Morfologia dos iPSCs tratados com DMSO
As iPSCs humanas derivadas de indivíduos de controle foram cultivadas em uma monocamada 2D aderente ou em esferas de células 3D em suspensão. Aproximadamente 24 h após o chapeamento inicial, as pilhas foram tratadas com o DMSO de 1% ou de 2% para 24 h no meio da manutenção. As imagens representativas do brightfield após o tratamento com DMSO são mostradas na Figura 1. Consistente com os relatórios precedentes para iPSCs mantidos em um monocamada3, o pré-tratamento de DMSO conduziu a uma diminuição dose-dependente transiente na taxa de crescimento em comparação às pilhas não-DMSO tratadas (Figura 1a). Esta proliferação diminuída é associada com um aumento no contato Cell-to-Cell, que é pronunciado especial nas pilhas tratadas DMSO de 2% que indicam a formação aumentada de umas colônias mais altamente aglomeradas da pilha. Em outros tipos de células, a parada G1 induzida pelo DMSO demonstrou estar associada ao aumento da expressão de proteínas envolvidas nas interações célula-célula que suportam a parada de crescimento induzida por inibição de contato36. Nos iPSCs mantidos como esferas de células 3D, o tratamento com DMSO aumentou de forma semelhante o número de esferas celulares (Figura 1B). Além disso, o tratamento com DMSO também resultou em tamanhos de esfera 3D menos variáveis, o que tem sido mostrado anteriormente como indicativo de melhoria da capacidade de diferenciação das células37. Importante, nem 1% ou 2% DMSO resultou em toxicidade celular, medida por contagens de viabilidade (n = 3; cultura 2D% ao vivo = controle: 80 ± 1,3; 1% DMSO: 82 ± 3,7, 2%: 81 ± 2,7; cultura 3D% ao vivo = controle: 81 ± 4,3; 1% DMSO: 82 ± 6,7, 2%: 82 ± 2,7). Globalmente, esses resultados são consistentes com a noção de que o tratamento com DMSO altera o ciclo celular e os padrões de crescimento em células-tronco cultivadas. Estes efeitos na inibição do crescimento são reversíveis quando o DMSO é removido do meio, como mostrado previamente3.
O tratamento com DMSO melhora a diferenciação de ESCs nas camadas germinativas primárias
HUES6 hESCs foram semeados em placas revestidas por 24 h seguidos de tratamento com DMSO 2% por 24 h no meio de manutenção. As células foram então diferenciadas nas três camadas germinativas primárias seguindo os paradigmas de tratamento mostrados na Figura 2a30,31,32. As pilhas diferenciadas foram fixadas então e manchadas imunologicamente para marcadores prototípica de cada camada germinal respectiva (SOX17 para o endoderm, o brachyury para o mesoderm, e o SOX1 para o ectoderm). Como mostrado na Figura 2B, 24 h de pré-tratamento com DMSO de 2% aumentaram a proporção de células expressando cada marcador de camada germinal respectivo. Isto é consistente com os relatórios precedentes de nosso laboratório que mostram o immunoreactivity aumentado, a expressão de Gene, assim como o número absoluto de pilhas diferenciadas para todas as camadas germinais em pilhas de haste tratadas com o DMSO3,5. HUES6 é uma linha de hESC com propensão muito baixa para a diferenciação através de todas as linhagens1, contudo o tratamento do DMSO melhora substancialmente sua capacidade para diferenciar-se através de todas as camadas do germe.
O tratamento com DMSO melhora a diferenciação com os tipos de células progenitoras
Para investigar o efeito do DMSO na diferenciação aos tipos da pilha do progenitor do CNS, os iPSCs humanos foram diferenciados às pilhas de progenitor neural (NPCs) ou às pilhas do progenitor do oligodendrocyte (OPCs). Para a geração de NPCs, as células foram pré-tratadas com DMSO 2% por 24 h no meio de manutenção seguida de 12 dias de diferenciação direcionada33 (Figura 3A). Como mostrado na Figura 3B, o pré-tratamento com DMSO de 2% aumentou a expressão do marcador NPC PAX6 em relação ao controle. Usando outro protocolo previamente validado34 (Figura 3C), os iPSCs foram diferenciados por 12 dias em OPCS. Semelhante aos NPCs, os OPCs derivados de iPSCs pré-tratados com DMSO 2% por 24 h demonstraram uma proporção de aumento de células que expressam marcadores OPC OLIG2 (Figura 3D).
Um tratamento DMSO inicial persiste para realçar a diferenciação em tipos maduros da pilha
Para investigar o efeito do DMSO nos últimos estágios de um protocolo de diferenciação, HUES8 hESCs foram pré-tratados por 24 h com DMSO 2% antes da diferenciação para as células β após um protocolo de diferenciação dirigido por 20 dias descrito na Figura 4a 35. HUES8 foram utilizados, pois mostraram-se previamente com maior propensão à linhagem endodérmica1,38. No estágio definitivo do endoderme, as pilhas diferenciadas expressam SOX17 e FOXA2, marcadores específicos do endoderme definitivo (DE). Com diferenciação mais adicional no estágio dos progenitores pancreatic (PP1), as pilhas diferenciadas expressam PDX1 e FOXA2, marcadores característicos de pilhas pancreatic do progenitor. Nessas fases de diferenciação das células pancreáticas, as eficiências de indução em DE e posteriormente em PP1 foram elevadas tanto para o controle quanto para as hESCs tratadas com DMSO diferenciadas em cada uma dessas etapas (Figura 4B, estágios 1 e 3). mesmo que a linha celular de HUES8 tenha sido anotada para ter a propensão aumentada para diferenciar-se na linhagem endodermal, porque a diferenciação é induzida mais mais nos tipos mais especializados da pilha nos estágios terminais os hESCs DMSO-tratados são muito mais probabilidade de produzir células endócrinas pancreáticas maduras. As eficiências de geração de células progenitoras pancreáticas PDX1/NKX 6.1 +, Neurogenin 3 + células endócrinas e células NKX 6.1/C-peptide + SC-β foram substancialmente maiores nas hESCs tratadas com DMSO (Figura 4B, estágios 4 e 5). Estes resultados estão em consonância com a diferenciação NPC e OPC mostrando que o DMSO aumenta o potencial de diferenciação para os tipos de células progenitoras e também demonstra que o efeito do DMSO é persistente na geração de tipos de células mais especializados. Isto é consistente com o trabalho prévio, onde temos demonstrado que o tratamento inicial de 24 h DMSO aumenta a diferenciação em tipos de células terminais através de camadas germinativas, incluindo em células neuronais, bem como batendo cardiomiócitos31,39 em linhas celulares com propensões elevadas ou pobres para diferenciação3.
O tratamento inicial de DMSO melhora a função de célula derivada de hESC após transplante in vivo
Previamente, nós Demonstramos a eficácia do tratamento do DMSO em realçar a diferenciação de hESCs em pilhas pancreatic funcionais do progenitor que mostram mais tarde uma melhoria marcada na secreção do insulin in vivo3. Usando os protocolos previamente publicados3,30,40, HUES8 hESCs foram tratados com o DMSO de 1% para 24 h, diferenciados em pilhas pancreatic do progenitor, e transplantados em ratos scid-bege imuno-deficientes para avaliar (por exemplo, secreção de insulina em resposta a um desafio de glicose ou estimulação KCl) (Figura 5a). Enquanto as eficiências de diferenciação em FOXA2 + (~ 90%) e PDX1 + (~ 75%) os progenitores pancreatic eram comparáveis entre o controle e o DMSO-tratou hESCs (Figura 5B) para a linha de HUES8 hESC, as pilhas diferenciadas dos hESCs que seguem um tratamento de 24 h 1% DMSO tinham melhorado a compreensibilidade à glicose e ao KCl estimulação após o transplante in vivo. Melhorias na funcionalidade foram evidentes dentro de 2 semanas após o transplante (Figura 5C) e persistiu até pelo menos 16 semanas após o transplante (Figura 5D). Tomados conjuntamente, estes resultados sugerem que o pré-tratamento de DMSO aumente não somente a eficiência da diferenciação às camadas do germe, às pilhas do progenitor, e aos tipos mais maduros da pilha, mas igualmente que persiste para realçar a funcionalidade das pilhas diferenciadas in vivo.
| Tipo de célula diferenciado | Iniciando o tipo de célula | % DMSO | Comprimento do tratamento DMSO | Comprimento do tratamento DMSO |
| Células hepáticas | Esc Linha celular hepatoma Esc Esc Células-tronco mesenquimais iPSCs Esc Esc Linha celular hepatoma Esc | 1,0 1,0 1,0 0,5 0.1-2,0 1,0 1,0 0,5 1,0 0,6 | de 8 dias Vários dias de 7 dias 10-14 dias 7-21 dias de 7 dias de 4 dias de 5 dias 2-21 dias Ao longo | Basma et al., 2008 Kanebratt e Andersson, 2008 Hay et al., 2009 Duan et al., 2010 Alizadeh et al., 2014 Kondo et al., 2014 Szkolnicka et al., 2014 Czysz et al., 2015 Nikolaou et al., 2016 VANHOVE et al., 2016 |
| Camadas germinativas primárias | ESCs e iPSCs hESC hESC | 0.1-2,0 0,5 0.1-2,0 | 24 horas 24 horas 24 horas | Chetty et al., 2013 Chetty et al., 2015 Li et al., 2018 |
| Células cardíacas | ESCs e iPSCs P19 células ESCs e iPSCs Células-tronco mesenquimais fetais | 0.1-2,0 1,0 1,0-2,0 0,8-1,0 | 24 horas de 4 dias 24-30 horas 24 horas | Chetty et al., 2013 Choi et al., 2014 Van den Berg et al., 2016 Deng et al., 2017 |
| Células pancreáticas | ESCs e iPSCs hESC | 0.1-2,0 0,5 | 24 horas 24 horas | Chetty et al., 2013 Chetty et al., 2015 |
| Células musculares lisas | P19 células | 1,0 | de 4 dias | Choi et al., 2014 |
| Células endoteliais | P19 células | 1,0 | de 4 dias | Choi et al., 2014 |
| Enterócitos | iPSCs | 0-1,6 | de 4 dias | Ogaki et al., 2015 |
| Epitélio intestinal | iPSCs | 0-1,6 | de 4 dias | Ogaki et al., 2015 |
| Células neurais | Marmoset iPSC | 0,05-2,0 | 24 horas | Qiu et al., 2015 |
| Neutrófilos | Linha celular de leucemia | 1,25 | 6-8 dias | Teimourian e Moghanloo, 2016 |
| Miotubos esqueléticos | iPSCs | 1,5 | 24 horas | Swartz et al., 2016 |
| Organoide cortical | os hiPSCs | 1,0 | 24 horas | Yoon et al., 2018 |
Tabela 1: Resumo do trabalho previamente publicado demonstrando os efeitos benéficos do tratamento com DMSO na diferenciação.
| S1 | S2 | S3 | S5 |
| MCDB131 (L) | 1 | 1 | 1 | 1 |
| Glicose (g) | 0,44 | 0,44 | 0,44 | 3,6 |
| NaHCO3 (g) | 2,46 | 1,23 | 1,23 | 1,754 |
| FAF-BSA (g) | 20 | 20 | 20 | 20 |
| ITS-X (mL) | 0, 2 | 0, 2 | 5 | 5 |
| Glutamax (mL) | 10 | 10 | 10 | 10 |
| Vitamina C (mg) | 44 | 44 | 44 | 44 |
| Heparina (mg) | 0 | 0 | 0 | 10 |
| P/S (mL) | 10 | 10 | 10 | 10 |
Tabela 2: componentes do medias da base da diferenciação da pilha do progenitor da glândula endócrina.

Figura 1 : O tratamento DMSO altera o crescimento de hPSCs. (A) imagens representativas do brightfield de hipscs chapeadas em um monocamada após ter recebido nenhum tratamento (controle) ou tratamento com 1% ou 2% DMSO para 24 h. DMSO promove uma inibição de crescimento dose-dependente transiente de iPSCs. (B) imagens representativas do brightfield de hipscs chapeadas em placas do baixo-acessório para permitir a formação da esfera 3D após ter recebido nenhum tratamento (controle) ou tratamento com 1% ou 2% DMSO para 24 h. o tratamento de DMSO conduz à formação menos variável da esfera 3D comparado ao controle. Barra de escala = 500 μm. por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2 : O tratamento DMSO melhora a diferenciação de hPSCs para camadas germinativas primárias. (A) esquema de protocolos de diferenciação utilizados para gerar as três camadas germinativas primárias. (B) imagens representativas de HUES6 hESCs diferenciados imunolabeled para SOX17 (endoderma), brachyury (mesoderma), e SOX1 (ectoderma). O pré-tratamento com DMSO de 2% para 24 h aumentou a eficiência da diferenciação através de todas as três camadas do germe. Porcentagens de células diferenciando-se em SOX17 + endodérmica, brachyury (Brachy) + mesodérmica, ou SOX1 + células ectodérmicas após a diferenciação direcionada em cada camada germinativa de controle e os hESCs tratados com DMSO são observados com SEM de três repetições biológicas . Teste t não pareado: endoderma p = 0, 3; mesoderma p = 0, 47; ectoderma p = 0, 15. Barra de escala = 50 μm. por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3 : O tratamento com DMSO melhora a diferenciação para os tipos de células progenitoras neurais. (A) esquema de protocolo de diferenciação utilizado para gerar células progenitoras neurais (NPCs). (B) imagens representativas de iPSCs humanos diferenciadas em NPCs imunolabeled para Pax6. 24 h de pré-tratamento com 2% de DMSO aumentou o número PAX6 células positivas. As porcentagens das pilhas que diferenciam em Pax6 + NPCs que seguem a diferenciação dirigida do controle e os iPSCs humanos DMSO-tratados são anotados com SEM de três repetições biológicas. Teste t não pareado: p = 0, 225. Barra de escala = 200 μm. (C) esquema de protocolo de diferenciação utilizado para gerar células progenitoras de Oligodendrócito (OPCS). (D) imagens representativas de iPSCs humanos diferenciadas em OPCS imunolabeled para marcadores OPC Olig2. 24 h de pré-tratamento com DMSO 2% aumentaram a expressão de ambos os marcadores OPC em comparação com o controle. As porcentagens das pilhas que diferenciam em Olig2 + OPCs que seguem a diferenciação dirigida do controle e os iPSCs humanos DMSO-tratados são anotados com SEM de quatro repetições biológicas. Teste t não pareado: p = 0, 466. Barra de escala = 50 μm. por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 4 : O tratamento DMSO aumenta o potencial de diferenciação terminal de hPSCs. (A) esquema de uma diferenciação dirigida de ~ 20 dias de HUES8 hESCs em pilhas pancreatic terminalmente diferenciadas da glândula endócrina. (B) imunocoloração para os marcadores indicados em cada estágio de diferenciação após a diferenciação direcionada de células de controle não tratadas e células pré-tratadas com DMSO a 2% durante 24 h. O tratamento inicial do DMSO persiste para aumentar a diferenciação em tipos terminais da pilha da glândula endócrina nos últimos estágios da diferenciação dirigida. As porcentagens de células diferenciando-se nos marcadores indicados em cada estágio de diferenciação após a diferenciação direcionada de controle e as hESCs tratadas com DMSO são observadas com MEV de duas a quatro repetições biológicas. Barra de escala = 200 μm. por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 5 : O tratamento inicial de DMSO de hPSCs realça a resposta da glicose depois da transplantação de pilhas pancreatic do progenitor in vivo. (A) esquema de diferenciação dirigida (~ 15 dias) de HUES8 hESCs em células progenitoras PANCREÁTICAS (PP2) após nenhum tratamento (controle) ou um tratamento DMSO de 24 h 1% e subsequente transplante (5 milhões células) em imunodeficiências Camundongos SCID-bege. (B) percentual de células diferenciando-se em células progenitoras PANCREÁTICAS PDX1 + e FOXA2 + após a diferenciação dirigida in vitro de controle e hESCs tratados com DMSO imediatamente antes do transplante (n = 1). (C) medidas Elisa médias da insulina humana do soro de camundongos após um desafio de glicose baixa (2,5 mm) ou alta (15 mm) ou cloreto de potássio (KCl) a (c) 2 semanas e (D) 16 semanas após o transplante de pâncreas células progenitoras diferenciadas de controle e hESCs tratados com DMSO (barras de erro = SEM; n = 3 em 2 semanas e 16 semanas para controle; n = 2 em 2 semanas e 16 semanas para DMSO). ANOVA bidirecional: p = 0, 51 para controle versus DMSO em 2 semanas; p = 0, 116 para controle vs. DMSO às 16 semanas. Os camundongos estudados nos diferentes pontos temporais são diferentes. Os resultados são adaptados de Chetty et al.3. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.