JoVE Logo

Anmelden

Zum Anzeigen dieser Inhalte ist ein JoVE-Abonnement erforderlich. Melden Sie sich an oder starten Sie Ihre kostenlose Testversion.

In diesem Artikel

  • Zusammenfassung
  • Zusammenfassung
  • Einleitung
  • Protokoll
  • Ergebnisse
  • Diskussion
  • Offenlegungen
  • Danksagungen
  • Materialien
  • Referenzen
  • Nachdrucke und Genehmigungen

Zusammenfassung

Hier berichten wir über ein Protokoll zur Entwicklung eines dreidimensionalen (3-D) -Systems aus humanen induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPSCs), dem so genannten serumfreien Embryoidkörper (SFEB). Dieses 3-D-Modell kann wie eine organotypische Scheibenkultur verwendet werden, um die menschliche kortikale Entwicklung zu modellieren und für die physiologische Abfrage der Entwicklung von neuronalen Schaltungen.

Zusammenfassung

Obwohl eine Reihe von In-vitro- Erkrankungsmodellen unter Verwendung von hiPSCs entwickelt worden ist, ist eine Einschränkung, dass diese zweidimensionalen (2-D) -Systeme nicht die zugrunde liegende zytoarchitektonische und funktionelle Komplexität der betroffenen Individuen darstellen, die vermutete Krankheitsvarianten tragen. Konventionelle 2-D-Modelle bleiben unvollständige Darstellungen von in vivo- artigen Strukturen und erfassen die Komplexität des Gehirns nicht adäquat. So gibt es einen neuen Bedarf an mehr 3-D-hiPSC-basierten Modellen, die die zellulären Wechselwirkungen und Funktionen, die in einem In-vivo- System gesehen werden, besser rekapitulieren können.

Hier berichten wir über ein Protokoll zur Entwicklung eines 3-D-Systems aus undifferenzierten HIPSCs basierend auf dem serumfreien Embryoidkörper (SFEB). Dieses 3-D-Modell spiegelt Aspekte eines sich entwickelnden ventralisierten Neocortex und ermöglicht Studien in Funktionen integraler Bestandteil der lebenden neuronalen Zellen und intakten Gewebe wie Migration, Konnektivität, Kommunikation und MatteUration Speziell zeigen wir, dass die SFEBs, die unser Protokoll verwenden, unter Verwendung physiologisch relevanter und hochinhaltszellbasierter Assays wie Calcium-Imaging und Multi-Elektroden-Array (MEA) -Aufzeichnungen ohne Kryoschaltung abgefragt werden können. Im Fall von MEA-Aufnahmen zeigen wir, dass SFEBs während der langfristigen Kultivierung sowohl die Spike-Aktivität als auch die auf Wachstumsebene beruhigende Aktivität erhöhen. Dieses SFEB-Protokoll bietet ein robustes und skalierbares System für die Untersuchung der Entwicklung der Netzwerkbildung in einem 3-D-Modell, das Aspekte der frühen kortikalen Entwicklung erfasst.

Einleitung

Wir haben bereits ein 3-D-Modellsystem gemeldet, das aus patientenorientierten humanen induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPSCs) erzeugt wurde, die einige Aspekte der frühen kortikalen Netzwerkentwicklung zusammenfassen 1 . Dieses 3-D-Modell, ein serumfreier Embryoidkörper (SFEB), verbessert die bisherigen einfachen Aggregations-HIPSC-Modelle 2 , 3 . Ein wachsender Körper der Arbeit zeigt, dass 3-D-Strukturen wie unsere SFEBs, ungefähre Aspekte der neuralen Entwicklung, die in vivo und zu einem früheren Zeitpunkt beobachtet werden, als in den zweidimensionalen (2-D) / Monolayer-hiPSC-Modellen 4 , 5 beobachtet wurden . Die anfänglichen Studien konzentrierten sich auf die selbstorganisierende Komplexität von 3-D-Körpern, ohne ihre physiologische Komplexität zu demonstrieren 2 .

Das hier beschriebene Protokoll wurde auf undifferenzierten HiPSCs aus Fibroblasten und Peripheren mononukleären Blutzellen (PBMCs). Diese Zellen werden auf γ-bestrahlten Maus-Embryonal-Feedern (MEFs) gehalten. Diese hiPSC-Kolonien werden manuell von spontan differenzierten Zellen gereinigt, enzymatisch geerntet und in Medium, das den Rho-Kinase-Inhibitor Y-27632 (ROCKi) enthält, resuspendiert. Undifferenzierte hiPSCs werden einer Dissoziation und Zentrifugation unterworfen, bevor sie auf 96-Well-Niedrigadhäsions-V-Bodenplatten übertragen werden. Nach dem Plattieren wird die neuronale Induktion mittels Dual-SMAD-Hemmung (SB431542 und LDN193189 zusammen mit dickkopf 1 (DKK-1)) initiiert, um eine anterior-frontale Vorderhirn-Neuronal-Schicksalslinie 6 zu treiben. Nach 14 Tagen werden die SFEBs in Zellkultureinsätze in eine 6-Well-Platte überführt. Einmal übertragen, beginnen die runden SFEBs zu verbreiten und zu dünn, während die Aufrechterhaltung lokaler Netzwerkverbindungen, wie es häufig in hippocampalen organotypischen Scheibenkulturpräparaten unter Verwendung ähnlicher Zellkultureinsätze 1 ,Ss = "xref"> 7

Die Verwendung einer SFEB-basierten 3-D-Plattform in diesem Format ist der effizienten Herstellung von kortikalen Netzwerken zugänglich, die unter Verwendung von zellbasierten physiologischen Assays wie z. B. Calcium-Imaging oder elektrophysiologische Assays wie Einzelzell-Aufnahmen oder Multi-Elektroden-Array (MEA) abgefragt werden können ) 1 . Obwohl 3-D-Systeme die Marker der frühen kortikalen Entwicklung tragen, haben andere Studien gezeigt, dass diese 3-D-Körper längere Inkubationszeiten benötigen, um das inhärent langsamere Tempo der Entwicklung des menschlichen Gewebes zu ermöglichen 8 . Dieses SFEB-Protokoll generiert erfolgreich 3-D-SFEBs aus undifferenzierten hiPSCs, die Aspekte der frühen Entwicklung der Kortex erfassen.

Das Potenzial von SFEBs, Netzwerk-Aberrationen bei neurologischen Störungen zu modellieren, ist eine Stärke dieses Systems. Die aus dem Patientengewebe gewonnenen hiPSCs können in Zellen des Nervensystems gezüchtet werden, die dem Arsch unterworfen sindAys in Bezug auf die Zellbiologie sowie die gleichzeitige Genexpression. Human-iPSCs werden verwendet, um das genetische Profil von großen Gruppen von Individuen mit unterschiedlichen neurologischen Störungen mit komplexen Ätiologien wie Autismus-Spektrum-Störung (ASD), Schizophrenie 9 , Rett-Syndrom 10 und Alzheimer-Krankheit 11 , 12 zu ermitteln . Bis vor kurzem waren iPSC-Modelle typischerweise Monolayer-Präparate, die bei der Bewertung molekularer Wechselwirkungen bei der Entschlüsselung der in vivo beobachteten komplexen zellulären Wechselwirkungen unzureichend waren. Tiermodelle sind der Standard-Ersatz für die Wiederherstellung der Ganz-Organ-Plattform. Diese Tiermodelle werden von einer schlechten Übersetzung der Befunde geplagt und haben eine begrenzte Fähigkeit, menschliche genetische Profile zu replizieren, die durch große genetische Screening-Studien identifiziert wurden. So fügt die Entwicklung von 3-D-Systemen von iPSCs eine erforderliche Schicht von Komplexität in menschlichen hinzuKrankheitsmodellierung 13 , 14 . Der nächste Schritt für 3D-hiPSC-Plattformen ist es, den großtechnischen Anforderungen des Hochdurchsatz-Screenings unter Verwendung von zellbasierten Assays 15 Rechnung zu tragen.

Protokoll

1. Erzeugung von neuronalen Progenitorzellen

  1. HIPSCs, die von Fibroblasten und PBMCs in 6-Well-Platten auf einer γ-bestrahlten Maus-Embryonal-Feeder (MEF) -Zellschicht in menschlichem iPSC-Medium, ergänzt mit kleinen Molekülen (siehe Materialtabelle), abgeleitet sind.
    HINWEIS: Die tägliche Wartung ist eine modifizierte Version der zuvor gemeldeten Verfahren 1 , 16 .
    1. Platte 6 x 10 5 MEFs auf jede Vertiefung einer 6-Well-Gewebekultur-Gradplatte in 300 μl / gut empfohlenem Medium (nach Herstellerprotokoll).
    2. Nach 48 h, ersetzen Sie MEFs Medium mit 300 μl / well hiPSC Medium für 1 h vor dem Hinzufügen von hiPSCs.
    3. Schnelles Aufhängen von hiPSCs in einem 37 ° C Wasserbad und langsam 1 mL hiPSC Medium tropfenweise hinzufügen. Übertragen Sie die HIPSCs und das Medium auf ein 15 ml konisches Röhrchen. Medium hinzufügen, um das Gesamtvolumen auf 5 ml zu bringen. 5 min bei 129 xg zentrifugieren, die supernata absaugenNt, das Pellet vorsichtig in 1 mL hiPSC-Medium mit ROCK-Inhibitor bei 1: 1000-Konzentration wieder suspendieren.
    4. Die Zellsuspension (typischerweise bei 300.000 Zellen / Vertiefung) auf die MEF-Zellschicht auftragen und bei 37 ° C, 5% CO 2 , 95% Feuchtigkeit inkubieren.
    5. Überwachen Sie die iPSC-Kultur mit einem Lichtmikroskop. Nach 48 h, entfernen Sie Kulturen, die unebene Kanten haben, sind gewachsen, um zystisch zu werden oder gelblich-braun unter dem Lichtmikroskop zu erscheinen, um die spontane Differenzierung zu minimieren.
      ANMERKUNG: Nach 7 - 10 Tagen sollten sich hiPSC Kolonien bilden. Kolonien sollten rund, mit klar definierten Grenzen und einheitlichen Zelldichten und ohne lose gepackte ungleichförmige Zellen sein.
    6. Manuell selektieren Sie runde hiPSC Kolonien, um die Kultur der spontan differenzierten Zellen zu löschen. Erweitern Sie die Kolonien, indem Sie sie auf frische MEF-Schichten legen. Erweitere 1: 3 alle 7 Tage, wenn Kulturen in der Nähe von Konfluenz und Einfrieren 1 , 16 .
  2. Nach der Expansion und dem Einfrieren von Zellen (für die Sicherung), wachsen hiPSC Kolonien auf Platten, bis sie 50 - 75% Konfluenz erreichen.
  3. Sieben-Tage-Nachplattierung, mild enzymatische Behandlung (5-10 min mit 300 μl Enzymlösung) und sanftes Triturieren (2-4 mal mit einer 1000 μl Pipette) zur Ernte und Herstellung von hiPSCs für die neuronale Vorläuferzelldifferenzierung.
  4. Die Zellsuspension bei 129 xg für 4 min zentrifugieren, den Überstand absaugen und das Pellet in 5 ml menschlichem iPSC-Medium resuspendieren. Übertragen Sie die Zellsuspension auf eine 0,1% ige Gelatine-beschichtete 5 cm Zellkulturschale für 1 h bei 37 ° C, um MEFs zu eliminieren und die hiPSC-Ausbeute zu maximieren. Übertragen Sie das Medium (mit nicht-adhärenten Zellen) auf eine weitere 5 cm Gelatine beschichtete Schale.
  5. Übertragen der nicht-adhärenten Zellen in ein 15-ml-Zentrifugenröhrchen unter Verwendung einer Transferpipette. Die Platten mit 3 mL Medium vorsichtig ausspülen und in die 15 ml Röhre geben.
  6. Zentrifugieren Sie die Zellsuspension bei 129 xg für 4 min, aspirieren Sie den SuperNatant, und sanft resuspend das Pellet in Medium. Bestimmen Sie die Zellenzählung mit einem automatisierten Zellenzähler. Platte 9.000 Zellen / Vertiefung in einer 96-Well-Niedrigadhäsions-V-Bodenplatte.
  7. Die Platte bei 163 xg für 3 min zentrifugieren. Inkubieren Sie die Platte bei 37 ° C, 95% Feuchtigkeit und 5% CO 2 . Mit einer Pipette wechseln Sie 50% Medium jeden zweiten Tag, indem Sie die Hälfte des Mediums entfernen und es mit frischem, chemisch definiertem Differenzierungsmedium 1 (DM1, Abbildung 1 , Tabelle der Materialien) für 14 Tage ersetzen.

2. Serumfreier Embryoidkörper (SFEB) Induktion ( Abbildung 2 )

  1. Legen Sie 40 μm Zellkultureinsätze in 6-Well-Platten und fügen Sie 1 mL DM1-Medium mindestens 1 h vor der Zugabe von Aggregaten hinzu.
  2. Am Tag 14 werden die Aggregate mit 20 μl Medium unter Verwendung einer 200 μl breiten Mundspitze auf 40 μm Zellkultureinsätze transferiert und das Medium auf DM2 umgestellt.
    HINWEIS: Zellkultur-Einsätze sind spezialisierte Einsätze, die sich leicht von der Unterseite des Brunnens sitzen und aus einer Polytetrafluorethylenmembran bestehen, die über einem Kunststoffrahmen aufgehängt ist. Diese Membran ist biokompatibel und kann den Nährstoff- und Sauerstofftransport effizient zu den SFEBs führen, die oben platziert werden. Sie werden häufig mit organotypischen hippocampalen Scheibenkulturen aus der Maus oder Ratte 7 , 17 , 18 verwendet .
    1. Übertragen Sie 4-6 Aggregate auf einen Zellkultureinsatz und erlauben ausreichend Platz zwischen den Aggregaten. Mit einer feinen Pipettenspitze ( zB 200 μl Spitze) so viel überschüssige Lösung wie möglich entfernen.
      HINWEIS: Es ist akzeptabel, das SFEB kurz zu stören, da sie sich auf dem Zellkultureinsatz bewegen werden, da die Lösung aus den SFEBs entfernt wird.
    2. Pflegen Sie die Kulturen in 1 ml DM2 bei 37 ° C, 95% Feuchtigkeit und 5% CO 2 . Mit einer Pipette wechseln Sie 75%Medium jeden zweiten Tag durch die Beseitigung von drei Viertel des Mediums und ersetzt mit drei Vierteln frisches Medium. Zum Beispiel 750 μl Medium entfernen und 750 μl frisches Medium zugeben.
  3. Nach 14 Tagen Kultur wechseln Sie zu DM3 Medium mit 75% mittlerer Veränderung jeden zweiten Tag und für weitere 16 Tage.
  4. Um die SFEBs auf Zellkultureinsätzen über 30 Tage zu halten, ändere das Medium jeden zweiten Tag für 60, 90 und 120 Tage.
    HINWEIS: Die SFEBs wachsen auf etwa 1000 μm Durchmesser und sind typischerweise 100-150 μm dick 1 .

3. Bestimmung der SFEB-Zusammensetzung

  1. Lösen Sie die SFEBs aus dem Einsatz durch sanftes Pipettieren von Medium mit einer 200 μl breiten Mundpipettenspitze. Um die SFEBs zu transportieren, verwenden Sie eine breite Mundpipettenspitze, um die Körper vorsichtig in die Pipettenspitze zu saugen. Nach dem Beladen von SFEB in die Pipettenspitze, sanft auf 12-Well-Platten überführen und mit 300 μl phosphatgepufferter Kochsalzlösung waschen(PBS) pro Vertiefung
    HINWEIS: SFEBs werden in den 12-Well-Platten in Lösung suspendiert. Dies ist wichtig, um die vollständige Penetration des Fixiermittels, der Blockierungslösung und der Antikörper zu ermöglichen. Bei Verwendung mehrerer SFEBs zur Färbung können bis zu 10 SFEBs pro Well einer 12-Well-Platte zugesetzt werden. Dadurch werden Lösungen und Antikörper konserviert.
  2. Fixieren Sie SFEBs mit 300 μl pro Well 4% Paraformaldehyd bei Raumtemperatur für 30-45 min. Waschen Sie feste SFEBs zweimal mit 300 μL PBS, 3-5 min jede Waschung.
    Achtung: Bei der Handhabung von Paraformaldehyd geeignete persönliche Schutzausrüstung tragen.
    HINWEIS: Sonde für Immunreaktivität auf Marker zur Bestimmung der Reife, Zelltyp etc. Für die Markierung von Neuronen in dieser Studie wurde Huhn-Tuj1 bei 1: 500 verwendet, für zusätzliche Marker siehe Tabelle 2 und Referenzen 1 , 16 .
  3. Permeabilisieren und blockieren mit 0,1% Triton-X100 in PBS und 10% normalem Eselserum (Blockierungslösung, 300 μL pro gut) für 1 h bei Raumtemperatur.
  4. Entfernen Sie die Blockierungslösung und behandeln Sie SFEBs mit 300 μl primären Antikörpern in Blockierungslösung. Inkubieren bei 4 ° C über Nacht. Waschen Sie SFEBs dreimal (3-5 min pro Waschgang) in 300 & mgr; l PBS, enthaltend 0,1% Triton-X.
  5. Sekundärantikörper 1: 1000 in Blockierungslösung vorbereiten. SFEBs für 1 h bei Raumtemperatur mit sekundären Antikörpern inkubieren. Wasche SFEBs mit 300 μL PBS, 3 mal für 3-5 min.
    HINWEIS: In diesem Stadium können SFEBs für die Bildgebung vorbereitet werden.
  6. Zum Bild pipettieren Sie SFEBs auf eine Glasrutsche mit einer breitlochigen Pipette. Entfernen Sie überschüssige Lösung um das SFEB mit sanfter Absaugung.
    HINWEIS: Für ähnliche Färbebedingungen können mehrere SFEBs auf der gleichen Glasrutsche platziert werden.
  7. Fügen Sie einen Tropfen Montagemedium auf die SFEBs, legen Sie ein Glas Deckglas, und drücken Sie vorsichtig, um sicherzustellen, dass es keine Luftblasen gibt. Lassen Sie das Montagemedium aushärten und gehen Sie zur Bildgebung und Quantifizierung vor (Schritt 3.8).
    HINWEIS: Nach dem Aushärten des Montagemediums sind die SFEBs für die Bildgebung bereit.
  8. Führen Sie die Zellquantifizierung durch, indem Sie mehrere Regionen von Interesse (ROI) über das SFEB nehmen und einen Z-Stack kombinieren mit einem maximalen Projektionsbild durch jeden ROI auf einem herkömmlichen konfokalen Mikroskop, wie in den Referenzen 1 , 16 beschrieben, kombiniert werden.
    HINWEIS: Ganze SFEBs können mit bildbasierten Fliesen quantifiziert werden (siehe Referenzen 1 , 16 für Details). Da die SFEBs auf etwa 100 μm dünn sind, gibt es eine minimale Streuung von Licht im Gewebe und somit besteht keine Notwendigkeit für eine 2-Photonen-Mikroskopie. Frühere Verwendungen dieses Protokolls mit Fibroblasten-abgeleiteten iPSCs produzierten eine SFEB-Schicksalskarte, die komplexe und vielfältige Struktur mit Subpopulationen von Interneuronen mit Transkriptionsidentitäten zeigte, die CGE und anterioren Vorderhirnschicksalen 1 , 16 ähnelten .

4. Neuronale Aktivität in SFEBs mit MEAs aufnehmen

  1. Bereiten Sie 12-Well-MEA-Platten gemäß den Anweisungen des Herstellers vor.
  2. Waschen Sie die MEA Platten 3 mal für 5 min mit sterilem H 2 O unter aseptischen Bedingungen zu reinigen. 5 min mit 75% igem Ethanol und dann mit 100% igem Ethanol zum Sterilisieren der Platte waschen.
  3. Die Platte in einem Ofen für 4-5 h bei 50 ° C umkehren, um den Sterilisationsvorgang abzuschließen.
  4. Füge 500 μl 0,2% Polyethyleniminlösung (PEI) zu jeder Vertiefung hinzu und inkubiere 1 h bei Raumtemperatur. Pflegen Sie PEI und waschen Sie die Wells 4x mit sterilem destilliertem H 2 O. Luft trocknen in der Kapuze über Nacht.
  5. Eine 20 & mgr; l / ml Lösung von Laminin in L15-Medium vorbereiten und 10 & mgr; l Laminin in die Mitte jeder Vertiefung geben.
    HINWEIS: Die umgebenden Referenz- und Erdungselektroden nicht beschichten.
  6. Fügen Sie sterile dH 2 O zu den umgebenden Reservoirs hinzu, um eine mediale oder Lamininverdampfung zu verhindern.Die Platte 1 h bei 37 ° C inkubieren.
  7. Fügen Sie SFEBs (siehe Abschnitte 1 und 2) zu den lamininbeschichteten MEA-Platten hinzu, indem Sie sie sanft in eine breite Mundpipettenspitze absaugen und übertragen. 200 μl DM2-Medium in jede Vertiefung geben und über Nacht bei 37 ° C, 95% Feuchtigkeit und 5% CO 2 inkubieren.
  8. Nach 24 h zusätzliches 200 μl Medium zugeben und 30 Minuten bei 37 ° C, 95% Feuchtigkeit, 5% CO 2 vor dem Messvorgang abkühlen lassen.
  9. Legen Sie die MEA-Platte in den Plattenleser (vorgewärmt auf 37 ° C), um neuronale Aktivität aufzuzeichnen. Rekordaktivität für 10 min mit der zugehörigen MEA-Aufnahmesoftware. Siehe Referenz 19 für Details.
  10. Generieren Sie rohe Daten-kontinuierliche Ströme und Rasterplots der neuronalen Aktivität mit Hilfe der statistischen Analyse-Software 19 .
    HINWEIS: MEA-Aufnahmen werden 7 Tage nach SFEB-Beschichtung genommen. Für diese Studie wurden Aufzeichnungen für 10 min genommen, um Netzwerk-Burst-Aktivität zu erkennen, conKontinuierliche Spur und Rasterplots. SFEBs können langfristig auf MEA-Platten gehalten werden und können über längere Zeit mit umweltgerechten Bedingungen aufgezeichnet werden ( Abbildung 6 ).

Ergebnisse

SFEBs, die mit unserer Technik gezüchtet wurden, lieferten Gewebe mit morphologischen Merkmalen, die einer frühen entwickelnden kortikalen subventrikulären Zone ähneln, die mit umfangreichen Tuj1-positiven Neuronen sowie neuronalen Vorläufern voll ist ( Abbildung 3A ). Zahlreiche sich entwickelnde kortikale Rosetten wurden in den äußeren Schichten und inneren Schichten des SFEB beobachtet ( Fig. 3B ). Die äußere Kante d...

Diskussion

Das hier beschriebene Protokoll liefert die Bedingungen für die Differenzierung einer HiFi-Quelle in eine 3-D-Struktur, die eine frühe Entwicklungsstufe des frontalen Kortex rekapituliert. Diese Prozedur liefert Strukturen, die für die Elektrophysiologie abgefragt werden können, während sie auch der Mikroskopie zugänglich sind. Die endgültige Morphologie des SFEB ähnelt der von organotypischen Hirnscheibenkulturen und ermöglicht eine qualitativ hochwertige, konfokale Bildgebung. Dieses Protokoll kann erfolgreic...

Offenlegungen

Die Autoren haben keine konkurrierenden finanziellen Interessen.

Danksagungen

Wir danken Elizabeth Benevides für den Korrekturlesen des Artikels. Wir danken Drs. John Hussman und Gene Blatt für ihre hilfreichen Diskussionen und Kommentare.

Materialien

NameCompanyCatalog NumberComments
SFEB Neuronal Differentiation Cell culture Media. Reagents. Components 
STEMdiff Neural Induction Medium (hiPSC Media)STEMCELL Technologies0-5835250 mL
PluriQ ES-DMEM Medium (MEF Media)GlobalStemGSM-2001
NameCompany Catalog NumberComments
DM1 Media Components
D-MEM/F-12 (1x), Glutamax liquid, 1:1Invitrogen10565018385 mL
Knockout Serum ReplacementInvitrogen1082802820% 100 mL
Pen/StrepInvitrogen151401225 mL
Glutamax 200 mMInvitrogen350500615 mL
MEM Non-Essential Amino Acids Solution 10 mM (100x), liquidInvitrogen111400505 mL
2-Mercaptoethanol (1,000x), liquidInvitrogen21985023900 μL
NameCompany Catalog NumberComments
DM2 Media Components
D-MEM/F-12 (1x), Glutamax liquid, 1:1Invitrogen10565018500 mL
Glutamax 200 mMInvitrogen350500615 mL
Pen/StrepInvitrogen151401225 mL
N-2 Supplement (100x), liquidInvitrogen1750204810 mL
NameCompany Catalog NumberComments
DM3 Media Components
NEUROBASAL Medium (1x), liquidInvitrogen21103049500 mL
B-27 Supplement Minus Vitamin A (50x), liquidInvitrogen1258701010 mL
Glutamax 200 mMInvitrogen350500615 mL
Pen/StrepInvitrogen151401225 mL
NameCompany Catalog NumberComments
Small Molecules
ThiazovivinStemgent04-00172 μM
SB431542Stemgent04-0010-101:1,000 (10 μM)
DorsomorphinStemgent04-00241 μM
LDN-193189Stemgent04-0074-10250 nM
Y27632 (ROCKi)Stemgent04-0012-1010 μM
NameCompany Catalog NumberComments
Recombinant Protiens
DKK-1Peprotech120-30200 ng/mL
NameCompany Catalog NumberComments
Components/Materials
Cell Culture inserts 0.4 μM, 30mm DiameterMillicellPICM0RG50
Mouse Embryonic FibroblastsGlobalStemGSC-6301G
96 well V bottom w/LidsEvergreen222-8031-01V
StemPro Accutase Cell Dissociation ReagentThermoFisherA1110501
TritonX-100ThermoFisher85111
Phosphate Buffered Saline (PBS)ThermoFisher10010023500 mL
Normal Donkey SerumJackson Labs017-000-121
Leibovitz's L-15 MediumThermoFisher11415114500 mL
DRAQ5 (Nuclear Marker)ThermoFisher65-0880-96
MEA PlatesAxion BiosystemsM768-GL1-30Pt200
6 well flat bottomFalcon353046
NameCompany Catalog NumberComments
Antibody
NestinMilliporeMAB5326
Brn-2Protein tech14596-1-AP
VGLUT1Synaptic Systems135 303
Pax6abcamab5790
Calretininabcamab702
Calbindinabcamab11426
CoupTFIIR&D SystemsPPH714700
Nkx 2.1abcamab12650
Tuj1abcamab41489
ReelinMilliporeMAB5364
Tbr1MilliporeMAB2261
NFHDakoM0762

Referenzen

  1. Nestor, M. W., et al. Differentiation of serum-free embryoid bodies from human induced pluripotent stem cells into networks. Stem Cell Res. 10 (3), 454-463 (2013).
  2. Eiraku, M., et al. Self-organized formation of polarized cortical tissues from ESCs and its active manipulation by extrinsic signals. Cell Stem Cell. 3 (5), 519-532 (2008).
  3. Sasai, Y. Next-generation regenerative medicine: organogenesis from stem cells in 3D culture. Cell Stem Cell. 12 (5), 520-530 (2013).
  4. Song, S., Abbott, L. F. Cortical development and remapping through spike timing-dependent plasticity. Neuron. 3 (2), 339-350 (2001).
  5. Pre, D., et al. A time course analysis of the electrophysiological properties of neurons differentiated from human induced pluripotent stem cells (iPSCs). PLoS One. 9 (7), e103418 (2014).
  6. Sproul, A. A., et al. Characterization and molecular profiling of PSEN1 familial Alzheimer's disease iPSC-derived neural progenitors. PLoS One. 9 (1), e84547 (2014).
  7. Stoppini, L., Buchs, P. A., Muller, D. A simple method for organotypic cultures of nervous tissue. J Neurosci Methods. 37 (2), 173-182 (1991).
  8. Nicholas, C. R., et al. Functional maturation of hPSC-derived forebrain interneurons requires an extended timeline and mimics human neural development. Cell Stem Cell. 12 (5), 573-586 (2013).
  9. Cukier, H. N., et al. Exome sequencing of extended families with autism reveals genes shared across neurodevelopmental and neuropsychiatric disorders. Mol Autism. 5 (1), (2014).
  10. Marchetto, M. C., et al. A model for neural development and treatment of Rett syndrome using human induced pluripotent stem cells. Cell. 143 (4), 527-539 (2010).
  11. Choi, S. H., Tanzi, R. E. iPSCs to the rescue in Alzheimer's research. Cell Stem Cell. 10 (3), 235-236 (2012).
  12. Yagi, T., et al. Modeling familial Alzheimer's disease with induced pluripotent stem cells. Hum Mol Genet. 20 (23), 4530-4539 (2011).
  13. Mariani, J., et al. Modeling human cortical development in vitro using induced pluripotent stem cells. Proc Natl Acad Sci U S A. 109 (31), 12770-12775 (2012).
  14. Quadrato, G., Brown, J., Arlotta, P. The promises and challenges of human brain organoids as models of neuropsychiatric disease. Nat Med. 22 (11), 1220-1228 (2016).
  15. Nestor, M. W., et al. Human Inducible Pluripotent Stem Cells and Autism Spectrum Disorder: Emerging Technologies. Autism Res. 9 (5), 513-535 (2016).
  16. Nestor, M. W., et al. Characterization of a subpopulation of developing cortical interneurons from human iPSCs within serum-free embryoid bodies. Am J Physiol Cell Physiol. 308 (3), C209-C219 (2015).
  17. Nestor, M. W., Hoffman, D. A. Differential cycling rates of Kv4.2 channels in proximal and distal dendrites of hippocampal CA1 pyramidal neurons. Hippocampus. 22 (5), 969-980 (2012).
  18. Nestor, M. W., Mok, L. P., Tulapurkar, M. E., Thompson, S. M. Plasticity of neuron-glial interactions mediated by astrocytic EphARs. J Neurosci. 27 (47), 12817-12828 (2007).
  19. Woodard, C. M., Campos, B. A., Kuo, S. H., Nirenberg, M. J., Nestor, M. W., Zimmer, M., Mosharov, E. V., Sulzer, D., Zhou, H., Paull, D., Clark, L., Schadt, E. E., Sardi, S. P., Rubin, L., Eggan, K., Brock, M., Lipnick, S., Rao, M., Chang, S., Li, A., Noggle, S. A. iPSC-Derived Dopamine Neurons Reveal Differences Between Monozygotic Twins Discordant for Parkinson's Disease. Cell Rep. 9 (4), 1173-1182 (2014).
  20. Huang, S. M., et al. Tankyrase inhibition stabilizes axin and antagonizes Wnt signalling. Nature. 461 (7264), 614-620 (2009).
  21. Chambers, S. M., et al. Highly efficient neural conversion of human ES and iPS cells by dual inhibition of SMAD signaling. Nat Biotechnol. 27 (3), 275-280 (2009).
  22. Kriks, S., et al. Dopamine neurons derived from human ES cells efficiently engraft in animal models of Parkinson's disease. Nature. 480 (7378), 547-551 (2011).
  23. Maroof, A. M., et al. Directed differentiation and functional maturation of cortical interneurons from human embryonic stem cells. Cell Stem Cell. 12 (5), 559-572 (2013).
  24. Pasca, A. M., et al. Functional cortical neurons and astrocytes from human pluripotent stem cells in 3D culture. Nat Methods. 12 (7), 671-678 (2015).
  25. Yan, X., et al. iPS cells reprogrammed from human mesenchymal-like stem/progenitor cells of dental tissue origin. Stem Cells Dev. 19 (4), 469-480 (2010).
  26. Wang, J., et al. Generation of clinical-grade human induced pluripotent stem cells in Xeno-free conditions. Stem Cell Res Ther. 6, 223 (2015).
  27. Kwon, J., et al. Neuronal Differentiation of a Human Induced Pluripotent Stem Cell Line (FS-1) Derived from Newborn Foreskin Fibroblasts. Int J Stem Cells. 5 (2), 140-145 (2012).
  28. Li, X. J., et al. Coordination of sonic hedgehog and Wnt signaling determines ventral and dorsal telencephalic neuron types from human embryonic stem cells. Development. 136 (23), 4055-4063 (2009).
  29. Sheridan, S. D., Surampudi, V., Rao, R. R. Analysis of embryoid bodies derived from human induced pluripotent stem cells as a means to assess pluripotency. Stem Cells Int. , 738910 (2012).
  30. Smith, Q., Stukalin, E., Kusuma, S., Gerecht, S., Sun, S. X. Stochasticity and Spatial Interaction Govern Stem Cell Differentiation Dynamics. Sci Rep. 5, 12617 (2015).

Nachdrucke und Genehmigungen

Genehmigung beantragen, um den Text oder die Abbildungen dieses JoVE-Artikels zu verwenden

Genehmigung beantragen

Weitere Artikel entdecken

NeurowissenschaftenAusgabe 125iPSC3DSFEBNeuronenmenschliche kortikale EntwicklungPhysiologie

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Datenschutz

Nutzungsbedingungen

Richtlinien

Forschung

Lehre

ÜBER JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. Alle Rechte vorbehalten