Yöntem makalesi

İnsan Embriyonik Kök Hücre Kaynaklı Retina Pigment Epitel Hücrelerinin Optimal Aşamada Dondurularak Saklanması

1.3K görüntüleme

⸱

DOI:

10.3791/65888

⸱

3 Kasım 2023

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Ophthalmology, Shanghai General Hospital, Shanghai Jiao Tong University School of Medicine, 2National Clinical Research Center for Eye Diseases, 3Shanghai Clinical Research Center for Eye Diseases, 4Shanghai Key Clinical Specialty, 5Shanghai Key Laboratory of Ocular Fundus Diseases, 6Shanghai Engineering Center for Visual Science and Photomedicine, 7Shanghai Engineering Center for Precise Diagnosis and Treatment of Eye Diseases, 8Stem Cell Core Facility, CAS Center for Excellence in Molecular Cell Science, Chinese Academy of Sciences

* These authors contributed equally

Bu makalede

Özet

Bu çalışma, insan kök hücresinden türetilmiş retina pigment epitel hücrelerinin etkili bir şekilde dondurularak saklanması için ayrıntılı bir protokol sunmaktadır.

Özet

İnsan embriyonik kök hücrelerinden (hESC'ler) türetilen retinal pigment epitel (RPE) hücreleri, retinal dejeneratif hastalıkları olan bireylerde hücre replasman tedavisi için üstün hücre kaynaklarıdır; Bununla birlikte, bu terapötik hücrelerin istikrarlı ve güvenli bankacılığı ile ilgili çalışmalar azdır. Kriyoprezervasyon sonrası RPE hücrelerinin oldukça değişken hücre canlılığı ve fonksiyonel geri kazanımı en sık karşılaşılan sorunlardır. Bu protokolde, orijinal deney koşullarına dayalı olarak dondurma için en uygun hücre fazını seçerek çözdürme işleminden sonra en iyi hücre geri kazanım oranını elde etmeyi amaçladık. Hücreler, çözüldükten sonra hücre canlılığını ve geri kazanım oranını artıran 5-etinil-2'-deoksiüridin etiketleme testi kullanılarak belirlenen üstel fazda donduruldu. Stabil ve fonksiyonel hücreler, uzun bir farklılaşma sürecinden bağımsız olarak, çözülmeden kısa bir süre sonra elde edildi. Burada açıklanan yöntemler, hESC'den türetilen RPE hücrelerinin basit, verimli ve ucuz bir şekilde korunmasına ve çözülmesine izin verir. Bu protokol RPE hücrelerine odaklansa da, bu dondurma stratejisi diğer birçok farklılaşmış hücre tipine uygulanabilir.

Giriş

Retina pigment epiteli (RPE), retinanın düzgün işlevini sürdürmek için gerekli olan pigmentli bir tek hücre tabakasıdır1. RPE disfonksiyonu ve ölümü, yaşa bağlı makula dejenerasyonu, retinitis pigmentosa ve Stargardt hastalığı 2,3 dahil olmak üzere birçok retinal dejeneratif hastalıkla yakından ilişkilidir. RPE replasman tedavisi, bu hastalıklar için en umut verici tedavi rejimlerinden biridir 4,5,6,7. Donör RPE hücrelerinin stabil bir şekilde tedarik edilmesi, hücre tedavisi için hayati önem taşır. İnsan embriyonik kök hücresinden (hESC) türetilen RPE hücreleri, birincil RPE hücrelerinin işlevini taklit ettikleri ve teorik olarak sınırsız bir tedarik üretebildikleri için hücre tedavisi için ideal bir hücre kaynağıdır8. Bununla birlikte, farklılaşma süreci zahmetlidir ve elde edilen RPE hücrelerinin raf ömrü, sonraki epitelyal-mezenkimal geçiş (EMT) nedeniyle nispeten kısadır. Bu nedenle, hESC'den türetilen RPE hücrelerinin dondurularak saklanması, uzun süreli depolama ve isteğe bağlı dağıtım için gerekli olan vazgeçilmez bir adımdır9.

Kriyoprezervasyonun neden olduğu hücresel hasar, yanlışlıkla terapötik etkinliği tehlikeye atabilir10,11. Bu nedenle, kriyoprezervasyon ile ilgili son çalışmalar, hücre tedavileri tasarlanırken optimal kriyojenik depolama koşullarının belirlenmesi gerektiğini önermiştir12. Başarılı kriyoprezervasyon, donma-çözülme döngüsünden sonra verimli hücre geri kazanımı, yüksek canlılık ve hücre fonksiyonunun restorasyonunu garanti eder. Bununla birlikte, memeli hücrelerinin yapışık tek tabakalarının dondurularak saklanması üzerine yapılan önceki çalışmalar, çözülmeden sonra oldukça değişken (%35-%95) sağkalım oranları bildirmiştir 13,14,15. Birçok faktör, özellikle dondurma aşamasında kriyoprezervasyonun sonuçlarını önemli ölçüde etkiler16,17. Son araştırmalar, farklı zaman noktalarında donmuş RPE hücrelerinin çözüldükten sonra çeşitli iyileşme gösterdiğini gösterdi17. Bildiğimiz kadarıyla, kök hücre kaynaklı RPE hücreleri için en uygun dondurma süresi penceresinin belirlenmesine yönelik çalışmalar eksiktir. Farklı çalışmalarda, hücreler çeşitli aşamalarda donduruldu: bazı hücreler geçişten kısa bir süre sonra veya birleşme veya pigmentasyondanönce donduruldu 8,15,18, diğerleri ise diğer zaman noktalarında 9,19,20,21 donduruldu. Ayrıca, kriyoprezervasyon için kullanılan RPE hücrelerinin fazının veya aşamasının çözüldükten sonra RPE fonksiyonunu etkileyip etkilemediğine dair net bir kanıt yoktur. Önceki çalışmamızda, hücre büyümesinin üstel fazının (P2D5), hücre canlılığı ve hücresel özelliklerin ve işlevlerin geri kazanılması açısından hESC'den türetilmiş RPE hücrelerinin dondurularak saklanması için en iyi aşama olduğunu ilk kez gösterdik17.

Burada oluşturulan yöntem, çözüldükten sonra hücre canlılığı ve işlevi açısından en iyi korumayı elde etmek için hESC'den türetilen RPE'yi optimal bir aşamada kriyoprezervasyon yapmayı amaçlamaktadır. Kriyoprezervasyondan önce DNA sentezinin üstel fazını tespit etmek için 5-etinil-2'-deoksiüridin (EdU) etiketleme testini kullanarak, çözülmüş RPE hücreleri %>80 canlılık ve bağlanma oranı, RPE'ye özgü gen ekspresyonu, polarize hücre morfolojisi, pigment epitel kaynaklı faktör sekresyonyonu, uygun transepitelyal direnç ve fagositik yetenek sergiledi 8,17,22. Bu protokol hESC'den türetilmiş RPE hücrelerine odaklanmasına ve tüm terapötik hücrelerin eşit şekilde dondurularak saklanmamasına rağmen, üstel fazda dondurma stratejisi diğer birçok terapötik hücreye uygulanabilir.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

1. Hücre ayrışması

  1. RPE hücrelerini daha önce tarif edildiği gibi koruyun17,22.
    NOT: Tüm hücreler, protokollerin süresi boyunca% 5 CO2 atmosferinde 37 ° C'de büyütülür.
  2. Gerekli miktarda PBS ve kültür ortamını 37 ° C'lik bir su banyosunda hazırlayın ve hücre ayrışma reaktifini oda sıcaklığına yerleştirin.
  3. Kültür çözeltisini atın ve plakaları oyuk başına 1 mL önceden ısıtılmış PBS ile iki kez yıkayın.
  4. 6 oyuklu plakalara 1 mL hücre ayrışma reaktifi ekleyin ve hücreleri 37 ° C'de 15 dakika sindirin. İnkübasyondan sonra, sindirimin sona erdiğini doğrulamak için mikroskop altında kenarlarda küçülen ve parlayan hücreleri gözlemleyin.
    NOT: Tripsin bazlı ayrışma, düşük hücre canlılığı sağladığı için önerilmez.
  5. Hücreleri ayırmak için 1 mL'lik bir pipetle 10 kat yukarı ve aşağı pipetleyin ve hücre süspansiyonunu önceden ısıtılmış kültür ortamıyla (Y-27632 olmadan) 1:10 oranında seyreltin. Daha sonra hücreleri oda sıcaklığında 3 dakika 250 × g'da santrifüjleyin.
  6. Santrifüjlemeden sonra süpernatanı hızlı bir şekilde dökün, hücre peletini kültür ortamının 2 mL'sinde nazikçe yeniden süspanse edin ve hücreleri bir pipetle 10-15x yeniden süspanse edin.
  7. Tek hücreli bir süspansiyon elde etmek ve hücre sayısını hesaplamak için hücre süspansiyonunu 40 μm'lik bir hücre süzgeci ile filtreleyin.
    NOT: Çözüldükten sonra doğru hücre sayımı ve tek tip hücre tohumlama yoğunluğu için tek hücreli bir süspansiyon gereklidir.

2. Kriyoprezervasyon için en uygun hücre aşamasının belirlenmesi

NOT: Hücre durumu, farklılaşma yöntemleri ve hücre hatları arasında farklılık gösterdiğinden, farklı laboratuvarlarda kültürlenen RPE hücrelerinin üstel fazı dondurulmadan önce belirlenmelidir.

  1. Bir şişe bazal membran matris çözeltisini, gece boyunca 4 ° C'de buz üzerinde çözdürün. Matrisi 12 mL soğuk DMEM / F-12 ile seyreltin ve iyice karıştırın. Kuyucuk başına bir lamel ekleyin ve 24 oyuklu bir plakanın her bir oyuğuna 0.25 mL seyreltilmiş çözelti ile kaplayın. Kullanmadan önce plakayı oda sıcaklığında 1 saat veya gece boyunca 4 °C'de inkübe edin ve hücreleri kaplamadan hemen önce kaplama solüsyonunu aspire edin.
    NOT: Alikot hacmi için talimatlar, protein konsantrasyonuna bağlı olarak partiye özgüdür ve ürün spesifikasyon sayfasında bulunur.
  2. RPE tek hücrelerini, 1 mL kültür ortamında 105 /cm2 yoğunlukta bazal membran matris kaplı lameller üzerine adım 1.7'den tohumlayın. Kültür ortamını her 2-3 günde bir yenileyin.
  3. Belirtilen zaman noktalarında (geçişten 1, 3, 5, 7 ve 11 gün sonra), RPE hücrelerini ortamda 24 saat boyunca 10 μM EdU ile inkübe edin. Birleştirilmiş EdU'yu tespit etmek için hücreleri kılavuzda açıklandığı gibi reaksiyon kokteyli ile sabitleyin, geçirgen hale getirin ve boyayın.
  4. Floresan mikroskobu altında beş rastgele alandan görüntüler yakalayın ve EdU pozitif hücrelerin yüzdesini hesaplayın. Bir büyüme eğrisi oluşturmak için karşılık gelen EdU-pozitif orantı-zaman eğrilerini çizin. Ardından, büyüme eğrisine göre her hücre hattı için donma penceresini veya üstel fazı belirleyin.
    NOT: Yeniden kurulan altıgen hücre morfolojisi, hücrelerin üstel fazdan çıktığını gösterir.

3. Kriyoprezervasyon

  1. 1.1 ila 1.7 arasındaki adımları izleyerek, sindirim süresinin 5 dakikaya düşmesi dışında, hücre süspansiyonunu oda sıcaklığında 250 × g'da 3 dakika santrifüjleyin.
  2. Santrifüjlemeden sonra hızlı bir şekilde dökerek süpernatanı atın ve kriyoprezervasyon ortamında hücre peletini 2 × 106 hücre / mL yoğunluğa kadar nazikçe yeniden süspanse edin ve hücre süspansiyonunun 1 mL'sini 1.2 mL kriyojenik şişelere aktarın.
  3. Kriyojenik şişeleri hemen bir dondurucu kabına koyun, -80 °C/dk'lık bir soğutma hızı elde etmek için gece boyunca -1 °C'de dondurun ve ardından şişeleri uzun süreli saklama için sıvı nitrojene aktarın.

4. Çözülme

  1. Kültür ortamını 37 ° C'lik bir su banyosunda ısıtın ve 10 mL önceden ısıtılmış kültür ortamını 15 mL'lik bir tüpe önceden doldurun.
  2. Otomatik bir çözdürme sistemi kullanarak doğrudan sıvı nitrojen deposundan alınan kriyojenik şişeleri hızla çözün.
  3. Donmuş hücrelerin yavaş yavaş yeni ortama adapte olmasını sağlamak için kriyojenik şişeye 0.5-1 mL önceden ısıtılmış kültür ortamı damlatın. Daha sonra, 15 mL'lik bir tüpte 1.5-2 mL hücre süspansiyonunu 10 mL kültür ortamına aktarın ve hücreleri oda sıcaklığında 3 dakika boyunca 250 × g'da santrifüjleyin.
  4. Santrifüjlemeden sonra hızlı bir şekilde dökerek süpernatanı atın, peleti 2 mL önceden ısıtılmış kültür ortamında yeniden süspanse edin ve standart tripan mavisi dışlamasını (% 0.4 tripan mavisi lekesi) kullanarak geri kazanım ve hayatta kalma oranlarını belirlemek için bir hemositometre kullanarak hücre sayısını sayın.
  5. Hücreleri, Y-27632 (nihai konsantrasyon: 10 μM) ile takviye edilmiş bir kültür ortamında 105 canlı hücre /cm2 yoğunlukta bazal membran matris kaplı yüzeylerde kültürleyin. 24 saat sonra Y-27632'yi çıkarın.
  6. Bağlanma oranını belirlemek için, hücreleri tekrar ayırın ve çözüldükten 24 saat sonra hücre sayısını sayın.

5. Optimum dondurma aşamasının doğrulanması

  1. Adım 2.4'te belirlenen optimal dondurma fazını doğrulamak için, farklı zaman noktalarında donmuş RPE hücrelerini çözün ve 28 gün boyunca kültürleyin. Daha önce tarif edildiği gibi RPE belirteçlerinin ekspresyonunu değerlendirmek için qPCR ve immün boyama analizi için hücreleri toplayın17.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

Burada, P1D35'teki hESC'den türetilmiş RPE hücreleri pasajlandı ve 105 / cm2'lik bir yoğunlukta tohumlandı. Tohumlamadan sonraki bir hafta içinde, karakteristik altıgen morfoloji ve pigmentasyon, gecikme fazında (yaklaşık 2 gün) kayboldu. RPE hücreleri, üstel fazda (yaklaşık 5 gün, Şekil 1A) altıgen morfolojiyi kademeli olarak yeniden benimsedi ve daha poligonal bir morfoloji ile yavaşlama fazına (yaklaşık 6 gün) girdi. Hücre kültürü bir hafta daha devam ederse, hücre p...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

Bu çalışmada, araştırma ve klinik ihtiyaçlar için hESC türevi RPE hücreleri için başarılı bir donma-çözülme protokolü tanımlanmıştır. Ölümsüzleştirilmiş RPE hücre hattı ARPE-19'un aksine, kök hücre türevli RPE hücreleri gibi uygun karakteristik epitelyal fenotip ve fonksiyona sahip RPE hücreleri, kriyoprezervasyona daha duyarlıdır. Hücrelerin% 32'sinden daha azı, uygun şekilde korunmadığı takdirde, çözülmeden 24 saat sonra kaldı17. Kriyoprezervasyon zamanlaması kritik bir parametredir. Ölümsüzleşt...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

Yazarların açıklanacak herhangi bir çıkar çatışması yoktur.

Teşekkürler

Bu çalışma, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (81970816) tarafından Mei Jiang'a finanse edildi; Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (82201223) Xinyue Zhu'ya; ve Şanghay Bilim ve Teknoloji Komisyonu'nun (2014090067000) Bilim ve Teknoloji İnovasyon Eylem Planı'nı Haiyun Liu'ya teslim etti.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
40 μ m Hücre süzgeciCorning431750
Görüntüleme için Click-iT EdU Hücre Proliferasyon Kiti, Alexa Fluor 488 BoyaThermo Fisher ScientificC10337
Kriyo dondurma kabıNalgene5100-0001
CryoStor CS10Biolife Solutions07930kriyoprezervasyon ortamı #1
DPBS, kalsiyum yok, magnezyum yokThermo Fisher Scientific
GenxinSelcellYB050050kriyoprezervasyon ortamı #2
Wicell, ABD tarafından sağlananinsan embriyonik kök hücreleriH9 hücre hattı
Matrigel, hESC Nitelikli MatrisCorning354277bazal membran matrisi
ThawSTAR CFT2 Otomatik Hücre Çözdürme SistemiBioLife ÇözümleriAST-601
Tripan Mavi çözelti %0.4SigmaT8154
TryPLE SelectThermo Fisher Scientific12563029hücre ayrışması reaktifi
XVIVO-10 ortamıLonzaBEBP04-743QRPE kültür ortamı
Y-27632SelleckS1049
14190144

Kaynaklar

  1. Lakkaraju, A., et al. The cell biology of the retinal pigment epithelium. Progress in Retinal and Eye Research. 78, 100846(2020).
  2. Mcbain, V. A., Townend, J., Lois, N. Progression of retinal pigment epithelial atrophy in stargardt disease. American Journal of Ophthamology. 154 (1), 146-154 (2012).
  3. George, S. M., Lu, F., Rao, M., Leach, L. L., Gross, J. M. The retinal pigment epithelium: Development, injury responses, and regenerative potential in mammalian and non-mammalian systems. Progress in Retinal and Eye Research. 85, 100969(2021).
  4. Rizzolo, L. J., Nasonkin, I. O., Adelman, R. A. Retinal cell transplantation, biomaterials, and in vitro models for developing next-generation therapies of age-related macular degeneration. Stem Cells Translational Medicine. 11 (3), 269-281 (2022).
  5. Bertolotti, E., Neri, A., Camparini, M., Macaluso, C., Marigo, V. Stem cells as source for retinal pigment epithelium transplantation. Progress in Retinal and Eye Research. 42, 130-144 (2014).
  6. Da Cruz,, L,, et al. Phase 1 clinical study of an embryonic stem cell-derived retinal pigment epithelium patch in age-related macular degeneration. Nature Biotechnology. 36 (4), 328-337 (2018).
  7. Mehat, M. S., et al. Transplantation of human embryonic stem cell-derived retinal pigment epithelial cells in macular degeneration. Ophthalmology. 125 (11), 1765-1775 (2018).
  8. Buchholz, D. E., et al. Rapid and efficient directed differentiation of human pluripotent stem cells into retinal pigmented epithelium. Stem Cells Translational Medicine. 2 (5), 384-393 (2013).
  9. Li, Q. -Y., et al. Functional assessment of cryopreserved clinical grade hESC-RPE cells as a qualified cell source for stem cell therapy of retinal degenerative diseases. Experimental Eye Research. 202, 108305(2021).
  10. Francois, M., et al. Cryopreserved mesenchymal stromal cells display impaired immunosuppressive properties as a result of heat-shock response and impaired interferon-gamma licensing. Cytotherapy. 14 (2), 147-152 (2012).
  11. Moll, G., et al. Do cryopreserved mesenchymal stromal cells display impaired immunomodulatory and therapeutic properties. Stem Cells. 32 (9), 2430-2442 (2014).
  12. Ekpo, M. D., et al. Incorporating cryopreservation evaluations into the design of cell-based drug delivery systems: an opinion paper. Frontiers in Immunology. 13, 967731(2022).
  13. Bailey, T. L., et al. Protective effects of osmolytes in cryopreserving adherent neuroblastoma (Neuro-2a) cells. Cryobiology. 71 (3), 472-480 (2015).
  14. Okumura, N., et al. Feasibility of a cryopreservation of cultured human corneal endothelial cells. PLoS One. 14 (6), e0218431(2019).
  15. Pennington, B. O., et al. Xeno-free cryopreservation of adherent retinal pigmented epithelium yields viable and functional cells in vitro and in vivo. Scientific Reports. 11 (1), 6286(2021).
  16. Woods, E. J., Thirumala, S., Badhe-Buchanan, S. S., Clarke, D., Mathew, A. J. Off the shelf cellular therapeutics: Factors to consider during cryopreservation and storage of human cells for clinical use. Cytotherapy. 18 (6), 697-711 (2016).
  17. Zhang, T., et al. Determining the optimal stage for cryopreservation of human embryonic stem cell-derived retinal pigment epithelial cells. Stem Cell Research & Therapy. 13 (1), 454(2022).
  18. Leach, L. L., et al. Induced pluripotent stem cell-derived retinal pigmented epithelium: a comparative study between cell lines and differentiation Methods. Journal of Ocular Pharmacology and Therapeutics. 32 (5), 317-330 (2016).
  19. Reichman, S., et al. Generation of storable retinal organoids and retinal pigmented epithelium from adherent human iPS cells in Xeno-free and feeder-free conditions. Stem Cells. 35 (5), 1176-1188 (2017).
  20. Brandl, C., et al. In-depth characterisation of retinal pigment epithelium (RPE) cells derived from human induced pluripotent stem cells (hiPSC). Neuromolecular Medicine. 16 (3), 551-564 (2014).
  21. Hongisto, H., Ilmarinen, T., Vattulainen, M., Mikhailova, A., Skottman, H. Xeno- and feeder-free differentiation of human pluripotent stem cells to two distinct ocular epithelial cell types using simple modifications of one method. Stem Cell Research & Therapy. 8 (1), 291(2017).
  22. Foltz, L. P., Clegg, D. O. Rapid, directed differentiation of retinal pigment epithelial cells from human embryonic or induced pluripotent stem cells. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (128), 10.3791/56274(2017).
  23. Marcantonini, G., et al. Natural cryoprotective and cytoprotective agents in cryopreservation: a focus on melatonin. Molecules. 27 (10), 3254(2022).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

nsan Embriyonik K k H creleriH cre KriyokorunumuEksponansiyel Faz DondurmaH cre De i tirme TedavisiEdU Proliferasyon AnaliziH cre Canl lH cre Geri Kazan m OranH cre zmeH cre Bankac l

İlgili makaleler