Bu protokol, insan indüklenmiş pluripotent kök hücreleri kullanarak vasküler organoidler üretmek için bir yöntem sunmaktadır.
Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.
Yöntem makalesi
Bu protokol, insan indüklenmiş pluripotent kök hücreleri kullanarak vasküler organoidler üretmek için bir yöntem sunmaktadır.
İnsan pluripotent kök hücrelerinden (hPSCs) türetilen vasküler organoidler; damar gelişimini, hastalık mekanizmalarını ve ilaç yanıtlarını incelemek için güçlü üç boyutlu modeller olarak ortaya çıkmıştır. Mevcut vasküler organoid protokolleri, kendi kendini organize eden endotelyal-perisit ağlarının oluşturulmasına olanak tanımaktadır; ancak partiler arası değişkenlik, tutarsız organoid oluşumu ve yetersiz perisit kapsamı, tekrarlanabilirliği ve ölçeklenebilirliği olumsuz etkileyebilir. Bu çalışma, insan uyarılmış pluripotent kök hücrelerinden (hiPSCs) daha yüksek tekrarlanabilirlik ve yapısal tutarlılığa sahip vasküler organoidler üretmek için optimize edilmiş bir protokol sunmaktadır. Temel modifikasyonlar arasında; geliştirilmiş embriyoid gövde oluşum koşulları, mezoderm indüksiyonu ve vasküler spesifikasyon sırasında optimize edilmiş büyüme faktörü konsantrasyonları ve zamanlaması ile güçlü perisit katılımını ve endotelyal-perisit etkileşimlerini destekleyen geliştirilmiş üç boyutlu kültür koşulları yer almaktadır. Optimize edilen organoidler, orijinal protokole kıyasla partiler arası değişkenliği önemli ölçüde azaltılmış, PDGFR-β-pozitif perisitler tarafından tutarlı bir şekilde sarılmış, yüksek derecede dallanmış CD31-pozitif endotelyal ağlar sergilemektedir. Organoid üretimi, tüm yuva immunofloresan karakterizasyonu ve kalite kontrol değerlendirmesi için ayrıntılı, adım adım prosedürler sunulmuştur. Bu optimize yöntem; vasküler hücre etkileşimlerini incelemek, hastalıkları modellemek ve bileşiklerin taranması için uygun, yüksek kaliteli vasküler organoidlerin ölçeklenebilir üretimine imkan tanıyarak, bu model sistemi benimsemek isteyen laboratuvarlar için teknik engelleri düşürmektedir.
Üç boyutlu (3D) organoidler, geleneksel iki boyutlu hücre kültürü modellerine kıyasla üstün yapısal biyomimikri vele patofizyolojik uygunluk sunarak, insan organ gelişimini ve hastalıklarını in vitro modellemek için güçlü araçlar olarak ortaya çıkmıştır1,2. Son yıllarda, insan pluripotent kök hücre (hPSC) kaynaklı organoidler; bağırsak3, beyin4,5, böbrek6, karaciğer7,8 ve retina9 dahil olmak üzere birçok doku tipi için başarıyla oluşturulmuştur. Ancak, organoid tabanlı çalışmalardaki temel zorluklardan biri, uzun süreli kültür sırasında yetersiz vaskülarizasyondur; bu durum hipoksi ve nekroza yol açarak organoid genişlemesini ve diferansiyasyonunu engelleyebilir10,11. Bu sınırlamayı gidermek için, vasküler ağ oluşumunu teşvik etmek amacıyla endotel hücrelerin veya mezenkimal kök hücrelerin dahil edilmesi gibi çeşitli ko-kültür stratejileri sunulmuştur12,13. Bununla birlikte, geleneksel iki boyutlu kültürler ve hayvan modelleri insan vasküler biyolojisini tam olarak yansıtmamakta, ko-kültür yaklaşımları ise ek deneysel karmaşıklık getirmektedir14. Bu nedenle, otonom vaskülarizasyon yeteneğine sahip vasküler organoidler, insan biyolojisine uygun gelecek vaat eden bir alternatif sunmaktadır15.
Vasküler ağ oluşumu, endotel hücreleri ile perisitler ve vasküler düz kas hücreleri gibi mural hücreler arasındaki etkileşimler aracılığıyla koordine edilen ve VEGF (vasküler endotel büyüme faktörü), TGF-β (transforming büyüme faktörü-β), PDGF (trombosit kaynaklı büyüme faktörü) ve angiopoietinler dahil olmak üzere çok sayıda sinyal molekülü tarafından sıkı bir şekilde düzenlenen vaskülogenez ve anjiyogenezin her ikisini de içerir16. 2019 yılında, Wimmer ve meslektaşları, doğrudan hPSC'lerden kendi kendine organize olan 3B kan damarı organoidleri üretmek için bir yöntem geliştirmişlerdir17,18. Bu sistem, endotel hücrelerini ve perisitleri eş zamanlı olarak üreterek lümen oluşumu ve bazal membran örtüsü içeren mikrovasküler ağlar oluşturur. Bu platform üzerine inşa edilen vasküler organoidler; yüksek glikoz ve pro-inflamatuar sitokin stimülasyonu (TNF-α ve IL-6) altında diyabetik vaskülopatiyi modellemek için kullanılmıştır; bu organoidler, diyabetik mikrovasküler patolojinin belirgin bir özelliği olan bazal membran kalınlaşmasını yeniden ortaya koymaktadır17. Ayrıca, bu model kalıtsal vasküler hastalıkları incelemek ve vasküler toksisite taraması için bir platform görevi görmek amacıyla kullanılmıştır19. Daha yakın zamanda, yöntem odaklı birkaç çalışma vasküler organoid üretimini optimize etmeye çalışmıştır. Örneğin, tek hücreli RNA sekanslamadaki ilerlemeler, MECOM ve LEF1 gibi temel düzenleyici faktörleri tanımlayarak insan vasküler organoid oluşumunun karakterize edilmesi ve optimize edilmesi için moleküler bir çerçeve sağlamıştır. Ek olarak, Xu ve ark. homojen embriyoid gövde oluşumunu kolaylaştırmak için mikrokuyucuklar tanıtmış ve hücre canlılığını artırmak için CEPT kokteylini dahil ederek parti ile parti arasındaki değişkenliği etkili bir şekilde azaltmışlardır20.
Vasküler organoid üretiminin homojenliğini, tekrarlanabilirliğini ve verimliliğini artırmak amacıyla, Wimmer ve ark. tarafından tanımlanan17,18 orijinal protokol, birkaç temel sınırlamayı gidermek için sistematik olarak optimize edilmiştir. İlk olarak, orijinal protokol, embriyoid gövde oluşumu için düşük tutunmalı plaklarda doğal agregasyonu kullanmaktadır; bu durum, agregat boyutunda önemli lotlar arası değişkenliğe ve dolayısıyla heterojen diferansiyasyon verimliliğine yol açabilmektedir. Optimize edilen protokolde, üniform hücre agregasyonunu teşvik etmek ve embriyoid gövde boyutunda tutarlılığı artırmak için agregat oluşumu sırasında polivinil alkol (PVA) ve orbital çalkalama birlikte uygulanmaktadır. İkinci olarak, orijinal protokol, vasküler ağ oluşum aşamasında tamamıyla besiyeri değişimini öngörmektedir; bu durum, büyüme faktörü konsantrasyonlarında önemli dalgalanmalara neden olabilir ve sürekli vasküler tomurcuklanma ile perisit katılımını tehlikeye atabilir. Buna karşın, optimize edilen protokol, endojen pro-anjiyojenik faktörleri korumak ve kültür ortamını stabilize etmek için her besiyeri değişiminde kondisyonlu besiyerinin üçte birini tutmaktadır. Üçüncü olarak, orijinal protokol, organoid izolasyonu ve olgunlaşması sırasında birden fazla plaka transferi gerektirmekte, bu da işlem gereksinimlerini ve organoid kaybı riskini artırmaktadır. Optimize edilen protokol, izole edilen organoidleri tek tek 96 kuyucuklu düşük tutunmalı plakaların kuyucuklarına transfer ederek bu adımları atlamakta, böylece prosedürü sadeleştirmekte ve verimliliği artırmaktadır. Topluca, bu optimize edilmiş protokol, bu model sistemin benimsenmesindeki teknik engelleri azaltmak ve vasküler organoidlerin vasküler gelişim, hastalık mekanizmaları ve yüksek verimli ilaç tarama çalışmalarındaki daha geniş çaplı uygulamasını kolaylaştırmak için ayrıntılı adım adım prosedürler ve kritik kalite kontrol noktaları sunmaktadır.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Bu çalışmada hPSC'lerin kullanımı, Anhui Üniversitesi Biyomedikal Etik Komitesi tarafından onaylanmıştır (BECAHU_2026-010).
1. İnsan kaynaklı indüklenmiş pluripotent kök hücrelerin bakımı
NOT: İnsan kaynaklı uyarılmış pluripotent kök hücreleri (hiPSC'ler) besleyici hücre içermeyen (feeder-free) koşullarda muhafaza edin. Tüm işlemleri aseptik teknik kullanarak Sınıf II biyolojik güvenlik kabininde gerçekleştirin.
2. hiPSC agregatlarının oluşturulması ve farklılaşması
NOT: hiPSC'leri, bazal membran matrisi kaplı plaklarda, kimyasal olarak tanımlanmış hPSC bakım ortamında besleyici hücresiz koşullar altında tutun. Hücreleri her 4–5 günde bir %0,02 EDTA kullanarak pasajlayın. Vasküler farklılaşma verimliliğini maksimize etmek için uygun ekim yoğunluğuna, koloni boyutuna ve minimum spontan farklılaşmaya sahip kültürler kullanın.
3. Vasküler ağların ve organoidlerin oluşturulması
4. Vasküler organoidlerin oluşturulması ve boyama hazırlığı
5. Vasküler organoidlerin boyanması ve konfokal görüntülemesi
6. Vasküler organoidlerin kantitatif gerçek zamanlı PCR analizi
NOT: Tüm RNA izolasyon ve sonraki prosedürleri RNaz-free koşullar altında gerçekleştirin.
7. İstatistiksel analiz
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Burada açıklanan optimize edilmiş protokol, basamaklı bir diferansiyasyon stratejisi kullanarak hiPSC'lerden yaklaşık 15 gün içinde olgun vasküler organoidlerin üretilmesini sağlar (Şekil 1A). Kısaca, orbital sarsıcı üzerinde %0,25 PVA ile desteklenmiş düşük yapışma özellikli plaklarda hiPSC agregatları oluşturulmuştur (Gün −1). Mezoderm indüksiyonu, Gün 0'da CHIR99021 (12 µM) ve BMP-4 (30 ng/mL) kullanılarak 3 gün boyunca başlatılmış, ardından VEGF-A (100 ng/mL) ve forskolin (2 µM) ile 2 gü...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Burada açıklanan optimize edilmiş protokol, vasküler organoid üretiminin homojenliğini, tekrarlanabilirliğini ve yapısal bütünlüğünü artırmak amacıyla, başlangıçta Wimmer ve arkadaşları tarafından18 kurulan vasküler organoid diferansiyasyon sistemine birkaç temel iyileştirme getirmektedir. Orijinal protokolle karşılaştırıldığında, optimize edilmiş yöntem aşağıdaki yönlerde önemli iyileştirmeler sağlamaktadır. İlk olarak, agregat oluşum koşullarının optimize edilmesi, embriyoid gövdelerin homojenli...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Yazarlar, herhangi bir çıkar çatışması olmadığını beyan ederler.
Bu çalışma, Çin Ulusal Doğal Bilimler Vakfı'nın (NSFC) Genç Bilim İnsanları Fonu (C) (No. 32200655) ve Genel Programı (No. 32270847) tarafından desteklenmiştir. Yazarlar ayrıca desteklerinden dolayı Anhui Üniversitesi Kamu Hizmetleri Platformu'na teşekkür ederler.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| 0.22 μm Şişe Üstü Filtre | Nalgene | FPE204030 | Besiyerlerinin ve tamponların steril filtrasyonu için |
| 15 mL Konik Tüp | SparkJade | GD0001 | Steril |
| 2 mL'lik Mikrocentrifüj Tüpü | Eppendorf | 22363204 | Steril |
| 2-Merkaptoetanol (1000×) | Gibco | 21985023 | Çeker ocak içinde kullanın |
| Alexa Fluor 488 AffiniPure F2 Fragman Donkey Anti-Rabbit IgG (H+L) | Etiketlendi | Y1104 | Sekonder antikor; 1:300 oranında seyreltin |
| Alexa Fluor 594 AffiniPure F(ab)2′)2 Fragment Donkey Anti-Keçi IgG (H+L) | Etiketli | Y1007 | Sekonder antikor; 1:300 oranında seyreltin |
| Anti-CD31 antikoru | Hücre Sinyalizasyonu | 3528s | Primer antikor; bloklama tamponunda 1:100 oranında seyreltin |
| Anti PDGFR β antikor | Zenbio | 347269 | Birincil antikor; bloklama tamponunda 1:100 oranında seyreltin |
| Otomatik Hücre Sayıcı | Life Technologies | Countess™ II | Sayım odası lamlarını içerir |
| B27 Takviyesi (50×) | Gibco | 17504044 | N2B27 besiyeri için; 4°C'de çözdürünºC, alikotlara ayırın ve şurada saklayın −20ºC, dondurma-çözme döngülerinden kaçının |
| Masaüstü Santrifüj | Zonkia | SC-3610 | Sallanan kovalı rotor ile |
| Biyogüvenlik Kabini (Sınıf II) | Thermo Fisher | NA | YOK |
| BMP4 | Proteintech | HZ-1045 | Steril ddH₂O ile yeniden çözünme yapın20 ila 100 ng/μL, aliquotlayın ve şurada saklayın −20 °C |
| Sığır Serum Albumini (BSA) | Biosharp | 9048-46-8 | Bloklama tamponu için |
| CHIR99021 | MCE | HY-10182 | DMSO içinde 10 mM'lık stok hazırlayın, şu sıcaklıkta saklayın: −20º1 yıla kadar °C'de |
| CO2 İnkübatör | Fisher Scientific | LS-CO150 | 37 ºC, %5 CO22nemlendirilmiş |
| Konfokal Görüntüleme Kabı | Biosharp | BS-20-GJM | Boyama sonrası görüntüleme için |
| Konfokal Mikroskop | LEICA | Metin bulunamadı. Lütfen çevrilmesini istediğiniz kaynağı sağlayın. | 10 adet ile donatılmış×, 20×, 63× objektifler ve ZEN yazılımı |
| DMEM | Vivacell | C3113-0500 | Matrigel seyreltme ve kolajen I çözeltisi için |
| DMEM/F-12, GlutaMAX Takviyesi | Gibco | 10565018 | Matrigel seyreltme ve N2B27 ortamı için |
| EDTA (0,5 M, pH 8,0) | Invitrogen | AM9260G | Pasajlama için PBS ile %0,02'ye seyreltin |
| Fetal Bovine Serum (FBS) (Fetal Sığır Serumu) | Gibco | 10270-106 | N2B27 tam diferansiyasyon medyumu için (%15 final konsantrasyonu) |
| FGF-2 | Novoprotein | C046 | Steril PBS içinde 1 mg/mL'lik stok hazırlayın, aliquota ayırın ve şu sıcaklıkta saklayın: −20ºC |
| Forskolin | R&D Sistemleri | 1099 | DMSO içinde 10 mM'lık stok hazırlayın, şurada saklayın −20ºC |
| HEPES (1M) | Gibco | 15630080 | Kolajen I çözeltisi için |
| Hoechst | Beyotime | C1071S-4 | Deiyonize su içerisinde 1 mg/mL'lik stok hazırla, alikotlara ayır ve şu sıcaklıkta sakla: −20ºC |
| Ters Mikroskop | LEICA | DMIL LED | Rutin hücre gözlemi |
| Matrigel (büyüme faktörü azaltılmış) | STEEMA | BM05 | Saklama koşulu: −20ºaliquot yaptıktan sonra dondur-çöz döngülerinden kaçının; buz üzerinde işlem yapın |
| MEM Temel Olmayan Amino Asit Çözeltisi (NEAA, 100×) | Gibco | 11140035 | N2B27 besiyeri için |
| N2 Takviyesi (100×) | Gibco | 17502048 | N2B27 besiyeri için; şurda saklayın: −20ºışık korumalı C |
| Neurobasal Besiyeri | Gibco | 21103049 | N2B27 besiyeri için |
| Nükleaz İçermeyen Su (DNaz/RNaz İçermeyen) | Etiketlendi | Doo55WJ | RNA/cDNA hazırlama ve qPCR için |
| Orbital Çalkalayıcı | Joan Laboratuvarı | NA | Yıkama adımları için |
| Paraformaldehit (%4'lük çözelti) | Servicebio | G1101 | Fiksasyon için %4'e kadar PBS ile seyrelitin; çeker ocakta kullanın |
| Penisilin-Streptomisin (100×) | Gibco | 15140122 | N2B27 besiyeri için |
| PGM1 Besiyeri | Hücre Terapi | A1517001 | hiPSC genişletme medyumu; 4°C'de saklayınºışığa karşı korunduğunda 2 hafta boyunca stabildir |
| PGM1 Takviyesi (25×) | Cellapy | A1517101 | PGM1 Bazal Besiyeri ile kullanım içindir |
| Polivinil Alkol (PVA) | Sigma-Aldrich | P8136 | Agregasyonu teşvik etmek için %0,25 (a/h) konsantrasyonunda PGM1 içinde çözün |
| PureCol (Bovin Tip I Kolajen, 3 mg/mL) | İleri Biyomatris | 5005 | Kolajen I-Matrigel karışımı için; polimerizasyon kapasitesine yönelik test grubu |
| qPCR Termal Döngüleyici | Thermo Fisher | StepOnePlus™ | Erime eğrisi kapasiteli; gerçek zamanlı PCR tespiti için |
| Ters Transkripsiyon Kiti | Doğru Biyoloji | AG11706 | Toplam RNA'dan cDNA sentezi için; ters transkriptaz, tampon çözelti, dNTP'ler ve rastgele primerler içeren RT master mix içerir |
| RNA Ekstraksiyon Kiti | Yeasen | Lütfen çevrilecek metni sağlayın. | Vasküler organoidlerden toplam RNA izolasyonu için; gDNA eliminasyon kolonları ve RNazdan arındırılmış DNase I içerir |
| Sodyum Bikarbonat (%7,5) | Gibco | 25080094 | Kolajen I çözeltisi için |
| Sodyum Dekoksikolat | Sigma-Aldrich | D6750 | Bloklama tamponu için deiyonize su içerisinde %1 (w/v) çözelti hazırlayın |
| Sodyum Hidroksit (1,0 N) | Sigma-Aldrich | S2770 | Kolajen I solüsyonunun pH ayarı için |
| Steril Tek Kullanımlık Pipetler (10 mL) | Bkmamlab | 110205007 | Tekli paketlenmiş, steril |
| Steril Filtreli Pipet Uçları (1000, 200, 20 μL) | Biozym | VT0270/VT0250/VT0220 | Steril, filtreli |
| Steril İğne (30 G) | Söz konusu metin sağlanmamıştır. Lütfen çevrilmesini istediğiniz kaynak metni giriniz. | NA | Vasküler ağların diseksiyonu için |
| Steril Spatula (Yuvarlak Uçlu) | Fisher Scientific | 21-401-5 | Paslanmaz çelik |
| SYBR Green Master Mix | Doğru Biyoloji | AG11733 | 2× qPCR için konsantrasyon; hot-start DNA polimeraz, tampon, dNTP'ler ve SYBR Green boyası içerir |
| Doku Kültürü ile İşlem Görmüş 12 Kuyucuklu Plaka | BD Falcon | 353043 | Jel gömme ve vasküler ağ kültürü için |
| Doku Kültürü ile İşlemlemiş 6 Kuyucuklu Plaka | Eppendorf | 30720113 | Standart TC uygulanmış |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich | T9084 | Bloklama tamponu için |
| Tripan Mavisi (%0,4) | Thermo Fisher | 15250061 | Hücre sayımı için |
| Tween 20 | Sigma-Aldrich | P7949 | %0,05'lik PBS-T yıkama solüsyonu için |
| Ultra Düşük Yapışmalı 6 Kuyucuklu Plaka | Corning | 3471 | Agrega oluşumu ve diferansiyasyon için |
| Ultra-Düşük Bağlanma Özellikli Yuvarlak Tabanlı 96 Kuyucuklu Plaka | Beyotime | FULA962-6adet | Vasküler organoidlerin süspansiyon kültürü için |
| VEGF-A | Proteintech | HZ-1038 | Steril PBS içerisinde 1 mg/mL'lik stok hazırlayın, alikotlayın ve şu sıcaklıkta saklayın: −20ºC |
| Benmari Cihazı | Mavi leopar | HWS-24 | 37ºC |
| Y-27632 | MCE | HY-10071 | Steril PBS veya DMSO içinde 10 mM stok hazırlayın, şu sıcaklıkta saklayın: −20ºC; çalışma konsantrasyonları: 5 μM (çözdürme), 50 μM (agregat oluşumu) |
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.