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A diferenciação de progenitor hepático das linhas hESC (H9) e hiPSC (P106) foi realizada seguindo o protocolo stepwise descrito na Figura 2. Aqui, as células-tronco pluripotentes foram semeadas como células únicas em placas revestidas de LN-521 antes do início da diferenciação. A confluência celular é a chave para uma diferenciação robusta e reprodutível. Uma vez alcançada a confluência certa(Figura 2),a diferenciação foi iniciada. No dia 5, a especificação definitiva do endoderm foi avaliada via expressão Sox17. Em ambas as linhas celulares, sox17 foi altamente expresso com 80% ± 0,5% e 87,8% ± 0,5% SEM de células Sox17-positivas para H9 e P106, respectivamente (Figura 3). No dia 10, progenitores hepáticos exibiram uma morfologia semelhante a paralelepípedos(Figura 2). Além disso, foi avaliada a especificação progenitora hepática para a expressão HNF4α, AFP, ALB e citokeratin-19 (CK19), bem como a secreção de proteínas AFP e ALB10,15,22 (Figura 4). Tanto as culturas progenitoras hepáticas H9 quanto P106 expressaram marcadores hepáticos fetais como HNF4α (91% ± 0,5% e 90% ± 0,2%), AFP (89,7% ±1,8% e 86% ± 1,2%), e CK19 (78,5% ± 3,2% e 83,6± 1,8%)(Figura 4). A secreção da AFP foi detectada no dia 10 em ambas as linhas celulares (32,4 ± 1,6 e 47,8 ± 5,9 ng/mL/mg/24 h)(Figura 5). A síntese de albumina foi observada em níveis mais baixos (30,7% ± 1,8% e 27,2% ± 1,1%)(Figura 4) e não foi detectada via ELISA (Figura 5).
O protocolo permitiu a produção padronizada de progenitores hepáticos de 24 placas de poços para 96 poços. Um gasoduto semi-automatizado foi empregado para produzir 96 placas de poços de progenitores hepáticos das linhas celulares H9 e P106, como descrito anteriormente17. A variabilidade do número celular e a eficiência de diferenciação de progenitor hepático foi avaliada por meio da quantificação da expressão HNF4α. A segmentação celular foi realizada para quantificação proteica via imunofluorescência utilizando um instrumento de imagem de alto teor(Figura 1). No dia 10, progenitores hepáticos não apresentaram variabilidade significativa entre linhas com >94% das células HNF4α positivas por poço para H9 e 97% células HNF4α positivas para P106 (Figura 6).

Figura 1: Visão geral dogasoduto de segmentação celular. (A) Utilizando a imagem original, (B)a coloração nuclear foi utilizada para a segmentação de núcleos. (C) Uma etapa de controle de qualidade de segmentação nuclear baseada na forma e no tamanho foi realizada apenas para quantificar núcleos claramente segmentados. (D) Após isso, foram quantificados núcleos hnf4α-manchados positivos. (E) Finalmente, foi empregado um limiar baseado em intensidade para identificar células expressas hnf4α. Em C e E,núcleos verdes representam células selecionadas e núcleos magenta indicam células descartadas. Barra de escala = 50 μm. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2: Diferenciação de progenitor hepático dos hPSCs. (A) Representação esquemática do protocolo de diferenciação de progenitor hepático. (B) Imagens representativas destacando as alterações morfológicas durante a diferenciação. No dia 0 (D0), os hPSCs apresentavam uma monocamada embalada de células. Na sequência, os hPSCs foram preparados para o endoderm definitivo no dia 5 (D5). Isso foi seguido pela diferenciação de progenitor hepático no dia 10 (D10). Progenitores hepáticos exibiram uma morfologia celular semelhante a paralelepípedos. Barra de escala = 75 μm. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3: Caracterização da especificação definitiva do endoderm. No dia 5, as células foram manchadas para Sox17, um marcador definitivo de endoderme. O percentual de células sox17 positivas foi de 80 ± 0,5% para H9 e 87,8 ± 0,5% para P106. A quantificação percentual foi baseada em 10 poços separados com 6 campos de visão por poço. Os dados são mostrados como a barra média ± SEM. Escala = 50 μm. Por favor clique aqui para ver uma versão maior deste número.

Figura 4: Caracterização progenitora hepática. No dia 10, progenitores hepáticos foram manchados por marcadores hepáticos(A) HNF4α,(B) AFP e(C) ALB. Para o H9, o percentual de células positivas foi de 91% ± 0,4%, 89,7% ± 1,8%, e 30,7% ± 1,8% para HNF4α, AFP e ALB, respectivamente. Para P106, o percentual de células positivas foi de 90% ± 0,2%, 86% +/- 1,2%, e 27,2% ± 1,1% para HNF4α, AFP e ALB, respectivamente. (D) O potencial de linhagem de cólitos foi avaliado via expressão CK19; Progenitores hepáticos derivados do H9 expressaram 78,5% ± 3,2% células CK19 positivas, enquanto 83,6% ± 1,8% das células CK19 positivas foram observadas para progenitores hepáticos P106. A coloração da imunoglobulina G (IgG) foi usada como controle de coloração. A quantificação percentual foi baseada em 10 poços separados com 6 campos de visão por poço. Os dados são mostrados como a barra média ± SEM. Escala = 50 μm. Por favor clique aqui para ver uma versão maior deste número.

Figura 5: Análise de secreção de proteína progenitora hepática. A secreção de alfa fetoproteína (AFP) e albumina (ALB) foi analisada em culturas progenitoras hepáticas no dia 10 em H9 e P109. Os dados representam três réplicas biológicas e as barras de erro representam o SD. As proteínas secretadas foram quantificadas a partir do meio de cultura 24h como nanogramas de proteína secretada por mL por mg de proteína, n = 3; ND = não detectado. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 6: Avaliação da variabilidade bem-para-bem em placa de 96 poços. (A) Visualização de uma visão de placa de 96 poços de progenitores hepáticos derivados de H9 manchados com HNF4α. (B) Quantificação das células HNF4α-positivas. Média do número de células por poço em fileiras, de seis campos de visão por bem quantificado. O número médio de células em toda a placa foi de 94,81% ± 0,22 SEM HNF4α-positivas por poço. Não foram observadas diferenças estatisticamente significativas entre os poços. (C) Visualização de uma visão de placa de 96 poços de progenitores hepáticos derivados P106 manchados com HNF4α. (D) Quantificação de células HNF4α-positivas. O número médio de células por poços em fileiras, de seis campos de visão por poço e quantificado. O número médio de células em toda a placa foi de 97,7% ± 0,57 SEM HNF4α-positivas por poço. Não foram observadas diferenças estatisticamente significativas entre as linhas. Bem H12 foi usado como um controle de coloração imunoglobulina G (IgG). Barra de escala = 1 mm. Anova unidirecional com os testes estatísticos pós-hoc de Tukey foram empregados. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
| Formato da placa | Área de superfície (cm2) | Células por cm2 | Células totais por poço | Volume de distribuição (mL) | Concentração celular (células/ml) |
| Placa de 24 poços | 1.9 | 210526 | 400000 | 0.5 | 800000 |
| Placa de 96 poços | 0.32 | 187500 | 60000 | 0.05 | 1200000 |
Tabela 1: Densidade celular recomendada para os diferentes formatos de placa para as linhas de células hPSC utilizadas neste protocolo.