ПРИМЕЧАНИЕ: Информация о поставщике для всех реагентов, используемых в этом протоколе, указана в таблице 1 и списке материалов. Все растворы и оборудование, контактирующие с клетками, должны быть стерильными, и в соответствии с этим следует использовать асептическую технику. Если не указано иное, проводите инкубацию всех культур во влажном 37 °C и 5%CO2 инкубаторе. В этом протоколе все дифференцировки выполняются в 6-луночных планшетах, в которые засеваются ИПСК После дифференцировки и очистки клетки могут быть диссоциированы и повторно покрыты для последующего использования.
1. Подготовка среды
- Для среды E8 приготовьте исходный раствор для каждого компонента среды (NaHCO3, L-аскорбиновая кислота 2-фосфат, селенит натрия, трансферрин, инсулин, FGF2, TGFB1) и храните растворы при температуре -20 °C. Добавьте соответствующее количество исходных растворов во флакон DMEM/F12 и отфильтруйте для стерилизации. Концентрация раствора и настройка реакции для исходных компонентов и среды Е8 приведены в таблице 1.
- Для получения раствора внеклеточного матрикса разморозьте матрикс базальной мембраны (обычно поставляемый в концентрации 10 мг/мл) при 4 °C O/N. Матригель обычно используется для культивирования плюрипотентных стволовых клеток, поскольку плюрипотентные стволовые клетки человека могут хорошо адгезировать к этому материалу с помощью альфа-6-бета-1 интегрина9. После размораживания внесите аликвоты 2,25 мг (250 μл) на лед с помощью ледяных наконечников и трубок для пипеток и храните аликвоты при температуре −80 °C.
- При предварительном покрытии планшетов ВКМС разморозьте и аликвотируйте раствор внеклеточного матрикса (ВКМС) на льду. Смешайте ECMS и ледяную среду DMEM/F12 в соотношении 1:200 на льду. Храните в прохладном месте, чтобы предотвратить преждевременное затвердевание ECMS.
- Для RPMI/B27 без инсулиновой среды добавьте 10 мл B27 Minus Insulin в 500 мл среды RPMI.
- Для среды RPMI/B27 (с инсулином) добавьте 10 мл добавки B27 (с инсулином) и 5 мл антибиотика Pen-strep в 500 мл среды RPMI.
- Для среды с низким содержанием глюкозы добавьте 10 мл добавки B27 и 5 мл антибиотика Pen-strep в 500 мл среды RPMI, не содержащей глюкозы.
- Для среды для замораживания/криоконсервации смешайте фетальную бычью сыворотку с диметилсульфоксидом (ДМСО) в соотношении 9:1. Замораживающая среда может храниться до 1 месяца при температуре 4 °C.
ПРИМЕЧАНИЕ: Все среды должны быть отфильтрованы и храниться при температуре 4 °C и использоваться в течение 2 недель, если не указано иное. Если не указано иное, все используемые ниже объемы реагентов/растворов предназначены для одной лунки в 6-луночном планшете.
2. Предварительное покрытие 6-луночных планшетов с помощью ECMS
- Сделайте ECMS, смешав матрицу базальной мембраны (например, Matrigel) с ледяной средой DMEM/F12 в соотношении 1:200, затем нанесите по 2 мл свежеприготовленной ECMS в каждую лунку для получения 6-луночного планшета. Каждая лунка в 6-луночном планшете будет получать примерно 90 мг ECMS.
- Инкубируйте планшеты с покрытием ECMS в течение 1 часа при 37 °C. Непосредственно перед нанесением покрытия на ячейки аспирируйте раствор DMEM/F12 из каждой лунки. После этого пластины будут готовы к приему клеток.
3. Размораживание замороженных ИПСК
ПРИМЕЧАНИЕ: Внимательно следуйте этой процедуре, так как она может привести к оптимальному культивированию и последующей дифференциации ИПСК в ИПСХ-СМ после цикла замораживания/размораживания.
- Разморозьте по одному флакону ИПСК для каждой лунки 6-луночного планшета. Приготовьте коническую пробирку объемом 15 мл с 9 мл холодной среды Е8 с ингибитором ROCK (10 мкМ) для каждого флакона. Ингибитор ROCK улучшает выживаемость ИПСК после криоконсервации10. Держите флаконы на водяной бане при температуре 37 °C, чтобы разморозить ячейки, пока не останется кристалл льда диаметром примерно 5 мм.
- Опрыскайте внешнюю сторону флаконов 70% этанолом. Протрите флаконы папиросной бумагой перед тем, как переместить их в стерильный ламинарный колпак.
- Переложите ячейки в подготовленную коническую трубку. Один раз промойте флакон 500 μл среды E8 и переложите среду, содержащую размороженные клетки, в ту же коническую пробирку. Центрифугируйте при RT в течение 4 мин при 200 x g.
- После центрифугирования отсадите надосадочную жидкость и аккуратно ресуспендируйте клеточную гранулу 2 мл среды Е8 с ингибитором ROCK (10 мкМ). Перенесите ресуспензионные элементы в одну лунку 6-луночного планшета, предварительно покрытого ECMS.
- Замените среду на среду E8 без ингибитора ROCK после 24 часов культивирования. Клетки должны прилипнуть к этому времени.
4. Пассаж гиПСК
- Как правило, гиПСК пассируются после достижения 75%-80% конфлюенции в 6-луночном планшете. Аспирируйте питательную среду. Быстро промойте лунки 1 мл стерильного, RT PBS. Аспират PBS.
- Добавьте 500 мкл 0,5 мМ ЭДТА или 1 раствор для отслоения клеток (например, Аккутазу) и инкубируйте в течение 1-7 мин при РТ. Подходящее время для инкубации ЭДТА зависит от линии hiPSC. Ожидайте увидеть видимое скручивание или утолщение колоний по краям, так как это будет указывать на то, что ЭДТА или раствор для отслойки клеток готов к удалению.
- Аспирируйте ЭДТА или раствор для отслойки клеток. Добавьте 1 мл среды Е8 с добавлением 10 μМ ингибитора ROCK. Вытесните колонии HiPSC в лунке путем многократного дозирования вверх и вниз и распыления колоний с помощью пипетки P1000. После завершения колонии должны быть разбиты на 5-10 клеточных групп.
- Переложите колонии, взвешенные в 1 мл среды Е8 с ингибитором ROCK, в коническую пробирку объемом 15 мл.
- Разбейте крупные клеточные комки на мелкие комки в среде E8. Добавьте в клеточную суспензию соответствующий объем среды Е8 с ингибитором для разбавления клеток. Объем среды, добавляемой для разбавления, зависит от плотности ячеек и количества лунок, которые необходимо засеять. В идеале одна лунка с конфлюентным содержанием ИПСК на 80% должна быть разбавлена в соотношении 1:12.
- Добавьте 11 мл среды Е8 с ингибитором ROCK к имеющемуся 1 мл клеточного раствора в вышеупомянутой конической пробирке объемом 15 мл для получения разведения 1:12.
- Далее растирайте клеточные комки на мелкие клеточные фрагменты (лучше всего около 50-200 клеток в каждом фрагменте). Избегайте чрезмерного растирания, так как это снижает выживаемость клеток.
- Отсадите ЭКМС из предварительно покрытых пластин и добавьте по 2 мл ресуспендированных клеток в каждую лунку. Примерно 100 000 ячеек на лунку 6-луночного планшета является идеальным вариантом. Стремитесь равномерно распределить ячейки вокруг лунки, чтобы избежать скопления ячеек в центре лунки.
- После 24 часов культивирования замените среду на среду E8 без ингибитора ROCK. Меняйте питательную среду каждые 24 часа до тех пор, пока клетки не станут на 80% сливающимися. Затем клетки снова готовы к прохождению. Обычно требуется 3-6 дней между проходами, чтобы достичь 80% слияния.
5. Замораживание hiPSC
ПРИМЕЧАНИЕ: Внимательно следуйте этой процедуре, так как она может привести к оптимальному культивированию и последующей дифференциации ИПСК в ИПСХ-СМ после цикла замораживания/размораживания.
- Маркируйте криогенные пробирки с указанием названия клеточной линии, типа клетки, номера пассажа и даты замораживания. В качестве общей рекомендации, используйте один флакон на каждую лунку 6-луночного планшета. Приготовьте коническую пробирку объемом 15 мл, заполненную 9 мл среды Е8 с ингибитором ROCK (10 мкМ). Приготовьте среду для заморозки с 90% FBS и 10% DMSO и держите среду при температуре 4 °C до использования.
- Отсадить питательную среду, добавить 500 мкл 0,5 мМ ЭДТА или 1x раствор для отслойки клеток и инкубировать в течение 2-7 мин при ЛТ. Продолжительность воздействия ЭДТА или раствора клеточной отслойки варьируется от клеточной линии к клеточной линии.
- Аспират ЭДТА или раствор для отслойки клеток. Добавьте 1 мл среды Е8.
- Вытесните колонии HiPSC в лунке с помощью пипетирования вверх и вниз и распыляя колонии с помощью пипетки P1000. Колонии не следует разбивать на группы размером менее 100 клеток. Перенесите взвешенные элементы в подготовленную коническую трубку, содержащую Е8. Центрифугируйте при RT в течение 4 мин при 200 x g.
- Отсадите надосадочную жидкость и добавьте в гранулу 500 μл холодного замораживающего средства. Повторно суспендируйте гранулу пипетированием один-два раза. Выживаемость клеток улучшается за счет содержания клеток в больших скоплениях.
- Перенесите ресуспендированные клетки в меченую криогенную пробирку. Быстро переместите флаконы в контейнер для заморозки, содержащий изопропанол, который обеспечит постепенное охлаждение. Подержите контейнер с ячейками при температуре -80 °C в течение 24 часов, затем переведите ячейки в жидкий азот для длительного хранения.
6. Сердечная дифференцировка иПСК человека
ПРИМЕЧАНИЕ: Все медиа должны быть по крайней мере в RT при добавлении.
- После диссоциации с ЭДТА или 1x раствором для отслоения клеток засейте около 100 000 человеческих ИПСК на 6-луночных культуральных планшетах с покрытием ECMS для дифференцировки (те же этапы, что и процедуры пассирования клеток). Когда клетки достигнут 85% конфлюенции, смените среду на RPMI/B27 без инсулина с 6 мкМ ингибитором GSK3-бета CHIR99021 (CHIR) и поддерживайте в течение 48 часов.
- Через 48 ч замените культуральную среду, содержащую CHIR, на RPMI/B27 без инсулиновой среды и оставьте в покое на 24 ч (до 3-го дня).
- На 3-й день смените среду на RPMI/B27 без инсулина с 5 μМ ингибитором Wnt IWR1 и поддерживайте в течение 48 часов (до 5-го дня).
Примечание: Ингибирование Wnt также может быть предпринято с использованием других низкомолекулярных соединений, как описано в болееранних исследованиях. IWR1 был выбран среди других низкомолекулярных ингибиторов Wnt из-за увеличенного диапазона, в котором было показано, что он эффективен в ингибировании передачи сигналов Wnt11.
- На 5-й день измените среду обратно на RPMI/B27 без инсулиновой среды и оставьте на 48 часов (до 7-го дня).
- На 7-й день замените среду средой RPMI/B27 (с инсулином) и после этого заменяйте среду каждые 3 дня той же средой. Спонтанное биение кардиомиоцитов должно быть впервые заметно примерно на 8-10 день.
7. Очищение кардиомиоцитов человека с помощью глюкозного голодания
- На 10-й день после дифференцировки смените среду в каждой лунке 6-луночного планшета на 2 мл среды с низким содержанием глюкозы и поддерживайте клетки в этой среде в течение 3 дней (до 13-го дня).
- На 13-е сутки верните клетки в среду RPMI/B27 (с инсулином).
- По желанию, реплейтируйте кардиомиоциты перед вторым раундом глюкозного голодания, чтобы помочь высвободить некардиомиоциты из культивальной пластины, что позволяет легче диссоциировать некардиомиоциты во время глюкозного голодания.
- На 13-й день аспирируйте среду, промойте один раз PBS и диссоциируйте клетки на отдельные клетки с помощью 500 μл фермента диссоциации клеток в течение 5 минут при 37 °C. В частности, после 5 минут обработки ферментами используйте пипетку объемом 1000 μл для ручной диссоциации кардиомиоцитов из 6-луночного планшета, многократно вытягивая фермент диссоциации клеток и распыляя его на монослой кардиомиоцитов. Для диссоциации кардиомиоцитов на отдельные клетки может потребоваться до 30 повторений пипетирования.
- После того, как клетки диссоциированы и находятся в одноклеточной форме, соберите все клетки в коническую пробирку объемом 15 мл, заполненную 5 мл среды RPMI/B27 с инсулином, чтобы разбавить фермент диссоциации клеток, и центрифугируйте в течение 4 мин при 200 x g. Аспиратируйте и выбросьте надосадочную жидкость.
- Повторно суспензируйте клетки с помощью среды RPMI/B27 объемом 2 мл и поместите ее на новую 6-луночную пластину с покрытием ECMS. Как правило, более высокая конфлюенция кардиомиоцитов помогает выживанию клеток во время реплатинга. Стремитесь к замене 2 миллионов клеток на новую 6-луночную чашку для оптимальной выживаемости во время замены.
- На 14-й день измените среду обратно на 2 мл среды с низким содержанием глюкозы для второго цикла депривации глюкозы. Культивируйте клетки в этом состоянии с низким содержанием глюкозы в течение еще 3 дней. Большинство некардиомиоцитов погибнут в этом состоянии культивирования с низким содержанием глюкозы.
- На 17-й день замените среду на 2 мл среды RPMI/B27 с инсулином. Остальные клетки будут представлять собой высокоочищенные кардиомиоциты. Эти кардиомиоциты могут быть использованы для анализа экспрессии генов, скрининга лекарств, метаболического анализа и различных других последующих анализов.