RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
tr_TR
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Bu protokol, insan osteoklastlarının indüklenmiş pluripotent kök hücrelerden (iPSC'ler) ayırt edilmesini sunar ve osteoklastların ve osteoklast öncüllerinin karakterizasyonu için yöntemleri açıklar.
Bu protokol, insan iPSC'lerinin yayılmasını ve geçişini ve bunların osteoklastlara farklılaşmasını detaylandırır. İlk olarak, iPSC'ler, embriyoid vücut indüksiyonunda daha fazla kullanım için tek hücreli bir süspansiyona ayrıştırılır. Mezodermal indüksiyonu takiben, embriyoid cisimler hematopoietik farklılaşmaya uğrar ve yüzen bir hematopoietik hücre popülasyonu üretir. Daha sonra, hasat edilen hematopoietik hücreler bir makrofaj kolonisi uyarıcı faktör olgunlaşma adımına ve son olarak osteoklast farklılaşmasına tabi tutulur. Osteoklast farklılaşmasından sonra, osteoklastlar, metil yeşil nükleer boyama ile birlikte TRAP için boyama ile karakterize edilir. Osteoklastlar çok çekirdekli, TRAP+ polikaryonlar olarak gözlenir. Kimlikleri Katepsin K boyama ile daha da desteklenebilir. Kemik ve mineral rezorpsiyon deneyleri, iyi niyetli osteoklastların kimliğini doğrulayan fonksiyonel karakterizasyona izin verir. Bu protokol, insan osteoklastlarını iPSC'lerden ayırt etmek için sağlam ve çok yönlü bir yöntem gösterir ve büyük miktarlarda fonksiyonel insan osteoklastı gerektiren uygulamalarda kolay benimsenmeye izin verir. Kemik araştırmaları, kanser araştırmaları, doku mühendisliği ve endoprotez araştırmaları alanlarında uygulamalar öngörülebilir.
Osteoklastlar (OK'ler) hematopoetik kaynaklı 1,2, kemik hastalığı araştırmaları 3,4, kanser araştırmaları 5,6, doku mühendisliği 7,8 ve endoprotez araştırmaları 9,10 gibi alanlarda araştırmacılar tarafından yaygın olarak kullanılan çok yönlü hücre tipleridir. Bununla birlikte, fonksiyonel OC'ler oluşturmak için mononükleer öncüllerin çok çekirdekli OC'lere füzyonu gerektiğinden, OC farklılaşması zor olabilir11. OK farklılaşması için NF-κB ligandının reseptör aktivatörü (RANKL) ve makrofaj koloni uyarıcı faktör (M-CSF) gibi çeşitli biyolojik faktörler gereklidir. M-CSF'nin hücre proliferasyonu, hücre sağkalımı ve RANK ekspresyonu üzerinde olumlu bir etkisi olduğu bildirilmiştir 12,13,14. Öte yandan, RANKL, osteoklastogenezi indükleyen aşağı akış sinyal kaskadlarını aktive eden RANK'a bağlanır. Aktivasyona, NF-kB dimerlerini16,17 bağlayan bir bağlayıcı protein olan B hücreleri inhibitörü, alfa (IκB-α) kappa hafif polipeptit gen arttırıcının nükleer faktörünün bozulmasına yol açan TNF reseptörü ile ilişkili faktör 6 (TRAF6) aracılık eder. Bu nedenle, IκB-α bozunması, daha sonra çekirdeğe yer değiştiren ve transkripsiyon faktörleri c-Fos ve Aktive T-Hücreleri 1'in (NFATc1) Nükleer Faktörünün ekspresyonunu indükleyen NF-kB dimerlerini serbest bırakır. Bu da, çok sayıda OC farklılaşması ile ilgili proteinintranskripsiyonunu tetikler 15,18. DC-Stamp ve Atp6v0d2 gibi yukarı regüle proteinler, OC öncüllerinin hücre-hücre füzyonuna aracılık ederek sinsityum oluşumuna yol açar 19,20,21.
İnsan primer hücreleri ile ilgili olarak, CD34+ ve CD14+ PBMC'ler şu anda OC'lere farklılaşma için en yaygın kullanılan hücre tipleridir22. Bununla birlikte, bu yaklaşım, donörlerden23 toplanan hücrelerin CD34+ popülasyonundaki heterojenlik ve bunların sınırlı genişletilebilirliği ile sınırlıdır. İnsan iPSC'leri, OC'ler için alternatif bir kaynak sunar. Süresiz olarak 24 yayılabildikleri için, OC üretiminin genişletilebilirliğine ve ölçeklendirilmesine izin verirler. Bu, OC araştırmasını kolaylaştıran çok sayıda OC'nin farklılaşmasına izin verir.
iPSC'lerin OC'lere farklılaşması için çeşitli protokoller yayınlanmıştır 25,26,27. Tüm farklılaşma süreci bir iPSC yayılım bölümüne, bir mezodermal ve hematopoietik farklılaşma bölümüne ve OC farklılaşmasına ayrılabilir. iPSC'lerin farklılaşma sürecinden önce yayılması, farklılaşmadan önce OC üretiminin yükseltilmesine olanak tanır. Mezodermal ve hematopoetik farklılaşma ile ilgili çeşitli yaklaşımlar mevcuttur. Geleneksel olarak, hematopoetik hücreleri ayırt etmek için embriyoid cisim (EB) oluşumu kullanılmıştır, ancak tek tabaka tabanlı yaklaşımlar, EB indüksiyonu gerektirmeyen başka bir hematopoietik farklılaşma stratejisini temsil eder. Bununla birlikte, tek katmanlı tabanlı sistemler daha fazla optimizasyon gerektiriyor gibi görünmektedir, çünkü biz ve diğerleri, EB tabanlı yaklaşımların OC'lerin farklılaşması için daha sağlam olduğunu gördük.
Burada, EB tabanlı bir protokol kullanarak OC'lerin insan iPSC'lerinden farkını açıklıyoruz. Bu protokol Rössler ve ark.26'dan uyarlanmış ve farklılaşma işlemi sırasında sağlamlığı artırmak ve kriyoprezervasyona izin vermek için modifiye edilmiştir. İlk olarak, hematopoietik hücreleri 10 günlük farklılaşmadan sonra sadece bir kez topladık. Hematopoetik hücreler daha sonra farklılaşma işlemi sırasında daha fazla esneklik sağlamak için dondurularak saklandı. Ek olarak, OK farklılaşması için hematopoetik hücre tohumlama yoğunluğunu 1 x 105'ten 2 x 105 hücre/cm2'ye çıkardık. Daha yeni bir insan iPSC serumsuz ortam (hiPSC-SFM, Malzeme Tablosuna bakınız) kullanıldı ve kuyucukların kaplanması% 0.1 jelatin yerine 200-300 μg / mL bazal membran ekstraktı (Malzeme Tablosuna bakınız) ile gerçekleştirildi. Penisilin / streptomisin medyaya eklenmedi.
Rössler ve ark.26 tarafından yapılan protokol orijinal olarak bir iPSC'den hematopoietik farklılaşma için EB oluşumunu kullanan bir makrofaj farklılaşma protokolü28'e uyarlanmıştır. EB oluşumu araştırmacılar tarafından hematopoetik farklılaşma için uzun süredir kullanılmaktadır29,30, literatürde spontan agregasyon, yuvarlak tabanlı bir kuyu plakasında santrifüjleme, asılı damla kültürü, biyoreaktör kültürü, konik tüp kültürü, yavaş dönen lateral damar ve mikro kalıp jel kültürü gibi çeşitli EB indüksiyon yöntemleri tanımlanmıştır31. Bu protokol, aşağıda açıklandığı gibi, tek iPSC hücrelerini birbirine yaklaştırmak ve küre (EB) oluşumuna izin vermek için ayrışmış iPSC'lerin yuvarlak tabanlı bir kuyu plakasında santrifüjlenmesini kullanır.
NOT: Bu protokolde kullanılan tüm reaktifler Malzeme Tablosunda bulunabilir. Aksi belirtilmedikçe, tüm ortamlar kullanımdan önce 37 °C'ye önceden dengelenmiştir. Tüm santrifüj adımları 37 °C'de ve en yavaş hızlanma/yavaşlama modu kullanılarak gerçekleştirilir. Aksi belirtilmedikçe, süpernatan her zaman tek kullanımlık Pasteur cam pipetler kullanılarak çıkarılır.
1. İnsan iPSC'lerinin çözülmesi ve yayılması
2. iPSC'leri geçirme
3. iPSC'lerin dondurulması
4. Embriyoid vücut indüksiyonu
5. Hematopoetik farklılaşma
6. M-CSF olgunlaşması ve OC farklılaşması
Farklılaşma süreci boyunca hücre morfolojisinin izlenmesi
Aşağıda açıklanan tüm sonuçlar, OC farklılaşması için MCND-TENS2 iPSC hattı kullanılarak oluşturulmuştur. Bu iPSC hattı daha önce çeşitli çalışmalardakullanılmıştır 32,33. Bununla birlikte, diğer iPSC hatları da bu farklılaşma protokolü ile başarıyla kullanılmıştır.
Düzenli görsel değerlendirme, OC'lere farklılaşma süreci boyunca iPSC'lerin farklı ve farklı morfolojik özelliklerini ortaya koymaktadır (Şekil 2). iPSC kolonileri (Şekil 2A), santrifüjlemeden önce yuvarlak alt kuyu plakası boyunca ayrı hücreler olarak görünen tek hücreli bir süspansiyona ayrıştırıldı (Şekil 2B). Santrifüjlemeyi takiben (protokolde adım 4.9), hücreler yuvarlak tabanlı ultra düşük bağlantı kuyusu plakasının merkezinde toplanacak ve daha sonra küreler oluşturacaktır (embriyoid cisimler, EB'ler, Şekil 2C). EB'ler mezodermal farklılaşma süreci boyunca iki ila üç kat artacak (Şekil 2D) ve 4 günlük farklılaşma süresinin sonunda gözle kolayca görülebilir hale gelecektir (Şekil 2E). EB'lerin, hematopoietik farklılaşma için 6 oyuklu bir plakanın kuyucuklarına transferini takiben kuyu plakası tabanına yapıştığı ve kaynaştığı görülebilir (protokoldeki adım 5.3, Şekil 2F). 7-8 gün sonra, kültür ortamında büyük miktarlarda yüzen hematopoietik hücreler görünür hale gelir (Şekil 2G). Hematopoietik hücrelerin toplanması ve yeniden kaplanmasından sonra, bir M-CSF olgunlaşma aşaması takip eder ve OC farklılaşması başlatılır (protokolde adım 6.4). 5-6 gün içinde, büyük bir saydam hücre gövdesine sahip çok çekirdekli hücreler önce görünür hale gelir (Şekil 2H). Bu aşamada çok sayıda mononükleer hücre hala görülebilir. 2-3 gün daha OC farklılaşmasından sonra, OC'ler daha fazla çekirdeğe sahip büyük polikaryonlar oluşturmak için bitişik hücrelerle daha da kaynaşacaktır (Şekil 2I).
EB kaynaklı hematopoietik popülasyonun değerlendirilmesi
Hematopoetik diferansiyasyon değişken bir süre boyunca gerçekleştirilebilir. Literatürde 7 günden başlayıp 9 haftaya kadar olan süreler tanımlanmıştır. Bu protokolde 10 gün süreyle hematopoetik diferansiyasyon yapılır. 10 günlük hematopoietik farklılaşmanın düşük sayıda erken CD34+ (%0.53, Şekil 3A) ve daha fazla sayıda orta dönem CD43+ (H.5, Şekil 3B) hematopoietik progenitör verdiğini bulduk. Daha da önemlisi, 10 günlük bir tedavi süresinden sonra yeterli miktarda CD45+
Yazarlar hiçbir çıkar çatışması beyan etmezler.
Bu protokol, insan osteoklastlarının indüklenmiş pluripotent kök hücrelerden (iPSC'ler) ayırt edilmesini sunar ve osteoklastların ve osteoklast öncüllerinin karakterizasyonu için yöntemleri açıklar.
Yazarlar, teknik yardım ve destekleri için Giachelli laboratuvarı üyelerine teşekkür eder. W. M. Keck Mikroskopi Merkezi'ne ve Keck Merkezi yöneticisi Dr. Nathanial Peters'a konfokal mikroskopi ve geniş alan mikroskobu görüntülerinin elde edilmesindeki yardımları için teşekkür ederiz. Ayrıca teknik destek ve yardım için UW Akış Çekirdeği Tesisi ve Akış Çekirdeği Tesisi yöneticisi Aurelio Silvestroni'ye teşekkür ederiz. Son olarak, illüstrasyon ve grafik tasarım konusundaki desteği için Hannah Blümke'ye teşekkür ederiz.
Finansman, Ulusal Sağlık Enstitüleri hibesi R35 HL139602-01 aracılığıyla sağlandı. Ayrıca, WM Keck Center'daki enstrüman finansmanı için NIH S10 hibesi S10 OD016240'ı ve UW Flow Core Facility'deki enstrüman finansmanı için NIH hibesi 1S10OD024979-01A1'i de kabul ediyoruz.
| 2-Merkaptoetanol | Sigma Aldrich | M6250-10ML | |
| Antikoru - Anti-Katepsin K | Abcam | ab19027 | |
| Antikor - APC konjuge Anti-İnsan CD45 | BD | 555485 | |
| Antikoru - APC konjuge Fare IgG1, κ İzotip Kontrolü | BD | 555751 | |
| Antikoru - BV711-konjuge Anti-İnsan CD14 | BD | 563372 | |
| Antikoru - BV711-konjugatlar Fare IgG2b, & kappa; İzotip Kontrolü | BD | 563125 | |
| Antikoru - Keçi Anti-Tavşan IgG H& L Alexa Fluor® 647 | Abcam | ab150079 | |
| Antikor - PE konjuge Anti-İnsan CD14 | R& D Systems | FAB3832P-025 | |
| Antikoru - PE konjuge Anti-İnsan Integrin alfa M / CD11b | R& D Sistemleri | FAB16991P-025 | |
| Antikoru - PE-Cy7-konjuge Anti-İnsan CD34 | BD | 560710 | |
| Antikor - PE-Cy7-konjuge Fare IgG1 & kappa; İzotip Kontrolü | BD | 557872 | |
| Antikoru - PE / Siyanin5 konjuge Anti-İnsan CD11b | Biolegend | 301308 | |
| Antikoru - PE / Siyanin5 konjuge Fare IgG1, κ Isotype Ctrl | Biolegend | 400118 | |
| Antikoru - PerCP-Cy5.5-konjuge Fare IgG1 & kappa; İzotip Kontrolü | BD | 550795 | |
| Antikoru - PerCpCy5.5-konjuge Anti-İnsan CD43 | BD | 563521 | |
| Kemik Rezorpsiyon Test Kiti | CosmoBioUSA | CSR-BRA-24KIT | |
| Kontes 3 Otomatik Hücre Sayacı | ThermoFisher | 16812556 | |
| Cultrex Kök Hücre Nitelikli Azaltılmış Büyüme Faktörü Bazal Membran Özü | R& D Sistemler | 3434-010-02 | Bazal membran özü |
| DAPI | R& D Sistemleri | 5748/10 | |
| Dispase (5 U/mL) | STEMCELL Teknolojileri | 7913 | |
| DMEM/F-12 ile 15 mM | HEPES Kök Hücre | 36254 | |
| DMSO | Sigma Aldrich | D2650 | |
| DPBS | Sigma Aldrich | D8537-500ML | |
| İnsan Kemik Morfogenetik Protein 4 (hBMP4) | KÖK HÜCRE Teknolojileri | 78211 | |
| İnsan IL-3 | KÖK HÜCRE Teknolojileri | 78146.1 | |
| İnsan Makrofaj Koloni Uyarıcı Faktör (hM-CSF) | KÖK HÜCRE Teknolojileri | 78150.1 | |
| Nükleer Faktör-&kappa'nın İnsan Çözünür Reseptör Aktivatörü; B Ligand (hsRANKL) | KÖK HÜCRE Teknolojileri | 78214.1 | |
| İnsan Kök Hücre Faktörü (hSCF) | KÖK HÜCRE Teknolojileri | 78155.1 | |
| İnsan TruStain FcX (Fc Reseptör Bloke Etme Çözeltisi) | 422301 | İnsan | Vasküler|
| Endotelyal Büyüme Faktörü-165 (hVEGF165) | KÖK HÜCRE Teknolojileri | 78073 | |
| İnvitrojen Rhodamine Phalloidin | Invitrogen | R415 | |
| MEM α, nükleositler, fenol kırmızısı içermez | ThermoFisher | 41061029 | |
| mFreSR | STEMCELL Teknolojileri | 05855 | Serum içermeyen kriyoprezervasyon ortamı |
| mTeSR Plus orta | STEMCELL Teknolojileri | 100-0276 | İnsan iPSC-serum içermeyen ortam (hiPSC-SFM) |
| Nunclon Sphera 96-Kuyulu, Nunclon Sphera ile Tedavi Edilmiş, U-Şekilli-Alt Mikroplaka | Thermo Scientific | 174925 | Yuvarlak alt ultra düşük bağlantı 96 oyuklu plaka |
| P1000 Geniş Delikli Uçlar | ThermoFisher | 2079GPK | |
| KAYA İnhibitörü Y-27632 | KÖK HÜCRE Teknolojileri | 72304 | |
| StemSpan SFEM | Kök Hücre | 09650 | Hematopoetik hücre kültürü ortamı |
| TrypLE Select Enzim (1X), fenol kırmızısı | Thermo Fisher yok | 12563011 | Tek hücreli ayrışma reaktifi |
| Ultraglutamin | Bioscience Lonza | BE17-605E/U1 | |
| X-VIVO 15 Serumsuz Hematopoetik Hücre Ortamı | Bioscience Lonza | 04-418Q | Hematopoietik bazal ortam |
| &mikro;-Slayt 8 Kuyulu Yüksek | Ibidi | 80806 |