Method Article

İnsan Pluripotent Kök Hücrelerinden Fonksiyonel Pankreas İnsülin Salgılayan Hücreler Üretmek için Optimize Edilmiş Protokol

DOI:

10.3791/65530

⸱

February 2nd, 2024

 ,  ,  ,  , 
1Department of Metabolism, Digestion and Reproduction, Faculty of Medicine, Cell Biology and Functional Genomics, 2Departments of Pediatrics, Naomi Berrie Diabetes Center, Obstetrics and Gynecology, Columbia Stem Cell Initiative, Columbia University Irving Medical Center, Columbia University, 3Department of Diabetes, Imperial College Healthcare NHS Trust, 4Faculté de Médicine, Université de Montréal, 5Lee Kong Chian Imperial Medical School, Nanyang Technological University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu makale, β hücreli benzeri hücrelerin yönlendirilmiş farklılaşması ve fonksiyonel analizi için bir protokol sunmaktadır. İnsülin üreten pankreas hücreleri oluşturmadan önce insan pluripotent kök hücreleri için optimal kültür koşullarını ve pasajlarını tanımladık. Altı aşamalı farklılaşma, kesin endoderm oluşumundan, glikoza yanıt olarak insülin salgılayan fonksiyonel β hücreli hücrelere doğru ilerler.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

İnsan pluripotent kök hücreleri (hPSC'ler) her tür hücreye farklılaşabilir ve bu da onları insan pankreas β hücrelerinin mükemmel bir alternatif kaynağı haline getirir. hPSC'ler, blastosistten türetilen embriyonik kök hücreler (hESC'ler) veya bir yeniden programlama işlemi kullanılarak doğrudan somatik hücrelerden üretilen indüklenmiş pluripotent hücreler (hiPSC'ler) olabilir. Burada, farklılaşmadan ve daha sonra insülin üreten pankreas hücrelerinin oluşturulmasından önce hPSC'ler için optimal kültür ve geçiş koşullarını ana hatlarıyla belirtmek için video tabanlı bir protokol sunulmaktadır. Bu metodoloji, hPSC'lerin kesin endoderm (DE), ilkel bağırsak tüpü, posterior ön bağırsak kaderi, pankreas progenitörleri, pankreas endokrin progenitörleri ve nihayetinde pankreas β hücrelerine farklılaştığı β hücreye yönelik farklılaşma için altı aşamalı süreci takip eder. Bu farklılaşma metodolojisinin insan pankreas β hücrelerini oluşturmak için 27 günlük bir süre alması dikkat çekicidir. İnsülin sekresyonunun potansiyeli, immün boyama ve glukoz ile uyarılmış insülin sekresyonunu içeren iki deneyle değerlendirildi.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

İnsan pluripotent kök hücreleri (hPSC'ler), çeşitli hücre tiplerine farklılaşma konusunda benzersiz bir yeteneğe sahiptir ve bu da onları insan pankreas β hücrelerine uygun bir alternatif haline getirir1. Bu hPSC'ler iki tipe ayrılır: blastosist2'den türetilen embriyonik kök hücreler (hESC'ler) ve somatik hücrelerin doğrudan yeniden programlanmasıyla üretilen indüklenmiş pluripotent hücreler (hiPSC'ler)3. hPSC'leri β hücrelere ayırma tekniklerinin geliştirilmesi, hem temel araştırmalar hem de klinik uygulamalar için önemli etkilere sahiptir 1,4. Diabetes mellitus, dünya çapında >400 milyon insanı etkileyen kronik bir hastalıktır ve vücudun pankreas β hücrelerinin bozulması veya kaybı nedeniyle glisemiyi düzenleyememesinden kaynaklanır5. Transplantasyon için pankreas adacık hücrelerinin sınırlı mevcudiyeti, diyabetiçin hücre replasman tedavilerinin geliştirilmesini engellemiştir 2,4,6,7. hPSC'leri kullanarak glikoza duyarlı insülin salgılayan hücreler üretme yeteneği, insan adacık gelişimini ve işlevini incelemek için yararlı bir hücresel model görevi görür. Kontrollü bir ortamda diyabet tedavisi için potansiyel terapötik adayları test etmek için de kullanılabilir. Ayrıca, hPSC'ler, hastayla genetik olarak özdeş olan pankreas adacık hücreleri üretme potansiyeline sahiptir ve transplantasyondan sonra immün reddi riskini azaltır 2,4,7.

Son yıllarda, hPSC kültürünün ve farklılaşma protokollerinin iyileştirilmesinde önemli ilerlemeler olmuştur, bu da pankreas β hücreleri üretmeye yönelik farklılaşma sürecinin verimliliğinin ve tekrarlanabilirliğinin artmasına neden olmuştur 8,9.

Aşağıdaki protokol, pankreas β hücrelerinin yönlendirilmiş farklılaşmasının temel aşamalarını özetlemektedir. Farklı zaman noktalarında spesifik hücre sinyal yollarının düzenlenmesini içerir. Sui L. ve ark.10 (2018) tarafından hPSC'lerin pankreas β hücrelerine dönüştürülmesi için geliştirilen protokole dayanmaktadır. En son araştırmalar, β hücrelerinin farklılaşmasını artırmak için aphidicolin (APH) tedavisinin kullanılmasının önemini vurguladığından, protokol Sui L. ve ark.11'in (2021) son güncellemelerine göre ayarlandı. Mevcut protokol, sürecin sonraki aşamalarında ortama APH eklenmesini içerir. Ayrıca, ilk protokole kıyasla farklılaşmanın erken aşamalarında ortamın bileşiminde değişiklikler yapılmıştır. Dikkate değer bir değişiklik, 6. günde Keratinosit Büyüme Faktörü (KGF) eklenmesi ve 8. güne kadar devam etmesidir. Keratinosit büyüme faktörü (KGF), 6. günden 8. güne kadar verilir ve bu, KGF'nin evre 4 ortamına dahil edilmediği ilk protokol10'dan biraz farklıdır.

β hücreli hücrelerin oluşumundaki ilk ve temel adım, hPSC'lerin, pankreas da dahil olmak üzere çeşitli organların epitel astarına yol açan ilkel bir germ tabakası olan kesin endoderm'e (DE) yönlendirilmiş farklılaşmasıdır. DE oluşumundan sonra, hücreler ilkel bağırsak tüpüne farklılaşır ve bunu posterior ön bağırsak kaderinin belirlenmesi izler. Posterior ön bağırsak daha sonra endokrin ve ekzokrin hücreler de dahil olmak üzere pankreasın tüm hücre tiplerine farklılaşma potansiyeline sahip pankreas progenitör hücrelerine dönüşür. Süreçteki bir sonraki aşama, Langerhans adacıklarında bulunan hormon salgılayan hücrelere yol açan pankreas endokrin progenitörlerini içerir. Sonunda, farklılaşma süreci, tamamen işlevsel pankreas β hücresi benzeri hücrelerüreterek son aşamasına ulaşır 9,10. Bu işlemin karmaşık olduğunu ve farklılaşmanın etkinliğini ve özgüllüğünü artırmak için spesifik büyüme faktörleri ve hücre dışı matris bileşenleri gibi kültür koşullarının optimizasyonunu gerektirdiğinibelirtmek önemlidir 9,10. Ayrıca, in vitro olarak hPSC'lerden fonksiyonel β hücre benzeri hücreler üretmek hala büyük bir zorluktur. Devam eden araştırmalar, farklılaşma protokollerini geliştirmeye ve ortaya çıkan β hücrelerinin olgunlaşmasını ve işlevini geliştirmeye odaklanmaktadır9.

Bu protokolde, hPSC'lerin kültürü ve geçişi sırasında nazik hücre ayrışmasının kullanılması, hücre canlılığını ve pluripotentliği korumak için esastır ve pankreas β hücrelerine farklılaşma etkinliğini önemli ölçüde artırır. Ek olarak, her aşamaya özgü ortam, insan adacığına çok benzeyen kümelerde yüksek miktarda insülin salgılayan hücre verimini teşvik etmek için Sui L. ve ark.10 tarafından geliştirilen protokol izlenerek titizlikle optimize edilmiştir.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Farklılaşmaya başlamadan önce, deneysel amaçlar için gerekli sayıda adacık benzeri organoidin belirlenmesi önerilir. 6 oyuklu bir plakada, %80'in üzerinde birleşmeye sahip tek bir kuyu tipik olarak 2-2,3 milyon hPSC'den oluşur. hPSC hatlarındaki farklılıklar ve farklılaşma verimliliği nedeniyle doğru bir tahmin zor olsa da, kaba bir tahmin, ilk kuyu sayısının 1,5 katıdır. Etkili bir şekilde yönlendirilmiş bir farklılaşma, genellikle altı oyuklu plakalarda oyuk başına 1.6 ila 2 milyon hücre verir ve yalnızca insülin üreten hücrelerden ziyade kümeler içindeki tüm hücreleri kapsar. 50 μm'lik bir küme için, yaklaşık 10.000 hücre içerecek şekilde tahmin edilebilir. Tablo 1 , glikoz ile uyarılan insülin sekresyon tamponu ile birlikte, kök hücre matrisi ve ortamının üzerinde yönlendirilmiş farklılaşmanın her günü/aşaması için kullanılan ortam bileşiminin bir özetini sağlar.

1. İnsan pluripotent kök hücrelerinin 6 oyuklu plakalarda farklılaşmadan önce geçirilmesi

NOT: İnsan kök hücrelerinin β hücre benzeri hücrelere farklılaşmadan önce uygun şekilde geçirilmesi, deneysel sürecin oluşturulmasında çok önemli bir adımdır. Yanlış geçiş seyreltmesi veya bağlantı hücre numarası, farklılaşma verimliliğini ve aslına uygunluğu tehlikeye atabilir.

  1. Kök hücre kültürü ortamı, kaplama ve ayrışma solüsyonları hazırlayın ( Tablo 1'de belirtildiği gibi).
  2. Geçişten 1-2 saat önce, altı oyuklu bir plakayı soğuk kaplama çözeltisi (oyuk başına 1 mL) ile kaplayın ve 37 ° C,% 5 CO2'de inkübe edin.
  3. Kök hücre kültürü ortamının bir kısmını oda sıcaklığında (15-25 °C) 20 dakika ısıtın.
  4. Kök hücre ortamını aspire edin ve 1 mL kalsiyum/magnezyum içermeyen D-PBS ekleyin.
  5. Adım 1.4'ü tekrarlayın. Iki kez.
    NOT: D-PBS, hücreleri yıkamak ve önceki ortamı ve bileşikleri çıkarmak için eklenir. D-PBS'ye maruz kalmak hPSC'lere zarar vermediğinden, ozmozun neden olduğu hücre yırtılmasını veya büzülmesini önlediğinden, yıkama adımları için belirli bir zaman çerçevesine gerek olmadığına dikkat etmek önemlidir.
  6. D-PBS'yi aspire edin, her kuyucuk için 500 μL ayrışma solüsyonu ekleyin ve oda sıcaklığında (15 - 25 °C) 2-5 dakika bekletin.
  7. Hücreler ayrışırken, yeni 6 oyuklu plakanın kaplama solüsyonunu aspire edin ve her oyuğa 1-2 mL kalsiyum / magnezyum içermeyen D-PBS ekleyin.
  8. Ters mikroskop altında ayrışma sürecini düzenli olarak kontrol edin.
  9. Hücrelerin% 80 - 90'ı yuvarlatıldığında, ancak hala yapışkan olduğunda ayrışma çözeltisini aspire edin.
  10. 10 μM ROCK inhibitörü içeren kök hücre ortamından 1 mL ekleyin.
  11. Ayrışmış hücreleri 1.000 μL steril filtreli pipet uçları ve bir P1000 pipet kullanarak 15 mL'lik konik bir tüpte toplayın.
  12. Kolonileri kırmak için 1.000 μL steril pipet filtreli uçla hücre süspansiyonunu pipette yavaşça yukarı ve aşağı ezin, ancak 10 katı geçmeyin.
  13. Kalan hPSC'lerin ayrılmasına yardımcı olmak için ROCK inhibitörü içeren kök hücre ortamından 1 mL ekleyin ve hücre süspansiyonunu aynı 15 mL konik tüpe aktarın (1.10).
  14. D-PBS'yi yeni kaplanmış plakadan aspire edin ve hemen 15 mL'lik konik tüpten hücre süspansiyonunu ekleyin. Optimum hücre büyümesini sağlamak için, 6 oyuklu bir plaka (10'da 1 ila 50'de 1) kullanırken oyuk başına 2 x 105-1 x 106 canlı hücre aralığını tohumlayın.
    NOT: Hacim hesaplaması için, 6 oyuklu bir plakanın her bir oyuğu, ROCK inhibitörlü 2 mL kök hücre ortamı içermelidir.
  15. Plakayı hızlı bir şekilde ileri geri ve 5 - 10 kez yan yana hareket ettirin.
  16. Plakayı 37 °C'de, %5CO2 inkübatörde 24 saat yerleştirin.
  17. Ertesi gün ROCK inhibitörü içermeyen taze kök hücre besiyeri ile değiştirin ve daha sonra hPSC'lerin birleşmesi% 80 - 95'e ulaşana kadar her 2 günde bir.

2. İnsan kök hücresi kaynaklı β hücrelerine yönelik farklılaşma

NOT: hPSC'ler,% 80-95 birleşme sağlandığında pankreas β hücrelerine doğrudan farklılaşma işlemi için kullanılabilir.

  1. Gün -1: Hücrelerin geçişi Farklılaşmanın -1. günü:
    1. Geçişten 1-2 saat önce, 6 oyuklu bir plakayı 37 °C,% 5CO2 inkübatörde 1 saat boyunca soğuk kaplama çözeltisi ile kaplayın.
    2. 1.1'den 1.10'a kadar olan adımları izleyin ve hücreleri saymaya devam edin.
    3. 10 μL hücre karışımı yükleyin, eşit hacimde Tripan Mavisi ekleyin ve hafifçe karıştırın.
    4. Hücre konsantrasyonunu hesaplayın. Kaplanmış 6 oyuklu plakayı oyuk başına 2 mL ortam ile kaplamak için 10 μM ROCK inhibitörü içeren 0.8 × 10 6 hücre / mL - 1.0 x 106 hücre / mL kök hücre ortamı kullanın.
    5. Plakayı üç kez yan yana hızlı bir şekilde ileri geri hareket ettirin.
    6. Plakayı 37 °C,% 5 CO2 inkübatöre yerleştirin. Plakayı hızlı bir şekilde ileri geri ve 10 kez tekrar yan yana hareket ettirin. Ardından plakayı 4 saat inkübe edin.
      NOT: İnkübatöre yerleştirildikten sonra plakayı hareket ettirerek hücrelerin maksimum bağlantısının ve eşit dağılımının hücreleri rahatsız etmediğinden emin olun. İnkübatörü çok dikkatli bir şekilde açın ve kapatın.
    7. Bazal ortam şişesini 0 ila 4. günler için 4 ° C'de gece boyunca eritmek için yerleştirin.
  2. Gün 0
    NOT: hPSC'ler %80 - 95 birleşim şeklinde olmalıdır, bu birleşim altında kesin endoderm için farklılaşma sürecini başlatmayın.
    1. Buz üzerinde, hem 0 ila 4. günler için bazal ortamı hem de takviyeleri çözün (Malzeme Tablosuna bakınız).
    2. İki konik tüpte sadece 1. günde kullanılacak gerekli hacmi hazırlayın (6 oyuklu bir plakanın oyuğu başına 2 mL) ve ayrı bir tüpte, 2.5 ila 4. gün için hacmi iki katına çıkarın (2 oyuklu bir plakanın oyuğu başına 2 x 6 mL). Gün 2.5 ila Gün 4 ortamını 4 °C'de saklayın.
    3. Gün 1 ortamı ve yıkama ortamı 1'in gerekli hacminde bir alikotu 37 ° C'lik bir su banyosunda 5 dakika ısıtın.
    4. Kök hücre ortamını aspire edin ve 2 mL yıkama ortamı ekleyin 1.
      NOT: Protokolde kullanılan yıkama besiyeri, %1 antibiyotik ile desteklenmiş, her güne/evreye özgü bazal besiyerinden oluşur. Doğrudan farklılaştırma protokolünün yıkama adımları, yalnızca belirtilen yıkama ortamının ("yıkama ortamı 1 veya 2", Malzeme Tablosu olarak anılır) eklenmesini ve ardından açıklanan prosedür 2.2.4'ü izleyerek aspirasyonu içerir. Bu yıkama adımları için belirtilen belirli bir zaman dilimi olmadığını belirtmek önemlidir.
    5. Yıkama ortamı 1'i aspire edin ve hemen kuyu kenarına 2 mL Gün 1 ortamı ekleyin.
    6. Hücreleri 37 ° C'de ve% 5 CO2 'de 24 saat inkübe edin.
  3. 1. Gün
    1. 37 ° C'lik bir su banyosunda 5 dakika boyunca gerekli hacimde 2,5 ila 4 orta miktarda bir alikotu önceden ısıtın.
    2. Gün 1 ortamını aspire edin ve hemen kuyu kenarına 2.5 ila 4 orta günün 2 mL'sini ekleyin. Hücreleri yıkamayın.
    3. Plakayı 36 saat boyunca 37 °C ve %5CO2'ye geri yerleştirin.
  4. Günler 2,5 ila 4
    1. Günün kalan hacminin bir kısmını 2,5 ila 4 orta boy 37 °C su banyosunda 5 dakika önceden ısıtın.
    2. Ortamı aspire edin ve hemen kuyu kenarına 2 mL taze hazırlanmış Gün 2.5 ila 4 orta ekleyin.
    3. Plakayı 36 saat boyunca 37 °C ve %5CO2'ye geri yerleştirin.
  5. 4. Gün
    NOT: Bu aşamada, kesin endoderm belirteçlerinin ekspresyonu maksimumdadır ve hücreler ilkel bağırsak tüpü farklılaşmasını başlatabilir.
    1. 4. Gün ilkel bağırsak aşaması ortamının (altı oyuklu bir plakanın oyuğu başına 2 mL) gerekli hacminin bir alikotunu hazırlayın ve oda sıcaklığında (15 °C -25 °C) 20 dakika ısıtın.
    2. Aspire Günleri 2,5 ila 4 orta ve 2 mL yıkama ortamı ekleyin 1.
    3. Yıkama ortamını 1 aspire edin ve hemen kuyu kenarına 2 mL 4. gün ilkel bağırsak aşaması ekleyin.
    4. Plakayı 48 saat boyunca 37 °C ve %5CO2'ye geri yerleştirin.
  6. 6 ila 8. Günler
    NOT: Bu aşamada, hücreler posterior ön bağırsak kaderi üzerinde daha fazla farklılaşma başlatır.
    1. Gerekli hacim 6 ila 8 posterior foregut ortamı (6 oyuklu bir plakanın oyuğu başına 2 mL) hazırlayın ve ortamı oda sıcaklığında (15 °C -25 °C) 20 dakika ısıtın.
    2. 4. Gün ortamını aspire edin ve hemen kuyunun kenarına 2 mL 6 ila 8 arka ön bağırsak ortamı ekleyin.
    3. Plakayı 48 saat boyunca% 5 CO2 içeren 37 ° C inkübatöre yerleştirin.
  7. 8 ila 12. Günler
    NOT: Hücreler pankreas progenitörlerinin farklılaşmasına hazırdır.
    1. Gerekli hacim 8 ila 12 gün pankreas progenitörleri sahne ortamı (6 oyuklu bir plakanın oyuğu başına 2 mL) hazırlayın ve ortamı oda sıcaklığında (15 °C -25 °C) 20 dakika ısıtın.
    2. 6 ila 8 orta günleri aspire edin ve hemen kuyu kenarına 2 mL 6 ila 8 arka ön bağırsak ortamı ekleyin.
    3. Plakayı 37 °C'de 48 saat boyunca %5CO2 içeren bir inkübatöre yerleştirin.
  8. 12. Gün: Kümeleme adımını gerçekleştirme
    NOT: Bu aşamada, hücreler yoğun bir tek tabaka oluşturur ve kümeler oluşturmak için 3D hücre kültürüne geçirilir. Bu adım, β benzeri hücrelerin doğal insan adacıklarına yapısal benzerliğini arttırmak için farklılaşma için çok önemlidir, ancak aynı zamanda hem hücresel hem de küme seviyelerinde işlevsel benzerliklerini geliştirir11 (Şekil 1).
    1. Oda sıcaklığında (15 °C - 25 °C) 2 mL yapışma önleyici durulama solüsyonu ile 400 μm'lik mikro kuyular içeren 6 oyuklu bir plakaya (Malzeme Tablosunda belirtildiği gibi: İnsan Kök Hücresinden Kaynaklı β Hücreler Yönlendirilmiş Farklılaşma, Gün 12) muamele edin.
      NOT: Mikro kuyu, hücrelerin kuyu dibine yapışmasını önler ve 3D kümelerin mekanik oluşumunu kolaylaştırır.
    2. Santrifüj plakasını 1.300 x g'da 5 dakika boyunca santrifüjleyin.
    3. Ters mikroskop altında herhangi bir kabarcık olup olmadığını kontrol edin. Kabarcık gözlenmezse, yapışma önleyici durulama solüsyonunu aspire edin ve hemen 2 mL yıkama ortamı 2 ekleyin (Malzeme tablosu).
    4. Adım 1.8.3'ü tekrarlayın. iki kez.
    5. Küme ortamının gerekli hacmini hazırlayın ve oda sıcaklığında (15 -25 °C) 20 dakika ısıtın. 6 oyuklu bir plakanın iki oyuğunun, 4 mL küme ortamı ile 400 μm mikro kuyulu 6 oyuklu plakanın bir kuyucuğuna girdiğinden emin olun.
    6. Pankreas progenitör ortamını aspire edin ve ayrışma tamponu ekleyin (oyuk başına 0.5 mL).
    7. Oda sıcaklığında (15 °C - 25 °C) 2-5 dakika inkübe edin. Ayrışma sürecini ters çevrilmiş bir mikroskop altında düzenli olarak kontrol edin ve hücrelerin çoğu yuvarlatıldığında, ancak hala yapışkan olduğunda ayrışma tamponunu aspire edin.
    8. Ayrışma tamponunu aspire edin ve hemen her oyuğa 1 mL küme ortamı ekleyin.
    9. P1000 pipet ve 1.000 μL filtre uçları kullanarak altı kez hafifçe yukarı ve aşağı pipetleyerek hücreleri ayırın.
    10. Hücreleri ve küme ortamı karışımını 50 mL'lik konik bir tüpe aktarın.
    11. Kalan tüm hücreleri toplamak için 1 mL küme ortamı ekleyin.
    12. Küme ortamını gereken toplam hacme ekleyin, böylece mikro kuyu plakasının her bir oyuğu 4 mL karışım kümesi ortamına/hücrelerine sahip olur.
    13. Yıkama ortamını 2 mikro kuyulu 6 oyuklu plakadan aspire edin ve hücre süspansiyonunu aktarın. Plakayı 37 °C'de 24 saat inkübe edin.
  9. 13. Gün: Kümelenme sonrası hücrelerin ele alınması ve 13. günden itibaren ortamlarının değiştirilmesi.
    NOT: Kümeler son derece hassastır ve sonraki günlerde bütünlüklerini ve yaşayabilirliklerini sağlamak için dikkatli bir şekilde ele alınmaları gerekir. Bu nedenle, 12. günden sonraki kümelenme sonrası dönemde kümeleri yakından izlemek çok önemlidir. Deneysel süreçte başarılı sonuçları teşvik etmek için düzenli değerlendirme ve ayarlamalar şarttır.
    1. Gerekli hacimde 13 gün ortamı (6 oyuklu bir plakanın oyuğu başına 2 mL) ve 15 ila 20 pankreas endokrin progenitör ortamı için 50 mL'lik ayrı bir konik tüpte hazırlayın.
    2. Bir p1000 pipet ve 1.000 μL filtrelenmiş uçlar kullanarak mikro kuyu 6 oyuklu plakadan kümeleri 50 mL'lik bir konik tüpe yavaşça toplayın.
    3. Kalan kümeleri toplamak ve kümeleri tüpe aktarmak için 1 mL Gün 13 ortamı ekleyin.
    4. Hücrelerin yerçekimi altında 5 dakika boyunca konik tüpün dibine doğal olarak oturmasına izin verin.
    5. Hücre kümelerini bozmadan tüpten mümkün olduğunca fazla süpernatan aspire edin. Pipet uçları kümelere dokunmamalı veya aspire etmemelidir, sadece süpernatanta dokunmalıdır.
    6. Aşağıdakilere göre gerekli Gün 13 ortamı hacmini ekleyin: 1 kuyucuklu mikro kuyu 6 oyuklu plaka, düşük bağlantılı 6 oyuklu bir plakanın (oyuk başına 2 mL ortam) üç kuyucuğuna gider.
    7. Aspirasyon kümelerinden kaçınarak nazikçe yukarı ve aşağı pipetleyin.
    8. Süspansiyonu çok düşük yapışan 6 oyuklu bir plakaya aktarın.
    9. Plakayı altı kez yan yana hızlı bir şekilde ileri geri hareket ettirin.
    10. Plakayı 37 °C'de 48 saat inkübe edin.
    11. Bu bölüm 2.9'da açıklandığı gibi, farklılaşmanın sonuna kadar sonraki tüm adımlarda ortam değişikliklerini gerçekleştirin.
  10. 15 - 20. Günler
    1. Hücre süspansiyonunu 50 mL'lik konik bir tüpe toplayarak ve 13. gün için 2.9.4 ila 2.9.10 arasındaki adımları izleyerek, farklılaşmanın 21. gününe kadar her 48 saatte bir pankreas endokrin progenitör evre ortamına geçin.
  11. 21-27. Günler
    NOT: Bu aşamada, kümeler pankreas β hücrelerine farklılaşır.
    1. Pankreas β hücreli aşama ortamını hazırlayın.
    2. Ortamı 15 ila 21. günler için açıklandığı gibi iki günde bir değiştirin.
      NOT: 25. günden sonra, adacık benzeri organoidler, tamamen işlevsel olduklarını doğrulamak için analize tabi tutulabilir.

3. Pankreas β hücreli kümelerin boyanması

NOT: Farklılaşma sonrası kümelerin işlevsel değerlendirmesini incelemek için bu adımı gerçekleştirin

  1. Farklılaşmanın sonunda 1.5 mL'lik bir mikrosantrifüj tüpünde beş ila on küme toplayın.
  2. Hücre kümelerini oda sıcaklığında 15 dakika boyunca 200 μL% 4 PFA ile sabitleyin.
  3. Kümelere 1 mL PBS ekleyin ve kümeleri bozmadan 1.000 μL'lik bir pipet ucuyla PBS'yi çıkarın.
  4. Kümelere 200 μL %30 sükroz ekleyin ve gece boyunca 4 °C'de inkübe edin.
  5. Kümeleri bir kriyokalıba aktarın, fazla sakkarozu çıkarın, bir damla OCT ortamı ekleyin ve kümeleri OCT ortamı ile karıştırın.
  6. Cryomold'u kuru buz üzerinde dondurun ve -80 °C'de saklayın.
  7. Bir mikrotom/veya kriyostat kullanarak mikroskop lamları üzerindeki donmuş bloktan 5 μm'lik kesitler kesin.
  8. Slaytları lekelenene kadar -80 °C dondurucuda saklayın.
  9. Boyama gününde slaytları -80 °C dondurucudan çıkarın.
  10. Kriyo kalıbın bölümlerinin etrafındaki buzu dikkatlice çıkarın.
  11. Hücre kümelerini hidrofobik bir kalemle slaytlar üzerinde daire içine alın.
  12. Slaytları PBS içeren bir slayt boyama kavanozunda 15 dakika boyunca rehidre edin.
  13. Slayt boyama kavanozuna soğuk metanol ekleyin ve sürgülü kavanozu -20 °C'de 10 dakika bekletin.
  14. Slaytları bir PBS kavanozuna daldırın.
  15. Adım 3.14'ü üç kez tekrarlayın.
    NOT: Aşağıdaki tüm yıkama adımları için bu yöntemi kullanın.
  16. PBS'yi slaytlardan çıkarın ve PBS-T'de %2-5 BSA içeren 100 μL engelleme solüsyonu ile hemen kapatın.
  17. Her slayta engelleme solüsyonu ekleyin ve parafin filmle örtün.
  18. Oda sıcaklığında (15-25 °C) 1 saat inkübe edin.
  19. Reaktifler ve Çözeltiler bölümünde verilen oranları kullanarak bloke edici çözeltideki birincil antikorları seyreltin.
  20. Engelleme çözümünü slaytlardan çıkarın.
  21. Hemen seyreltilmiş antikorlar ekleyin ve slaytın kurumasını önlemek için slaytları parafilm ile örtün.
  22. Gece boyunca 4 °C'de inkübe edin.
  23. Ertesi gün slaytları PBS-T ile 3-5 kez yıkayın.
  24. Seyreltilmiş ikincil antikorlar ve DNA boyası hazırlayın.
  25. Slaytlardan fazla PBS-T'yi çıkarın.
  26. Seyreltilmiş ikincil antikorlar ve DNA boyası ekleyin. Oda sıcaklığında (15-25 °C) 45 dakika inkübe edin.
  27. Slaytları PBS-T ile 3-5 kez yıkayın.
  28. Slaytlardaki sıvıyı çıkarın.
  29. Her bölüme bir damla histoloji montaj ortamı ekleyin.
  30. Slaytı bir cam kapakla örtün.
  31. Floresan mikroskobu kullanarak lekeli slaytların fotoğraflarını çekin.

4. GSIS (glukoz ile uyarılmış insülin sekresyonu testi)

  1. Üç farklı çözelti hazırlayın: düşük glikozlu KREBS çözeltisi, yüksek glikozlu KREBS çözeltisi ve KCl'li düşük glikozlu KREBS çözeltisi.
  2. Tüm çözeltileri 37 °C su banyosunda ısıtın.
  3. 1000 μL'lik bir pipet ucu kullanarak benzer büyüklükte yaklaşık 10 - 15 kümeyi dikkatlice seçin ve kümelerin kurumasını önlemek için bunları az miktarda farklılaştırılmış ortamla birlikte 1,5 mL'lik bir tüpe aktarın.
    NOT: Kümeler çıplak gözle görülebilmelidir, ancak değilse, kümeleri seçmek ve bunları 1,5 mL'lik bir tüpe aktarmak için farklılaşmış kümeler içeren plakayı ters mikroskop altına yerleştirin.
  4. Tüpü kümeler ve ortam ile bir tüp rafına yerleştirin ve kümelerin tüpün dibine batmasını bekleyin.
  5. 200 μL'lik bir pipet kullanarak süpernatanı yavaşça aspire edin ve 200 μL düşük glikozlu KREBS çözeltisi ekleyin.
  6. Adacıkları düşük glikoz çözeltisinde 37 °C'de 1 saat inkübe edin.
    NOT: Deneylerde küme sayılarının ve tutarlılığın doğru bir şekilde değerlendirilmesini sağlamak için, tüpe yapışma eğiliminde olduklarından, aktarım sırasında çözeltideki tüm kümelerin varlığının kontrol edilmesi önerilir.
  7. Tüpü inkübatörden çıkarın ve herhangi bir küme aspire etmeden 200 μL KREBS çözeltisini yavaşça aspire edin.
  8. 200 μL düşük glikozlu KREBS çözeltisi ekleyin ve 37 °C'de 30 dakika inkübe edin.
  9. 200 μL düşük glikozlu KREBS çözeltisinin hacmini 500 μL'lik bir tüpe aspire edin ve insülin ölçümleri için hemen -80 °C'de saklayın. Ayrı tedaviler için tekrarlayın.
  10. Kümeleri yıkamak için, kümeleri içeren tüpe glikozsuz 200 μL KREBS çözeltisi ekleyin. Kümelerin tüpün dibine yerleşmesine izin verin ve kümeleri rahatsız etmeden süpernatanı dikkatlice çıkarın.
  11. 200 μL yüksek glikozlu KREBS çözeltisi ekleyin ve 37 °C'de 30 dakika inkübe edin.
  12. 200 μL yüksek glikozlu KREBS'yi 500 μL'lik bir tüpe aspire edin ve insülin ölçümü için hemen -80 °C'de saklayın. Ayrı tedaviler için tekrarlayın.
  13. Kümeleri yıkamak için, kümeleri içeren tüpe glikozsuz 200 μL KREBS çözeltisi ekleyin. Kümelerin tüpün dibine yerleşmesine izin verin ve kümeleri rahatsız etmeden süpernatanı dikkatlice çıkarın.
  14. 200 μL KCl KREBS çözeltisi ekleyin ve ayrı tedaviler için tekrarlayın.
  15. 37 °C'de 30 dakika inkübe edin.
  16. 200 μL KCl KREBS solüsyonunu 500 μL'lik bir tüpe aspire edin ve insülin ölçümleri için hemen -80 °C'de saklayın. Diğer tedaviler için tekrarlayın.
  17. 50 μL ultra saf su ekleyin ve toplam insülin içeriğini ölçmeye devam edin.
  18. Adacıklar ve ultra saf su ile tüpe 150 μL asit etanol çözeltisi ekleyin.
  19. Numuneleri gece boyunca (12 - 15 saat) 4 °C'de saklayın.
  20. Ertesi gün, her numuneyi girdaplayın.
  21. Adacık dokusunun tamamen parçalanmasını sağlamak için 1 saniye boyunca% 20 güce ayarlanmış bir elektrik sonikatörü ile sonikasyon gerçekleştirin.
    NOT: Görünür küme kalmayana kadar 4.21 adımını yineleyin.
  22. Tüm numuneleri 10.000 × g'da 10 dakika santrifüjleyin ve süpernatanı saklayın.
  23. Daha sonra insülin ölçümlerini normalleştirmek için kullanılabilecek bir nanodrop spektrofotometre kullanarak DNA konsantrasyonunu ölçün.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu yazıda açıklanan protokol, β benzeri hücreleri hPSC'lerden10 ayırt etmek için oldukça verimli bir yaklaşım sunar. Bu süreç, kolayca ölçeklendirilebilen bir 2D kültür sistemi kullanır ve farklılaşmayı öğrenme, daha küçük projeler ve laboratuvarlar ve bir iPSC hattının farklılaşma potansiyelini değerlendirmek için pilot testler gibi çeşitli deneysel ortamlarda kullanılmasını sağlar.

Glikoz homeostazı hakkında fikir edinmek için adacıklardaki farklılaşmış β hücrelerinin fonksiyonel özelliklerini karakterize etmek esastır. Bu tipik olarak, β hücre belirteçleri ve insülin ekspresyonu için immün boyama gibi çeşitli deneylerin yanı sıra, düşük ve yüksek glikoz konsantrasyonlarına yanıt olarak adacık işlevini test eden glikoz ile uyarılmış insülin sekresyonu (GSIS) testleri yoluyla elde edilir 12,13. β hücreleri, β hücre kimliğini oluşturmak ve sürdürmek için kritik olan Nkx2-2, Pdx1, Nkx6-1 ve Neurod1 dahil olmak üzere imza genlerine sahiptir9. İmmün boyama teknikleri, doku kesitleri içinde protein ekspresyonunu ve lokalizasyonunu araştırmak için değerlidir. β hücreli belirteçler için immün boyama, temel pankreas soy belirteçlerinin ekspresyon seviyelerini değerlendirebilir ve farklılaşma sürecinin aslına uygunluğu ve belirli uygulamalar için optimizasyonu hakkında içgörüler sağlayabilir 9,12.

Bu çalışmada, insan doğal adacıklarında bulunanlara benzeyen β hücreleri de dahil olmak üzere farklı hücre tiplerini içeren kümeleri ayırt etmek için Mel1 InsGFP/w (Mel1 INS-GFP)14 hESC raportör hattı kullanıldı. Bu belgedeki Şekil 2 , farklılaşma sürecinin verimliliği ve doğruluğu ile ilgili önemli bulgular sunmaktadır. Sonuçlar, pankreas soyu içinde insülin eksprese eden hücrelerin yüksek oranda zenginleştiğini ve bu hücrelerin glikoz ile uyarılan insülin sekresyonu sergilediğini göstermektedir. Bu, farklılaşma süreci boyunca fonksiyonel β benzeri hücrelerin başarılı bir şekilde üretildiğini gösterir.

Farklılaşmış hücreler düşük ve yüksek glikoz konsantrasyonları ile uyarıldı ve GSIS sonuçları, Mel1 hücrelerinden türetilen kümelerin, glikoza insülin sekresyonu yanıtlarında adacıklara benzer şekilde işlev gördüğünü gösterdi. Mel1'den türetilen kümelerin, düşük glikoz konsantrasyonlarına kıyasla yüksek glikoz konsantrasyonlarına yanıt olarak 100 kat daha fazla insülin salgıladığı bulundu. Spesifik olarak, insülin içeriği 3.3 mM düşük glikozda %0.003 ± %0.002 ve 16.7 mM yüksek glikozda %0.236 ± %0.197 idi.

Mel1 INS-GFP hESC'lerden türetilen kümeler, GSIS testine ek olarak bileşimlerini ve işlevselliklerini belirlemek için daha fazla analize tabi tutuldu. Spesifik olarak, β hücreli imza genlerinin ekspresyonu ve kümeler içinde farklı hücre tiplerinin varlığı araştırıldı. Sonuçlar, bu işlemden elde edilen pankreas soyunun insülin pozitif hücrelerde yüksek oranda zenginleştirildiğini gösterdi, bu da hESC'lerin β hücre benzeri hücrelere farklılaşma sürecinde yüksek düzeyde başarı olduğunu gösterdi. Ayrıca, β hücreli kimliklerin kurulması ve sürdürülmesi için önemli olan Nkx6.1 ve Pdx1 gibi imza genlerinin ekspresyonu incelenmiştir. Analiz, hücrelerin yaklaşık% 25 ve% 40'ının sırasıyla Nkx6.1 ve Pdx1'i eksprese ettiğini ortaya koydu ve kümelerin farklılaşmış β benzeri hücreler içerdiğine dair ek kanıtlar sağladı (küme başına ortalama Nkx6.1+ hücreleri% 24.9 ±% 6.2, n = 9 küme, Pdx1+ hücreleri% 40.2 ±% 6.2, n = 9, SEM, Şekil 2). Ek olarak, kümeler, toplam hücre popülasyonunun yaklaşık% 15'ini oluşturan glukagon pozitif hücreler gibi diğer hücre tiplerini içeriyordu. Bu hücreler tipik olarak Langerhans'ın doğal adacıklarının alfa hücrelerinde bulunur, bu da kümelerin hücre bileşimi açısından insan adacıklarına çok benzediğini düşündürür.

figure-results-1
Şekil 1: hPSC'lerin pankreas β hücrelerine doğru farklılaşması. (A) Şematik gösterimi in vitro hPSC'lerin pankreas β hücrelerine yönlendirilmiş farklılaşması, altı ardışık aşamayı içerir: kesin endoderm indüksiyonu, ilkel bağırsak tüpü oluşumu, posterior ön bağırsak kader spesifikasyonu, pankreas progenitör üretimi, pankreas endokrin progenitör oluşumu ve nihayetinde pankreas β hücre farklılaşması. Pankreas β hücre farklılaşması, belirli zamanlarda belirli hücre sinyal yollarının düzenlenmesi ile insan adacık gelişiminin temel aşamalarını kullanır. B27: B-27 Eki; Ri: rho ile ilişkili protein kinaz inhibitörü veya ROCK inhibitörü; T3: tiroid hormonu; KGF: insan KGF / FGF-7 proteini; RepSox: Aktivin / Nodal / TGF-β yolu inhibitörü; ALK5'i inhibe eder; RA: Retinoik asit; ZS: çinko sülfat; UFH: fraksiyone edilmemiş heparin; XX: gama-Sekretaz İnhibitörü XX; APH: afidikolin; EGF: epidermal büyüme faktörü; LDN: BMP İnhibitörü III, LDN-212854; Siklo: Siklopamin- KAAD. (B) Pluripotent kök hücrelerden pankreas β hücrelerine farklılaşmanın çeşitli aşamalarında yakalanan hücresel morfoloji görüntüleri. İlk görüntü, farklılaşmanın ilk gününde insan pluripotent kök hücrelerini göstermektedir (HPSC'lerin tek tabakası). (C) 11. günde, hücreler pankreas progenitör aşamasındadır. 100 μm'lik ölçek çubuğu. (D) 12. günde, pankreas progenitör aşamasında hücrelerin ayrışmasından sonra 6 oyuklu plakanın mikro kuyularında kümeler oluşur. (E) 13. günde, kümeler düşük bağlantılı 6 oyuklu bir plakadadır. 100 μm'lik ölçek çubuğu. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-2
Şekil 2: Farklılaşmış Mel1 InsGFP/w hESC raportör hattı14'ten elde edilen kümeler, β hücre olgunluk belirteçlerini eksprese eden insülin üreten hücrelerin varlığı açısından değerlendirildi. (A) Kümelerin immünofloresan görüntüleri, glukagon üreten hücrelere (yaklaşık% 15) kıyasla insülin üreten hücrelerin (yaklaşık% 60) baskınlığını ortaya çıkaran dönen disk konfokal mikroskobu kullanılarak kriyokalıp kesitlerinden (5 μm) yakalandı (n = 9 küme, yaklaşık 18.000 hücre, SEM). (B) Kümelerin immünofloresan görüntüleri, pankreas β hücresi belirteçleri Nkx6.1'i birlikte eksprese eden insülin üreten hücrelerin baskınlığını gösteren dönen disk konfokal mikroskobu kullanılarak kriyokalıp kesitlerinden (5 μm) elde edildi (n = 9 küme, yaklaşık 18.000 hücre). (C) İnsülin pozitif, glukagon pozitif ve β hücreli belirteçler Nkx6.1 pozitif hücrelerin ve β hücreli belirteçler Pdx1 pozitif hücrelerin yüzdesini belirlemek için belirteçlerin immün boyanması için özel olarak tasarlanmış ImageJ hücre sayacı makrosu kullanıldı. (D) Farklılaşmış kümelerde (n=9, SEM) yüksek glikoz stimülasyonuna (16.7mM glikoz) yanıt olarak 100 kat artış gösteren Mel1 InsGFP/w hESC türevi kümelerin glikoz ile uyarılan insülin sekresyonu değerlendirildi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Tablo 1: Yönlendirilmiş farklılaşma için medya kompozisyonunun özeti. Bu tablo, glikoz ile uyarılan insülin sekresyon tamponu ile birlikte kök hücre matrisi ve ortamının üzerinde yönlendirilmiş farklılaşmanın her günü/aşaması için kullanılan ortam bileşiminin bir özetini sağlar. Bu Tabloyu indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

hPSC'lerin pankreas β hücrelerine başarılı bir şekilde farklılaşması, rutin kültürlemenin ve seçilen hPSC'lerin geçişinin tüm yönlerinin optimize edilmesine bağlıdır. Bu, hücre hattının normal bir karyotipe sahip olmasını, mikoplazma enfeksiyonu için negatif olmasını ve plazmit veya viral vektör genomlarından arınmış olmasını sağlamayı içerir. Ayrıca, hiPSC'leri kullanırken, pilot deneyler için hala yeniden programlanmakta olan en eski pasajı kullanmaktan kaçınmak önemlidir. Bu deneyler, en iyi farklılaşma potansiyeline ve optimum geçiş sayısına sahip hPSC hattını belirlemek için küçük ölçekte yapılmalıdır.

Farklılaşma verimliliğini etkileyebilecek diğer parametreler arasında kullanılan kök hücre ortamının kalitesi, kaplama yoğunluğu ve geçiş sayısı10,12 yer alır. Bu protokol, ilgili tüm parametrelerin optimize edilmesini sağlayarak farklılaşma verimliliğini en üst düzeye çıkarmak için optimize edilmiştir10.

hPSC'lerin β hücrelere farklılaşmasını desteklemek için her aşamada spesifik formülasyonlara sahip farklılaşma ortamı kullanılır. Aktivin A ve bir Wnt agonisti, kesin endoderm hücrelerine geçişi başlatmak için farklılaşma ortamında kullanılır. İlkel bağırsak tüpü aşamasında, β hücrelere15 daha fazla farklılaşmayı teşvik etmek için ortama KGF eklenir ve KGF'nin bu dahil edilmesi, Sui, Egli ve ark.10'un orijinal protokolünden farklı olarak 6. günden 8. güne kadar korunur. Pankreas progenitör aşamasında, spesifik ortam bileşimi, Pdx1 transkripsiyon faktörünün ekspresyonunu arttırmak için optimize edilir. Bu, kemik morfogenetik protein (BMP) yolu8'i inhibe eden yüksek konsantrasyonda retinoik asit (RA), KGF ve LDN193189 kullanılarak elde edilir. Farklılaşma endokrin aşamasına ilerledikçe, kültür ortamı Notch sinyalini aşağı regüle edecek şekilde değiştirilir. Bu, bir γ-sekretaz inhibitörü olan XXI'nin yanı sıra T3 (tiroid hormonu), RA ve Aktivin / BMP / TGF-β yolu8'in bir inhibitörü olan RepSox'un dahil edilmesiyle elde edilir. Bu spesifik bileşik kombinasyonu, pankreas progenitörlerinin endokrin progenitörlere farklılaşmasını teşvik etmek için kullanılır. Son olarak, doğrudan farklılaşma sürecini optimize etmek için, pankreas progenitörlerinden endokrin progenitörlere farklılaşma sırasında afidikolin (APH) eklenir. APH'nin bu ilavesi, β hücre farklılaşmasını daha da geliştirmeyi amaçlamaktadır ve Sui, Egli ve ark.10,11 tarafından önerilen ilk protokolden farklı bir modifikasyonu temsil etmektedir.

Farklılaşma işlemi sırasında, hücre yoğunluğunu izlemek ve aşırı birleşmeyi önlemek çok önemlidir, çünkü bu, uygun farklılaşmayı engelleyebilir. Yüksek yoğunluklu kültürler, kesin endoderme farklılaşmayı inhibe ederek yüksek Oct4 ekspresyonunu koruyabilir. İlk yıkama adımında ROCK inhibitörünün çıkarılması, farklılaşmayı başlatmak ve hPSC'lerin pluripotent durumunun değiştirilmesine izin vermek için gereklidir. İnsülin lokusuna entegre edilmiş bir GFP'ye sahip Mel1 INS-GFP gibi bir floresan markörü kullanmak, pankreas progenitörü ve β hücre aşamalarındaki farklılaşma ilerlemesinin değerlendirilmesini kolaylaştırır ve aşağı akış deneylerine yardımcı olur14.

İnsan pluripotent kök hücrelerini pankreas β benzeri hücrelere ayırmak için mevcut protokol, farklı hPSC hatları arasında verimlilikte değişkenlik göstermiştir10. Ek olarak, ortaya çıkan β benzeri hücreler, insan pankreas adacıklarına kıyasla fonksiyonel olgunlaşmamışlık sergiler ve hücre başına daha düşük insülin sekresyonu gösterir. Bu sınırlamayı daha da ileri götürmek için, β benzeri hücrelerin in vivo olgunlaşması, farklılaşmanın son aşamalarında adacık organoidlerinin hayvan modellerine nakledilmesiylesağlanabilir 6,7.

Bu sınırlamalara rağmen, hPSC'lerin pankreas β hücrelerine farklılaşması, mevcut yöntemlere göre önemli bir potansiyele sahiptir 8,9,10. Bu teknik, glikoza yanıt veren ve β hücreli belirteçleri eksprese eden çok sayıda β hücre benzeri hücre üretmeye izin verir (Pdx1 ve Nkx6.1, bkz. Şekil 2). Bu, insan pankreas adacıklarının kullanımıyla ilgili etik, teknik ve kaynak sınırlamaları olmadan yapılır. Ek olarak, bu teknik, ilaç testi ve hastalık modellemesi için hastaya özgü β hücreler üretilebildiğinden, kişiselleştirilmiş tıbba uygulanma potansiyeline sahiptir 4,6,7. Teknik ayrıca, pankreas β hücrelerinin kaybını veya işlev bozukluğunu içeren diyabet tedavisinde gelecekteki uygulamalara da sahip olabilir 4,6,7.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ines Cherkaoui, Araştırmacı Ödülü için Wellcome Trust'a (212625/Z/18/Z), Program hibesi için UKRI MRC'ye (MR/R022259/1), Proje hibesi için Diabetes UK'ye (BDA16/0005485), başlangıç fonları için CRCHUM'a, John R. Evans Lider Ödülü için Innovation Canada'ya (CFI 42649) teşekkür eden GAR'a Diabetes UK öğrenciliği (BDA 18/0005934) tarafından desteklendi. Proje hibesi için NIH-NIDDK (R01DK135268) ve ekip hibesi için CIHR, JDRF (CIHR-IRSC:0682002550; JDRF 4-SRA-2023-1182-SN). Camille Dion ve Dr Harry Leitch, insan hiPSC'lerinin üretimi ve kültürüne yardımları için, NIHR Imperial BRC (Biyomedikal Araştırma Merkezi) Organoid tesisi, Londra.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
1.5 mL TubeOne Mikrosantrifüj TüpüStarlabsS1615-5500
6 oyuklu Hücre kültürü plakasıThermoFisher Scientific165218
AggreWell 400 6 oyuklu plaka KÖK HÜCRE TEKNOLOJİLERİ34425
Anti-glukagon Sigma-aldrichG2654-100UL
Anti-İnsülin DakoA0564
Anti-NKX6.1Novus BiyolojiklerNBP1-49672SS
Anti-PDX1  Abcamab84987
AphidicolinSigma-AldrichA4487
B-27 Takviyesi (50X), serum içermez Thermo Fisher Scientific17504044
Sığır Serumu Albümini, yağ asidi içermezSigma-AldrichA3803-100G
Kalsiyum klorür dihidratSigma-AldrichC3306
Kalsiyum / Magnezyum içermeyen D-PBSThermo Fisher Scientific14190144
Siklopamin-KAADCalbiochem239804
D - (+) - Glikoz, BioXtraSigma-AldrichG7528
Disodyum hidrojen fosfat, susuzSigma-Aldrich94046-100ML-DMEM
artı GlutaMAXThermo Fisher Yıkama105660162: DMEM artı GlutaMAX %1 PS. 
DMEM/F-12 (Dulbecco'nun Modifiye Eagle Ortam/Besin Karışımı F-12)Thermo Fisher Scientific10565-018
Epredi SuperFrost Plus Yapışma slaytlarıThermo Fisher Scientific10149870
EtanolVWR20821.33
Fetal Sığır SerumuThermo Fisher Scientific10270098
Gama-Sekretaz İnhibitörü XXThermo Fisher ScientificJ64904
Geltrex LDEV-İçermeyen Azaltılmış Büyüme Faktörü Bodrum ThermoFisher ScientificA1413302Geltrex 1:1'i soğuk DMEM/F-12 ortamına 1:100'lük bir nihai seyreltme sağlamak için bastırın.
Keçi Anti-Gine domuzu, Alexa Fluor 555Thermo Fisher ScientificA-21435
Keçi Anti-Gine domuzu, Alexa Fluor 647Abcamab150187
Keçi anti-Fare İkincil Antikoru, Alexa Fluor 633Thermo Fisher ScientificA-21052
Keçi anti-Tavşan IgG İkincil Antikoru, Alexa Fluor 568Thermo Fisher ScientificA-11011
HeparinSigma-AldrichH3149
HEPES tamponuSigma-AldrichH3375-500G
Hoechst 33342, TrihidroklorürThermo Fisher ScientificH1399
İnsan FGF-7 (KGF) Rekombinant ProteinThermo Fisher ScientificPHG0094
Hidrojen klorürSigma-Aldrich295426
ImmEdge Hidrofobik Bariyer PAP KalemAgar BilimselAGG4582
LDN193189Sigma-AldrichSML0559-5MG
Magnezyum klorür hekzahidratSigma-AldrichM9272-500G
OCT Bileşiği 118 mLAgar ScientificAGR1180
PBS Tabletleri, Fosfat Tamponlu Salin, Fisher BioReagentsThermo Fisher Scientific7647-14-5
Penisilin-Streptomisin (PS)Thermo Fisher Scientific,15070-063
Potasyum klorürSigma-Aldrich7447-40-7
Rekombinant İnsan EGF ProteiniR & D Systems236-EG-200
Dikdörtgen kapaklı camlar, 22&/kez; 50 mmVWR631-0137
RepSox (Hidroklorür)STEMCELL Teknolojileri72394
RPMI 1640 Orta, GlutaMAX Takviyesi   Thermo Fisher Scientific618700361: RPMI 1640 artı GlutaMAX %1 PS.
Shandon Bağışıklık MontajlıThermo Fisher Scientific9990402
Sodyum bikarbonatSigma-AldrichS6014-500G
Sodyum klorürSigma-AldrichS3014
Sodyum dihidrojen fosfat susuzSigma-Aldrich7558-80-7
STEMdiff Endoderm ve nbsp;STEMCELL Technologies5110
StemFlex MediumThermo Fisher ScientificA3349401StemFlex Supplement'i gece boyunca 4 ° C'de çözdürün; C, takviye şişesinin kalan sıvısını StemFlex Basal Medium'a aktarın.
Stemolekül All-Trans Retinoik AsitReprocell04-0021 
Tiroid Tormone 3 (T3)Sigma-AldrichT6397
Tripan Mavisi Çözeltisi, %0.4ThermoFisher Scientific15250061
TripL Ekspres Enzim (1X)Thermo Fisher Scientific12604013
TWEEN 20Sigma-AldrichP2287-500ML
Süspansiyon Kültürü için Ultra Düşük Yapışma PlakasıThermo Fisher Scientific38071
UltraPure DNase/RNase İçermeyen Damıtılmış SuThermo Fisher Scientific10977015
Y-27632 (Dihidroklorür) KÖK HÜCRE TEKNOLOJİLERİ72302
Çinko SülfatSigma-Aldrich Z4750
Ortamı İçin Bilimsel Yıkama Ortamı İçin Serisi

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Kolios, G., Moodley, Y. Introduction to stem cells and regenerative medicine. Respiration. 85 (1), 3-10 (2013).
  2. Thomson, J. A., et al. Embryonic stem cell lines derived from human blastocysts. Science. 282 (5391), 1145-1147 (1998).
  3. Martin, G. R. Isolation of a pluripotent cell line from early mouse embryos cultured in medium conditioned by teratocarcinoma stem cells. Proceedings of the National Academy of Sciences. 78 (12), 7634-7638 (1981).
  4. Nair, G. G., Tzanakakis, E. S., Hebrok, M. Emerging routes to the generation of functional β-cells for diabetes mellitus cell therapy. Nature Reviews Endocrinology. 16 (9), 506-518 (2020).
  5. Diagnosis and classification of diabetes mellitus. American Diabetes Association. Diabetes Care. 32 (Supplement_1), S62-S67 (2009).
  6. Sui, L., et al. β-Cell Replacement in mice using human Type 1 diabetes nuclear transfer embryonic stem cells. Diabetes. 67 (1), 26-35 (2018).
  7. Rezania, A., et al. Reversal of diabetes with insulin-producing cells derived in vitro from human pluripotent stem cells. Nature Biotechnology. 32 (11), 1121-1133 (2014).
  8. Hogrebe, N. J., Maxwell, K. G., Augsornworawat, P., Millman, J. R. Generation of insulin-producing pancreatic β-cells from multiple human stem cell lines. Nature Protocols. 16 (9), 4109-4143 (2021).
  9. Jiang, J., et al. Generation of insulin-producing islet-like clusters from human embryonic stem cells. Stem Cells. 25 (8), 1940-1953 (2007).
  10. Sui, L., Leibel, R. L., Egli, D. Pancreatic β-cell differentiation from human pluripotent stem cells. Current Protocols in Human Genetics. 99 (1), e68(2018).
  11. Sui, L., et al. Reduced replication fork speed promotes pancreatic endocrine differentiation and controls graft size. JCI Insight. 6 (5), 141553(2021).
  12. Veres, A., et al. Charting cellular identity during human in vitro β-cell differentiation. Nature. 569 (7756), 368-373 (2019).
  13. Rutter, G. A., Georgiadou, E., Martinez-Sanchez, A., Pullen, T. J. Metabolic and functional specialisations of the pancreatic β-cell: gene disallowance, mitochondrial metabolism and intercellular connectivity. Diabetologia. 63 (10), 1990-1998 (2020).
  14. Micallef, S. J., et al. INS(GFP/w) human embryonic stem cells facilitate isolation of in vitro derived insulin-producing cells. Diabetologia. 55 (3), 694-706 (2012).
  15. Finch, P. W., Rubin, J. S., Miki, T., Ron, D., Aaronson, S. A. Human KGF is FGF-related with properties of a paracrine effector of epithelial cell growth. Science. 245 (4919), 752-755 (1989).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Human Pluripotent Stem CellsPancreatic Beta CellsBeta Cell DifferentiationInsulin Secreting CellsDefinitive EndodermPancreatic ProgenitorsGlucose Stimulated Insulin SecretionImmunofluorescence ImagingCell PassageROCK Inhibitor

Related Articles