| DMEM/F12, Dulbecco' s Águia modificada' s médio/F12; PBS, solução salina tamponada com fosfato. |
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