Summary
该协议描述了人类诱导多能干细胞的巨噬细胞的强健生成，以及其后续表征的方法。细胞表面标记表达、基因表达和功能测定用于评估这些iPSC衍生巨噬细胞的表型和功能。
Abstract
巨噬细胞存在于大多数脊椎动物组织中，包括广泛分散和异构细胞群，具有不同的功能。他们是健康和疾病的关键参与者，在免疫防御和调解营养、维护和修复功能期间充当邻形细胞。虽然已经能够研究人类巨噬细胞功能所涉及的一些分子过程，但事实证明，将基因工程技术应用于原生人类巨噬细胞是很困难的。这大大阻碍了我们询问巨噬细胞生物学中复杂的遗传途径的能力，并为特定疾病状态生成模型的能力。因此，人类巨噬细胞的现成来源，能够适应庞大的遗传操纵技术库，因此，它将在这一领域提供一个宝贵的工具。我们提出了一个优化的协议，允许从人类诱导多能干细胞（iPSCs）在体外生成巨噬细胞。这些 iPSC 衍生的巨噬细胞 （iPSC-DM） 表示人类巨噬细胞表面标记，包括 CD45、25F9、CD163 和 CD169，我们的活细胞成像功能测定表明它们表现出强大的噬菌体活性。培养的iPSC-DM可以激活到不同的巨噬细胞状态，通过添加LPS和IFNg、IL4或IL10来显示改变的基因表达和噬菌体活性。因此，该系统提供了一个平台，以生成携带基因改变的人类巨噬细胞，模拟特定的人类疾病，并为药物筛选或细胞治疗细胞治疗细胞治疗细胞来源，以治疗这些疾病。
Introduction
胚胎干细胞 （ESCs） 和诱导多能干细胞 （iPSCs） 代表一种自我更新的细胞源，可以分化以生成所有三个生殖层谱系的细胞。允许基因操纵人类多能干细胞（PSCs）的技术，如锌手指核酸酶、TALENS和CRISPR-Cas9，彻底改变了医学研究11、2、3、4。2,3,4当主要感兴趣的细胞难以扩展和/或体外维持时，或难以遗传操作时，人类PSCs的基因操纵是一个特别有吸引力的策略，例如巨噬细胞55、6、7、8、9。6,7,8,9由于人类 iPSC 可以从任何体细胞派生，它们规避了与 ESC 相关的道德限制，并提供提供个性化药物的策略。这包括患者特定的疾病建模、药物测试和自体细胞治疗，降低免疫排斥和感染的风险66，8，10，11。8,10,11
描述iPSC巨噬细胞生成的协议包括一个三步过程，包括：1） 胚胎体生成;2） 悬架中造血细胞的出现;3） 终端巨噬体成熟。
三维骨料的形成，称为胚胎体（EB），可启动iPSCs的分化。骨形态遗传蛋白（BMP4）、干细胞因子（SCF）和血管内皮生长因子（VEGF）被添加，以推动间质蛋白规格，并支持新兴的造血细胞77，8，9，11，12。8,9,11,12EBs内的不同细胞也启动内源信号通路（如Wnt和Activin）的激活。某些差异化协议不会经过 EB 形成阶段。在这些情况下，Wnt 和 Activin 信号调节器，如重组人类 Activin A 和/或 Chiron，以单层格式13、14、15,15添加到13,区分的 iPSC 中。在这里，我们专注于使用EB形成的协议。对于分化的第二步，EB 被镀在粘附表面上。这些附属细胞然后暴露于细胞因子，促进包括造血细胞和骨髓祖体的悬浮细胞的出现。在这些体外培养条件下，白细胞-3（IL3）可能支持造血干细胞-祖细胞形成和增殖16、17，以及骨髓前体16,增殖和分化18。巨噬细胞群落刺激因子（CSF1）支持骨髓细胞的产生及其分化对巨噬细胞19、20。19,在分化的第三阶段，这些悬浮细胞在CSF1的存在下培养，以支持终端巨噬细胞成熟。
人类iPSCs在体外分化为巨噬细胞，模仿了发育过程中巨噬细胞生产的早期波。组织驻留巨噬细胞在胚胎生成期间建立，与成年单细胞具有明显的发育谱系。几项研究表明，iPSC-DM具有比血液衍生的单核细胞更可与胎儿肝脏衍生巨噬细胞相媲美的基因特征，这表明iPSC-DM更类似于组织常驻巨噬细胞。iPSC-DM表示更高水平的基因编码，用于组织改造和血管生成中涉及的蛋白质的分泌，并表示低层次的基因编码，用于亲炎细胞因子分泌和抗原表达活动21，22。21,此外，iPSC-DM具有类似于组织-居民巨噬细胞的转录因子要求23，24。23,使用转录因子 RUNX1、SPI1 （PU.1） 和 MYB 的挖空 iPSC 细胞系，Buchrieser 等人表明，iPSC-DM 的生成与 SPI1 和 RUNX1 相关，但 MYB 独立。这表明，它们在转录上类似于在开发23期间第一波造物过程中产生的蛋黄囊衍生巨噬细胞。因此，人们普遍认为，iPSC-DM代表一个更合适的细胞模型来研究组织常驻巨噬细胞，如微胶质14、25,25和Kupffer细胞11，以及可能用于修复组织的疗法的更理想的细胞来源。例如，已经表明，从小鼠ESCs体外产生的巨噬细胞在CCl4诱导的肝损伤模型中有效改善纤维化。此外，这些ESC衍生的巨噬细胞比骨髓衍生巨噬细胞在小鼠使用脂质体凝血11来重新填充Mrupffer细胞室时更有效。
在这里，我们描述了用于维护、冷冻和解冻人类iPSCs以及将这些iPSCs分化为功能巨噬细胞的血清和送料器无量协议。该协议与范·威尔根堡等人12中描述的协议非常相似，其小改动包括：1） iPSC维护介质;2） ROCK抑制剂不在EB形成阶段使用;3） 机械方法，而不是酶方法，用于从 iPSC 殖民地生成统一的 EB;4） EB收获和电镀方法不同;5） 悬浮细胞每周收获2倍，而不是每周;和6） 收获的悬浮细胞在CSF1下培养，以进行9天而不是7天的巨噬体成熟。我们还描述了用于表征 iPSC 衍生的巨噬细胞表型和功能的协议，包括基因表达 （qRT-PCR）、细胞表面标记表达（流细胞学）和用于评估噬菌体和极化的功能测定的分析。
Protocol
注：该协议中使用的所有试剂和设备都列在材料表中。细胞培养的介质应为37°C。差别化协议中使用的介质和试剂必须无菌。
1. 人类 iPSC 线路解冻和维护
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制备电池维护介质、生长因子和其他试剂。
- 准备hESC-血清自由介质（hESC-SFM;见材料表），补充Dulbecco改进的鹰中F12（DMEM/F12）与hESC补充剂，1.8%v牛血清白蛋白（BSA），和0.1mM 2-甲帽乙醇。 (
- 通过在无菌0.1%的人类血清白蛋白（HSA）-磷酸盐缓冲盐水（PBS）溶液中溶解bFGF，制备人类基本成纤维细胞生长因子（bFGF）库存溶液（10 μg/mL）。将库存溶液作为 200 μL 等分值在低温管中分配。库存溶液可储存在 -20 °C，长达 1 年。解冻后，库存bFGF可在4°C下储存7天。
- 通过在无菌水中溶解，制备罗激酶抑制剂（ROCK抑制剂）-Y27632库存溶液（1mg/mL）。将库存溶液作为 50 μL 等分值在低温管中分配。库存溶液可储存在 -20 °C，长达 1 年。解冻后，库存ROCK抑制剂可在4°C下储存7天。
- 稀释干细胞基质（见材料表）1：50在Dulbecco的磷酸盐缓冲盐水与钙和镁。
- 将稀释的干细胞基板溶液放在培养板上，使每个表面积的最终体积为78μL/cm2。要覆盖 6 孔板的孔，添加 750 μL 溶液。
- 在37°C和5%CO2的嗡嗡气氛中孵育涂层板1小时。
- 吸附干细胞基质涂层，加入1 mL的hESC，辅以20纳克/mL bFGF和10μMROCK抑制剂。
- 解冻冷冻人类iPSC细胞小瓶，在37°C下孵育小瓶，直到解冻，并将细胞转移到5 mL hESC-SFM介质中。
- 离心细胞在100 x g下3分钟。
- 在 0.5 mL hESC-SFM 中重新悬浮，辅以 20 ng/mL bFGF 和 10 μM ROCK 抑制剂。将细胞转移到涂层井中。
- 培养24小时单元格。
- 将介质更改为 hESC-SFM，辅以 20 ng/mL bFGF，但没有 ROCK 抑制剂。
- 要维持细胞，每天更换介质，直到细胞达到80%的汇合度。未分化的iPSC通常需要3~4天才能达到80%的汇合率。
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一旦细胞达到80%汇合，通道细胞。
- 用 1.5 mL 的新鲜 hESC-SFM 替换已用培养介质，并辅以 20 ng/mL bFGF（不含 ROCK 抑制剂）。
- 一只手握住培养容器，在一个方向（即从左到右）将一次性细胞传通工具（参见材料表）滚动在盘子上。滚轮中的所有刀片都必须接触板。滚动时保持均匀的压力。
- 重复在同一方向滚动，直到整个井被覆盖。
- 旋转培养容器 90°并重复滚动，如步骤 1.12.2 和 1.12.3 所述。
- 使用后丢弃通路工具。
- 使用无菌移液器，在井中使用介质来驱赶切割的菌落。
- 以1：4的比例将细胞转移到预涂层干细胞基底井（步骤1.2-1.5）到最终介质体积（hESC-SFM，辅以20纳克/mL bFGF）为每口1.5mL。
2. 人类 iPSC 线路冻结
- 要冷冻 iPSC 细胞，请将 6 孔板的 70%-80% 汇结孔的介质替换为 hESC-SFM，并辅以 20 纳克/mL bFGF 和 10 μM ROCK 抑制剂。
- 在37°C和5%CO2下孵好1小时。
- 使用细胞传通工具切割菌落，并将分离的菌落放入离心管中。
- 离心细胞在100 x g下3分钟。
- 吸气介质，并在1 mL的细胞低温保存介质中重新悬浮细胞（参见材料表）。
- 将细胞平均分成两个低温，并在4°C下将它们放入预冷冻细胞冷冻容器中。
- 将细胞储存在-80°C，温度为24~48小时。
- 将小瓶转移到 -135 °C 冰柜或液氮罐。
3. 人类iPSC分化为巨噬细胞
注：图1中描述了巨噬字体区分协议的原理图摘要。
- 制备细胞分化生长因子和其他试剂
- 准备 hESC-SFM 介质（请参阅上一节）。
- 通过将明胶溶解成无菌水中，制备0.1%的乳胶溶液。明胶溶液可在4°C下储存长达2年。
- 通过将 BMP4 溶解成 4 mM 氯化氢 （HCl）-0.2% BSA PBS 溶液，制备人类 BMP4 库存溶液 （25 μg/mL）。将库存溶液作为 50 μL 等分值在低温管中分配。库存溶液可储存在 -20 °C，长达 1 年。解冻后，库存 BMP4 可在 4°C 下储存 5 天。
- 通过将 VEGF 溶解成 0.2% BSA PBS 溶液，制备人类 VEGF 库存解决方案 （100 μg/mL）。将库存溶液作为 10 μL 等分液在低温管中分配。库存溶液可储存在 -20 °C，长达 1 年。解冻后，VEGF库存可在4°C下储存7天。
- 通过将 SCF 溶解成 0.2% BSA PBS 溶液，制备人类 SCF 库存解决方案 （100 μg/mL）。将库存溶液作为 5 μL 等分液在低温管中分配。库存溶液可储存在 -20 °C，长达 1 年。解冻后，库存SCF可在4°C下储存10天。
- 通过将 IL3 溶解成 0.2% 的 BSA PBS 溶液，制备人类 IL3 库存溶液 （10 μg/mL）。将库存溶液作为 500 μL 等分值在低温管中分配。库存溶液可储存在-20°C，长达2年。解冻后，库存SCF可在4°C下储存15天。
- 通过将 CSF1 溶解成 0.2% 的 BSA PBS 解决方案，制备人类 CSF1 库存溶液 （10 μg/mL）。将库存溶液作为 1 mL 等分件在低温管中分配。库存溶液可储存在-20°C，长达2年。解冻后，库存SCF可在4°C下储存15天。
- 通过溶解成0.2%的BSA PBS溶液，制备干扰素伽马（IFNg）、白他素4（IL4）和白他素10（IL10）的单独10微克/mL库存溶液。通过溶解成 0.2% 的 BSA PBS 溶液，将脂多糖 （LPS） 准备到 100 U/mL 的库存溶液中。将每种库存溶液分配为 35 μL 等分。储存在-80°C，长达2年。解冻后，库存可在4°C下储存7天。
- 第1阶段：胚胎体生成（第0天-第3天）
- 第 0 天，将 2.25 mL 的 1 级介质（hESC-SFM 补充 50 ng/mL BMP4、50 ng/mL VEGF 和 20 ng/mL SCF）加入超低附件 6 孔板的两口井中。
- 用 1.5 mL 的 1 级 1 级介质在 6 孔板上更换 iPSC 一个 80% 的汇结孔的维护介质。
- 使用细胞传通工具切割菌落，并用移液器将切割菌落转移到超低附件6孔板的两口井中（参见材料表）。
- 第 2 天，使用 0.5 mL hESC-SFM 介质将细胞因子的最终浓度达到 50 纳克/mL BMP4、50 ng/mL VEGF 和 20 ng/mL SCF。
注：IPSC殖民地将成为EB（图2A）。
- 第2阶段：悬架造血细胞的出现
- 第4天，涂4口6井组织培养板的0.1%v明胶，孵育至少10分钟。
- 去除明胶，加入2.5 mL的阶段2介质（X-VIVO15辅以100纳克/mL CSF1，25 ng/mL IL-3，2 mM谷胱甘肽，1%青霉素-链霉素，和0.055 mM 2-麦卡普托乙醇）。
- 将形成的EB收集到50mL离心管中，使其通过重力在管底沉降。小心地吸气媒体。
- 在 2 阶段介质的 2 mL 中重新挂起 EB。
- 将 10~15 个 EB（不超过 15 个）转移到含有 2.5 mL 第 2 级介质的明胶涂层井中。
- 在37°C和5%CO2空气中孵育EB。
- 每 3⁄4 天更换镀 USB 上的介质，持续 2⁄3 周。
- 2⁄3周后，EB 开始释放不粘质造血细胞进入悬浮液。
注：此悬浮细胞释放期可能有所不同，并且取决于细胞线。悬浮液中的细胞可以收获并成熟成巨噬细胞（参见第3阶段）（图2A）。
- 第 3 阶段：终端巨噬体成熟
- 收集悬浮造血细胞，并在EB板上补充介质（第2级介质）。
- 离心悬浮电池在200 x g下3分钟。
- 第 3 级介质中重新悬浮细胞（X-VIVO15 辅以 100 ng/mL CSF1、2 mM 谷氨酸和 1% 青霉素链霉素）。
- 板收集细胞，并将细胞剥离到未经处理的10厘米细菌级板（10 mL）或未涂覆的6个井组织培养板（3 mL），密度为0.2 x 106细胞/mL。
- 将细胞保留在第 3 阶段介质中 9-11 天，每 5 天更换一次介质。
注：第 3 阶段的步骤 3.4.1_3.4.5 可每 3⁄4 天重复一次，从原始 EB 板中收获的悬浮细胞长达 3 个月。
- 巨噬体极化
- 要激活M（LPS + IFNg）表型的巨噬细胞，用LPS（最终浓度：100纳克/mL）和IFNg（最终浓度：10 U/mL）刺激细胞48小时。要激活细胞到M（IL4）表型，用IL4刺激细胞（最终浓度：20纳克/mL）。要激活到 M（IL10） 表型，使用 IL10 刺激巨噬细胞（最终浓度：5 纳克/mL）。
4. iPSC 衍生的巨噬细胞质量控制检查
- 使用造血细胞计计数每6孔EBs中产生的造血悬浮细胞数量。
- 评估大噬菌体形态（例如，商业套件染色）8，,9.
-
使用基因表达分析和流细胞测定检测巨噬细胞特异性标记和偏振标记的表达，如前所述的8、99。
- 在6孔大噬细胞的一口井上进行流细胞测定实验，通过吸气其成熟介质来收获细胞，用2 mL的PBS清洗，并在室温（RT）下用2 mL的酶自由细胞分离缓冲液孵育5分钟。移液反复分离和收获巨噬细胞。
- 用造血计计数细胞，并在80μL中重新悬浮在2%BSA、0.5M乙烯二甲酸（EDTA）-PBS溶液中。
- 添加 20 μL 的 MACS 人 FC阻滞器。
- 在冰上孵育20分钟，防止光线照射。
- 加入适当体积为 2% BSA，0.5 mM EDTA PBS 溶液，使细胞浓度达到 1 x 106巨噬细胞/mL。
- 在 100 μL 中染色 1 x 105细胞，2% BSA，0.5 mM EDTA PBS 溶液，具有相应的抗体（见下文注），并在 RT 保护时孵育 15 分钟，防止光线照射。
- 洗涤 1x，至少 100 μL 的 2% BSA，0.5 mM EDTA PBS。
- 在 200 μL 中重新悬浮 2% BSA，0.5 mM EDTA PBS。
- 加入4'，6二胺-2-苯胺酚（DAPI，稀释1：1，000）作为活死染料。孵育3分钟
- 对于流细胞学分析，对主群门，然后是单个细胞，然后是活细胞。在活细胞群上，与巨噬细胞相关的标记表达式是显而易见的（图3A）。
注：抗体应仔细定细，用于派生巨噬细胞的每个细胞系。结果部分中介绍的抗体在材料表中。还包括SFCi55衍生巨噬细胞流细胞测定的稀释因子。
5. 高通量噬菌体测定
- 通过吸气介质、加入冰冷酶自由细胞分离缓冲液、孵育5分钟，通过移液反复采集巨噬细胞，收获iPSC衍生的巨噬细胞（iPSC-DMs）。
- 板 8 x 10 4 iPSC-DM 在成像组织培养等级 96 井板（例如，细胞载体 Ultra，Perkin Elmer）的孔中至少 2 天，在 200 μL 的阶段 3 介质的高通量成像之前。4
- 通过在 2 mL PBS 中重新悬挂一个小瓶（"解决方案 1"）来制备 pHrodoGreen Zymosan-A 生物颗粒。涡旋溶液为10 s。
- 用更多的PBS稀释 2 mL 的 PBS 珠悬架 1：5（"解决方案 2"）。
- 声波溶液2 8 s 和涡旋溶液 10 s。将其保持在 4°C。此解决方案将在步骤 5.11 中使用。
- 拆下镀层 iPSC-DM 上的介质，然后用 PBS 清洗。
- 使用含有 Hoechst 33342 稀释 1：20 的 PBS 溶液染色 iPSC-DM。在37°C下孵育20分钟。
- 用PBS清洗细胞。
- 含有深红色等离子膜污渍的PBS溶液染色稀释1：1，000（参见材料表）。在37°C下孵育30分钟。
- 用PBS清洗细胞。
- 将100μL的珠溶液保持在4°C，至iPSC-DM的每个井。这些板现已准备好进行成像。
- 使用高含量成像系统对板材进行成像，并在井内采集三个或三个以上场位，以获得井的良好表示效果。
-
使用哥伦布软件（高含量成像分析系统软件）量化噬菌体。可以开发用于明确图像批处理分析的特定算法：
- 测量蓝色强度，并在软件中定义蓝色信号指示核。
- 测量红色强度，并在软件中定义红色信号指示细胞质。
- 定义细胞核和细胞质一起对应细胞。
- 测量细胞中的绿色强度，并建立严格的截止/阈值，将细胞视为噬菌体。
- 量化噬菌细胞分数和每个细胞的平均噬菌体指数。由于珠子的颜色强度与珠子的数量成正比，因此噬菌体活动可以通过吸收的珠子数量来衡量。
- 将算法/管道应用于每个场内的所有图像，并在获得的所有时间点，允许一种健壮且无偏的批处理方法来确定细胞的噬菌体能力。
注：哥伦布是一种高含量分析软件，为细胞平性和功能测试提供细胞分段分析。
Representative Results
分化进展、巨噬体数和形态学
所提出的结果来自SFCi55人类iPSC系的分化，该系已描述并用于多项研究898、9、10、26。10,26,通过光学显微镜监测IPSC对巨噬细胞的分化过程。iPSC菌落、胚胎体（EBs）、造血悬浮细胞和成熟的巨噬细胞在形态上是不同的（图2A）。成熟的巨噬细胞形态可以通过染色离心细胞平制剂进一步验证。IPSC衍生的巨噬细胞体积大，具有单小椭圆形核和丰富的细胞质，含有许多囊泡（图2B）。
造血悬浮细胞的前2周收获（第16~28天）的一个完整的6孔板的EBs平均含有2.59 x 106 = 0.54细胞。第28天之后，平均每6口液的液位板产生4.64 x 106 ± 0.94 的悬浮细胞。从第80天开始，悬浮细胞的数量开始下降，因为EB变得耗尽（图2C）。建议在每6口EB的收获量低于3 x 106前体后停止分化协议。
IPSC派生的巨噬细胞表面标记表达式
流细胞学仍然是用于评估人类巨噬细胞表的最常见的方法。评估细胞表面标记表达式的浇注策略包括使用物理参数（如大小和粒度）对单元格的主要组门，然后对单个单元格进行门控，然后对活单元格进行浇注（图 3A）。成熟的iPSC衍生巨噬细胞应表示谱系标记CD45和巨噬细胞成熟标记25F9，对单核细胞/未成熟的巨噬细胞标记CD93为负数。这与我们的观测结果（图3A）一致。IPSC衍生的巨噬细胞对系系骨髓标记CD11b、CD14、CD43、CD64、CD115、CD163和CD169（图3B）也呈阳性。它们对免疫调节标记CD86呈阳性，其中一小部分在幼化状态下表示化学素受体CX3CR1、CCR2、CCR5和CCR8（图3B）。这些地块是从我们的实验室8先前公布的数据中获得的。
iPSC衍生的巨噬细胞噬菌体和极化
巨噬细胞在宿主防御和组织平衡的关键特征之一是它们能够产生噬菌体病原体、凋亡细胞和碎片27。噬菌体细胞的发病率与特定的象形状态28密切相关。为了评估iPSC-DM噬菌体能力，我们使用高含量成像系统方法88，9，11，9,11利用PerkinElmer奥佩塔显微镜和pHrodoZymosan生物粒子（pH敏感染料结合体）。生物粒子在添加到培养物中时是非荧光的（图4A），但在细胞内酸性pH值中荧光亮绿色（图4B）。实时成像的Operetta显微镜被设置为每5分钟成像一次珠子，总时间为175分钟。然后，哥伦布平台使用高通量和无偏图像分析管道，以表示邻带珠子的细胞比例的邻形分数和噬菌体指数（即每个细胞摄入的珠数的度量）来量化活动。
巨噬细胞可以响应和改变其表型，具体取决于环境线索。为了评估它们对环境刺激的反应和变化的能力，可以使用 LPS 和 IFNg、IL4 或 IL10 处理 iPSC-DM。经过48小时的治疗，他们改变了表型，这里称为M（LPS + IFNg），M（IL4）和M（IL10），分别29。基因表达分析是检验巨噬细胞极化状态的有用工具。在LPS和IFNg刺激下，巨噬细胞对CD40、VCAM1VCAM1和TNFA基因的mrRNA表达进行调节（图5A）。在IL4刺激下，细胞对CD68、CD84和MRC1基因的mRNA表达进行调节（图5B）。 CD84在IL10刺激下，iPSC-DM对MRC1的调节表达（图5B）。在噬菌体方面，与天真的巨噬细胞相比，用LPS+IFNg或IL4治疗的巨噬细胞的百分比明显较低。使用IL10治疗的iPSC-DM显示噬菌细胞和噬菌体指数的百分比增加（图5C+E）。E
图1：iPSC分化到成熟功能巨噬细胞的图形摘要。使用 Biorender 绘制的图表。请点击此处查看此图形的较大版本。
图2：iPSC对巨噬细胞和iPSC-DM编号和形态的分化.（A）从（从左到右）获得明亮的场图像：IPSC菌落、胚胎体（EB）、收获的悬浮细胞和成熟的巨噬细胞。刻度柱 = 100 μm。（B） 带有Kwik-diff试剂盒的巨噬细胞通斯的图像。刻度柱 = 25 μm。（C） 每收获6孔EB，每收获收集的悬浮细胞数量。绘图显示平均值 = SEM;（n = 6生物独立实验）。请点击此处查看此图形的较大版本。
图3：宏噬细胞表面标记表型。（A） 用于分析成熟 iPSC 衍生巨噬细胞的门控策略。对单个活细胞进行封闭，然后分析细胞表面标记CD45、CD93和25F9的表达。细胞表面标记的闸门是使用荧光减一 （FMO） 控制绘制的。（B） 代表流动细胞学直方图，用于单个污渍的 iPSC-DM （蓝色） 和等值型控制 （灰色）， 用于血统和骨髓标记、 免疫调制标记、 成熟标记和化学素受体.地块代表n = 5生物独立实验的所有血统和骨髓标记，CD105和CD206（n = 3）;成熟标记（n = 5）;免疫调节标记（n = 3）;和化学素受体（n = 3）。绘图使用以前发布的数据8。请点击此处查看此图形的较大版本。
图4：IPSC-DM偏振和邻苯二甲形测定。iPSC-DM （A） 的代表图像在添加珠子后立即添加 Zymosan pHrodo 绿色珠子和 （B） 175 分钟后添加珠子.蓝色代表细胞的核;红色代表细胞的细胞质。绿色表示被摄制的珠子（刻度条 = 20 μm）。（C） 在幼年状态下，噬菌体巨噬细胞和（D）噬菌体指数/绿色强度/每个噬菌体巨噬细胞的分量随时间长（n = 6 生物独立实验）。绘图显示平均值，条形表示 SEM。8请点击此处查看此图形的较大版本。
图 5：评估 iPSC-DM 极化状态。对天真和偏振的iPSC-DM的RT-PCR分析的相对定量，以评估 （A） M（LPS_IFN）的表达;（B） M（IL4） 和 M （IL10） 相关基因 （n = 6 生物独立实验）;单向ANOVA和霍尔姆-西达克的多次比较后测试。仅在统计上将极化组与天真的组进行比较。绘图显示平均值，误差条表示标准差。绘图中的 ND = 未检测到记录。这些地块的数据先前已公布于8日。（C） iPSC-DMs 的代表性图像，在从 iPSC-DM 治疗的 pHrodo 珠子添加后 175 分钟（从左到右）：无细胞因子、LPS_IFN-Y、IL-4 和 IL-10（刻度柱 = 20 μm）。（D） 在添加珠子（n = 12生物独立实验、单向ANOVA和Holm-Sidak）的多次比较后，在天真和偏振的巨噬细胞处理中，噬菌体巨噬细胞和（E）噬菌体指数/绿色强度/每噬菌体巨噬细胞的绿色强度分数175分钟。仅在统计上将极化组与天真的组进行比较。图显示平均值，误差条表示标准差（+p < 0.05，&p < 0.01，\p < 0.001，\p < 0.0001）。请点击此处查看此图形的较大版本。
Discussion
此处描述的 iPSC-DM 生成协议是可靠的，允许从相对少量的 iPSC 中产生大量同质细胞。在大约 1 x 106 iPSC的初始分化后，后续培养物可以每 4 天收获一次，长达 2-3 个月，在此期间至少产生 6.5 x 107大噬细胞。这些体外生成的人类巨噬细胞在形态上与原人类巨噬细胞相似，表达关键的巨噬细胞表面标记，并表现出噬菌体活性。巨噬细胞分化协议是可重复的，可应用于其他hiPSC和hESC细胞系，但巨噬细胞前体首次收获的精确时间以及可生成的细胞的绝对数量在iPSC系之间有所不同。
已经证明，巨噬细胞可以从经过基因操纵的iPSCs生成。例如，在组成CAG促进剂的控制下，由荧光报告器ZsGreen组成的转基因盒插入SFCi55 iPSC线的AAVS1位点，随后表明该iPSC线可以分化为ZsGreen表达巨噬细胞8。这些荧光巨噬细胞将来可用于跟踪疾病模型中治疗性巨噬细胞的迁移和稳定性。在另一项研究中，巨噬细胞来自一种通过基因操纵来表达他莫西芬诱导转录因子KLF1的iPSC线。在iPSC衍生的巨噬细胞中激活KLF1，导致巨噬细胞的产生，其表型可与红细胞岛9的巨噬细胞相媲美。可能，这种策略可用于基因编程 iPSC 衍生的巨噬细胞到与其他组织特异性巨噬细胞群相关的表型，如肝脏的 Kupffer 细胞或皮肤的兰格汉斯细胞。一旦确定了定义这些单元格类型的关键转录因子，就可以这样做。
在协议方面，必须指出，iPSC 起始种群的状况对于成功区分至关重要。人类iPSC培养物可以在几个通道上与岩溶异常亚群一起溢出，因此建议对受基因组质量控制的iPSC种群和大型批次主种群进行强力固化。在我们手中，这里描述的维护协议可以连续培养2个月，但在不同的细胞系和不同的实验室中，这种维护协议可以维持长达2个月的氯正常iPSC。如果遇到问题，建议在每个分化实验中使用一小瓶未分化的 iPSC。此外，未分化的iPSC的起始区域性不应超过80%。在 EB 电镀阶段，每口 6 井组织培养板的孔只能镀 10-15 个 EB，因此这些 EB 均匀分布整个孔中至关重要。在井中心，EB和/或结块数较多，对产生的巨噬细胞数量产生了负面影响。在补充介质和从EB培养物中收获类似单细胞的后代悬浮细胞时应小心谨慎，以避免干扰EB粘附到涂层培养板表面。每次收获时产生的造血悬浮细胞数量逐渐增加，分化第40-72天之间最佳生产（图2）。第68天后产量逐渐下降，板材在2.5个月后趋于排气，但精确时序可能因iPSC生产线而异。
我们协议的一个限制是，无法冷冻保存第2阶段结束时产生的造血悬浮细胞。依赖于WNT外源激活的协议报告冷冻保存后回收率为40%，但这些协议只报告一个细胞收获，因此产生的巨噬细胞的绝对数量是低30。此处描述的通过EB的形成诱导内源性信号的协议，可以每两周一次收获，从而产生高得多的总巨噬细胞产量。
总之，我们提出了用于生产功能性 iPSC 衍生巨噬细胞的详细协议。与单核细胞衍生巨噬细胞（MdM）的实验，利用iPSC衍生的巨噬细胞进行体外实验，研究健康与疾病中的巨噬细胞生物学具有许多优势。这些优点包括易于获得材料（例如，不需要捐赠者），可以产生大量巨噬细胞，而且产生转基因巨噬细胞是可行的，而且相对简单。此外，iPSC衍生的巨噬细胞可能是研究组织-居民巨噬细胞生物学的更好资源。
Disclosures
提交人没有利益冲突可申报。
Acknowledgments
我们感谢菲奥娜·罗西和克莱尔·克里尔在流动细胞测量方面给予的帮助，埃格汉·奥杜伊希尔和贝特朗·韦尔奈用显微镜。这项工作由CONACYT（M.L.-Y.）、威康信托（102610）和创新英国（L.M.F）、威康信托博士（A.M）、MRC精密医学学生（T.V）资助。L.C. 和 J.W.P. 得到了威康信托 （101067/Z/13/Z）、医学研究委员会 （MR/N022556/1） 和 COST 行动 BM1404 Mye-EUNITER （http://www.mye-euniter.eu） 的支持。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 2-Mercaptoethanol (50 mM) | Invitrogen | 31350010 | |
| Abtibody CD64-APC -CY7 | Biolegend | 305026 | Dilution factor: 1:100 |
| Antibody 25F9-EFLUOR 660 | Ebioscience | 15599866 | Dilution factor: 1:20 |
| Antibody CCR2-PE-Cy7 | Biolegend | 357212 | Dilution factor: 1:100 |
| Antibody CCR5 PE | Biolegend | 313707 | Dilution factor: 1:100 |
| Antibody CCR8 PE | Biolegend | 360603 | Dilution factor: 1:100 |
| Antibody CD11b-PE | Biolegend | 301305 | Dilution factor: 1:50 |
| Antibody CD14-APC | Ebioscience | 10669167 | Dilution factor: 1:20 |
| Antibody CD163-PE-CY7 | BIolegend | 333614 | Dilution factor: 1:25 |
| Antibody CD169-APC | Biolegend | 346007 | Dilution factor: 1:25 |
| Antibody CD206-PE | Biolegend | 321106 | Dilution factor: 1:100 |
| Antibody CD209-PE-CY7 | Biolegend | 3310114 | Dilution factor: 1:100 |
| Antibody CD274-PE-CY7 | Biolegend | 329718 | Dilution factor: 1:100 |
| Antibody CD43-PE | Ebioscience | 10854419 | Dilution factor: 1:100 |
| Antibody CD45-APC | Ebioscience | 15577936 | Dilution factor: 1:20 |
| Antibody CD86-APC | Biolegend | 305412 | Dilution factor: 1:100 |
| Antibody CD93-PE | Ebioscience | 10804637 | Dilution factor: 1:100 |
| Antibody CX3CR1-PE | Biolegend | 307650 | Dilution factor: 1:100 |
| Antibody HLA-DR-BV650 | Biolegend | 307650 | Dilution factor: 1:100 |
| Antiboy CD115-PE | Biolegend | 347308 | Dilution factor: 1:40 |
| Cell Dissociation Buffer, enzyme free | Thermofisher | 13151014 | |
| Cell Dissociation Buffer, enzyme-free, PBS | Gibco | 13151014 | |
| CellCarrier-96 Ultra Microplates, tissue culture treated, black, 96-well | PerkinElmer | 6055302 | |
| CellMask Deep Red Plasma Membrane Stain | Thermofisher | C10046 | Cryopreservation media |
| Cryostor CS10 | Sigma | C2874 | |
| CTS CELLstart Substrate | Invitrogen | A1014201 | Stem cell substrate |
| DAPI | Merck | D9542-1MG | Final concentration 1 μg/mL |
| DPBS, calcium, magnesium (500 mL) | Thermofisher | 14040091 | |
| FcR Blocking Reagent, human | MACS Miltenyi Biotec | 130-059-901 | |
| FGF-Basic (AA 10-155) Recombinant Human Protein | Thermofisher | PHG0021 | |
| GlutaMAX Supplement | Thermofisher | 35050061 | |
| Human Recombinant IFNY | Thermofisher | 14-8319-80 | |
| Human Serum Albuminum | Irvine Scientific | 9988 | |
| Lipopolysaccharide (LPS) from E. Coli | Sigma | L2630 | |
| NucBlue (Hoechst33342) | Thermofisher | R37605 | |
| pHrodo Green Zymosan Bioparticles Conjugate for Phagocytosis | Thermofisher | P35365 | |
| Porcine Skin Gelatin | Sigma | G9136 | |
| Recombinant Human BMP4 Protein | R&D | 314-BP-010 | |
| Recombinant Human IL10 | Preprotech | 200-10 | |
| Recombinant Human IL3 | Preprotech | 200-03-10 | |
| Recombinant Human IL4 | Preprotech | 200-04 | |
| Recombinant Human MCSF (carrier-free) 100 μg | Biolegend | 574806 | |
| Recombinant Human VEGF Protein | R&D | 293-VE-010 | |
| Rock Inhibitor Y-27632 | Merck | SCM075 | |
| SCF (C-Kit Ligand) Recombinant Human Protein | Thermofisher | PHC2111 | |
| StemPro hESC SFM | Thermofisher | A1000701 | |
| StemPro EZPassage Disposable Stem Cell Passaging Tool | Thermofisher | 23181010 | |
| Ultralow attachment plates: Cell culture multi-well plate, 6 well, cell star cell repellent surface | Greiner | 657970 | |
| UltraPure 0.5 M EDTA, pH 8.0 | Invitrogen | 15575020 | |
| X-Vivo 15 500 mL bottle | Lonza | BE02-060F |
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