Dieses Manuskript ist dem Andenken von Dr. Wenlan Wang, der am 26. Mai 2011 verabschiedet gewidmet. Wir danken Dr. Douglas A. Kerr für die großzügige Bereitstellung der HBG3 mES Zellen in dieser Studie verwendet. Diese Arbeit wurde von Nemours finanziert wird, ein Zuschuss (2 RR016472-10) unter der INBRE Programm des National Center for Research Resources (NCRR) und einem Cobre Gewährung von Finanzhilfen aus dem NCRR (5 RR020173 P20-05) an das Zentrum für Unterstützung Pädiatrische Forschung an der Alfred I. DuPont Hospital for Children, Wilmington, Delaware, USA.

1. Schritt 1: embryonalen Stammzellen der Maus (mES) Cell Culture (Timing: 3 Tage) 1. Ausplattieren primäre embryonale Maus-Fibroblasten (PMEF) <ol><li> Coat vier 100-mm Zellkulturschalen mit Gelatine für PMEF Haftung. 8 ml von 0,1% Gelatine-Lösung (StemCell Technologies) zu jeder Schale und Inkubation für 30 min bei Raumtemperatur. </li><li> Entfernen Sie das überschüssige Gelatine von Gerichten. Nicht spülen das Geschirr. </li><li> Verdünnen Sie ein Fläschchen mit Mitomycin C-inaktivierten PMEF (Millipore), die ca. enthält. 5 x 10 6 Zellen in 40 ml PMEF Medien (siehe Rezept in Tabelle 1) und Platte auf vier 100-mm Zellkulturschalen. Die PMEF eine Feeder-Schicht für MES-Zellen. </li><li> PMEF sollte mindestens einen Tag vor der Zugabe mES Zellkulturen plattiert werden. PMEF kann bis zu 1 Woche nach der Beschichtung verwendet werden. </li></ol> 2. Plating mES Cells Um die Effizienz von MES-Zell-Differenzierung in Motoneuronen zu überwachen, Verwendeten wir HBG3 kann eine ES-Zelllinie, die von einer transgenen Maus exprimiert eGFP unter der Kontrolle des Promotors Motoneuronen Hb9 abgeleitet. <ol><li> Defrost 1 Fläschchen HBG3 mES Zellen (ca. 1 x 10 7, beigetragen von Dr. Douglas Kerr, Johns Hopkins University) in einem 37 ° C warmes Wasserbad. 5 ml ES Medien (siehe Rezept in Tabelle 1) in einem 15 ml-Tube und Spin-down-Zellen bei 800 rpm für 5 min. </li><li> Saugen Sie den Überstand und resuspendieren mES Zellen in 20 ml ES Medien mit frisch zugegebenem Leukämiehemmfaktor (LIF) bei einer Endkonzentration von 10 ng / ml. HINWEIS: LIF sollte am Tag der Verwendung hinzugefügt werden und wird benötigt, um die MES-Zellen in einem undifferenzierten Zustand zu halten. </li><li> Nehmen Sie 10 ml PMEF Medien aus dem PMEF in jeder Schale und mit 10 ml des HBG3 ES Zell-Suspension zu jedem Gericht. </li><li> 24 h nach der Beschichtung, bilden mES Zellen kleine Kolonien, ähnlich groß wie der Kolonie durch die Pfeilspitze in 1b dargestellt. 72 h nach dem Ausplattieren, coloniES Zunahme der Größe, da viele etwa 100 um im Durchmesser (Abbildung 1B, durch Pfeile angedeutet). Diese Zellen sind bereit für Differenzierung. Die Medien sollten täglich ausgetauscht werden, um die Proliferation von Zellen aufrecht zu erhalten. </li></ol> 2. Schritt 2: neurale Induktion (Timing: 2 Tage) Zur Differenzierung von MES-Zellen in motorischen Neuronen zu induzieren, müssen mES Zellen aus PMEF getrennt werden und kultiviert in einer Suspension Umwelt. Gelatine beschichtete Kolben werden verwendet, um PMEF von MES-Zellen zu trennen. <ol><li> Wenn mES Kolonien bereit sind für neurale Induktion (definiert als Differenzierung Tag 0), Mantel 2 T150 Flaschen mit 0,1% Gelatine (18 ml / Kolben) für 30 min bei Raumtemperatur und anschließend zu entfernen überschüssige Gelatine und waschen mit 1x PBS dreimal. HINWEIS: Jeder 100-mm-Schale Kultur wird ein T150-Gelatine beschichtete Kolben müssen PMEF trennen. </li><li> Entfernen Sie vorsichtig Medien durch Aspiration darauf achten, nicht zu lose befestigten Kolonien zu vertreiben. 10 ml PBS kurzly und entfernen Sie dann durch Absaugen zu Waschschritt abzuschließen. </li><li> MES-Zellen aus PMEF trennen, fügen 0,25% Trypsin / EDTA (3 ml / Schale, StemCell Technologies) und Inkubation für 3-5 min bei 37 ° C, bis die Stammzellen und PMEF von der Platte zu lösen. 15 ml frisches ES-Medien ohne LIF und Pipette Zellen nach oben und unten, um Kolonien (ca. 15-20 mal) zu brechen. Dann wurde zu einem 0,1% Gelatine beschichtete T150 Destillierkolben und Inkubation für 30 min bei 37 ° C Nach der Inkubation sollten PMEF auf die Oberfläche legen, während gelatinierte ES-Zellen zu schweben sollte. Sammeln Sie die schwimmenden mES Zellen in eine 50 ml Tube. </li><li> Spin-Down bei 800 UpM und Resuspendieren Sie die Zellen in 10 ml Medium neurale Differenzierung (siehe Rezept in Tabelle 1). </li><li> Zählen der Zellen unter Verwendung eines Hämozytometers und dann Platte ungefähr 2 x 10 6 Zellen mES auf einer 100 mm bakteriellen oder Suspension Kulturschale. Diese Platten erlauben Wachstum von Suspensionskulturen und fördern Bildung von Embryoidkörpern (EBS). </li><li> Auf differentiation Tag 1, bilden mES Zellen kleine schwimmende Aggregate (EVG), die sichtbar unter einem Lichtmikroskop sind. Jede Verschleppung PMEF in die Schale legen. Übertragen Sie die Suspensionszellen und Medien in ein 15 ml Tube und zentrifugieren bei niedriger Drehzahl (500 rpm) für 3 min. Medien sorgfältig absaugen, 10 ml frisches Medium neurale Differenzierung der EBs pelletiert und anschließend Platte Zellen in einem neuen bakteriellen Gericht. Zusätzlich zur Aufstockung der Medien, entfernt dieser Schritt keine PMEF tragen, die über aus dem Stand Schritt. </li><li> Auf Differenzierung Tag 2 sind EBs bereit, in Motoneuronen induziert werden. </li></ol> 3. Schritt 3: Motor Neuron-Spezifikation (Timing: 5 Tage) <ol><li> Am Tag 2 Differenzierung, wirbeln die Kulturschale und überweisen Sie den Medien-und EBS in einem 15 ml-Tube. Lassen EBs durch die Schwerkraft (~ 10 min) oder durch Zentrifugation bei niedriger Geschwindigkeit (500 rpm) für 3 min zu begleichen. </li><li> Aspirieren Medium vorsichtig resuspendieren und EBs in 10 ml Motor Neuron Differenzierung (MND) Medium (siehe Rezept in <strong&gt; Tabelle 1). Platte EBs in einem neuen bakteriellen Schüssel und ändern Sie die Medien täglich über 5 Tage. </li><li> 200 um im Durchmesser und sollte stark GFP-Signale (Abbildung 1C) zum Ausdruck bringen - Am Tag 7 Differenzierung sollte EBs etwa 150 sein. Diese EBs sind bereit, voneinander zu trennen und plattiert auf poly-DL-ornithine/laminin beschichteten Schalen oder Deckgläser. </li></ol> 4. Schritt 4: Herstellung von Poly-DL-ornithine/laminin beschichtete Deckgläser (Timing: 2 Tage) Zwei Tage vor distanziert EBs (dh auf die Differenzierung Tag 5), bereiten poly-DL-ornithine/laminin-coated Deckgläser. <ol><li> Platz 12-mm-Deckgläschen jähriger (Warner Instruments) an der Unterseite eines 24-Well-Platte. 25 mg Poly-DL-Ornithin (Sigma-Aldrich) in 25 ml sterilem, doppelt destilliertem Wasser (d 2 H 2 O), um ein 10X-Stammlösung (1 mg / ml) zu erhalten. Wenn Sie bereit sind zu verwenden, machen Sie eine 1/10 Verdünnung von Poly-DL-Ornithin mit D 2 H 2 O zu erhalten concentRation von 100 g / ml. 0,5 ml zu jeder Vertiefung der Platte mit 24 Vertiefungen, Inkubation bei 4 ° C über Nacht. </li><li> Am folgenden Tag (Differenzierung Tag 6), absaugen Poly-DL-Ornithin und lassen die Teller und Deckgläser an der Luft trocknen in einer Gewebekultur Kapuze. Spülen Sie die Platte Brunnen mit D 2 H 2 O dreimal. Der Luft trocknen lassen für eine weitere Stunde. </li><li> 1 mg Mauslaminin (Millipore) in 5 ml kaltem Eis-1X PBS 100x Stocklösung (200 pg / ml) zu machen. Wenn Sie bereit sind zu verwenden, stellen Sie 1/100 Verdünnung in vereisten kalten 1X PBS (2 ug Laminin / ml). 0,5 ml / Well in einer 24-Well-Platte und Inkubation 4 ° C über Nacht. Vor der Aussaat Zellen, sollten überschüssige Laminin entnommen und Vertiefungen mit 1X PBS zweimal gespült. Deckgläser in MND-Medium (0,5 ml / Vertiefung) gespeichert werden. </li></ol> 5. Schritt 5: Axon Dehnung (Timing: 2 Tage) <ol><li> Am Tag 7 Differenzierung, sammeln EBs in ein 15 ml Tube und lassen sich absetzen EBs (ca. 3 min). Aspirieren Medien und Re-Suspend EBs in PBS. Erlauben Sie EBs, sich niederzulassen und dann absaugen PBS. Wiederholen Sie diesen Schritt 3 mal. 1 ml der Accumax (Millipore) der EBS, vorsichtig mischen und Inkubation für 5 min bei Raumtemperatur. Dann saugen überschüssiges Accumax für den EBs. </li><li> Um EBs distanzieren, 3 ml Medium MND. Pipettieren nach oben und unten 20 Mal unter Verwendung einer 1 ml-Eppendorf-Mikropipette (blaue Spitze), um EBs stören. Inkubieren für 2 min bei Raumtemperatur. Übertragen Zellsuspension auf eine 12x75 mm-Rohr mit Zellsieb Kappe (BD Falcon), um eine Einzelzellen-Suspension zu erhalten. Wiederholen diese Trennung Schritt mit den restlichen Klumpen und Zellen durch den Filter, so dass die Ausbeute von einzelnen Zellen anzureichern erhalten. Die endgültige Einzelzellsuspension werden 6 ml sein. </li><li> Vorsichtig mischen diese einzelne Zellsuspension und Zählen von Zellen mit einer Zählkammer. Verdünnte Zellen in MND Medium (ergänzt mit 10 ng / ml von jeder BDNF, GDNF, CNTF und NT-3) auf eine Dichte von 2x10 5 Zellen pro ml. Zellsuspension (0,5 ml / Vertiefung) auf 24-Well-Platten, die poly-DL-ornithine/laminin beschichtete Deckgläser (zuvor hergestellt wie oben beschrieben). Die differenzierten Zellen verlängern lange Neuriten nach 2 Tagen in Kultur (1D). </li></ol> 6. Repräsentative Ergebnisse 1A zeigt einen Umriss des Protokolls. In Schritt 1 sind MES-Zellen auf PMEF kultiviert und ergänzt mit LIF eine spontane Differenzierung zu verhindern. Im Allgemeinen sind undifferenzierte Kolonien mES rund und kompakt und haben klar definierte Ränder auf. Die Kolonien sind nicht in Kontakt miteinander. In der Regel sollte mES Zellen bei einer 1:4-Verhältnis aufgeteilt werden alle 2 bis 3 Tagen. Jedoch wird jede einzelne Zelle Linie mit einer anderen Rate wachsen und das Split-Verhältnis muß empirisch ermittelt werden. Pfeile in Abbildung 1B zeigt das typische Erscheinungsbild von MES-Zellen nach Kultivierung auf einem PMEF Feeder-Schicht für 3 Tage. Diese Kolonien sind groß (50-100 um Durchmesser), aber immer noch rund und halten definierte Kantes. In diesem Stadium die Kolonien sind bereit für Differenzierung oder Subkultur. Eine Pfeilspitze in Abbildung 1B zeigt eine kleine Kolonie mES, dass Sie in der Regel finden 24 h nach der Beschichtung. Vier Tage nach dem Ausplattieren, werden mES Zellen überwachsen. Sie zeigen eine abgeflachte Aussehen und den Verlust der definierten Grenzen, was darauf hinweist, dass sie beginnen sich zu differenzieren. Solche Zellen sind nicht optimal für die Differenzierung in neuronale Zellen. MES-Zellen in Motoneuronen zu differenzieren, müssen mES Zellen in Suspension kultiviert werden, um EB Bildung zu ermöglichen. In Schritt 2 werden ES-Zellen auf einer Kulturoberfläche ohne Feeder-Schicht in EB Bildung zu fördern übertragen. In diesem Schritt werden sie in neuronalen Differenzierung Medium mit Noggin, bFGF und FGF-8 für 2 Tage in direkter Zellen eines neuronalen Linie ergänzt inkubiert. Kleine EBs können unter dem Mikroskop an Tag 1 der Differenzierung beobachtet werden. Sie sollten in dem Medium zu schweben. Verschleppung PMEF kann auch am Tag 1 gefunden werdender Differenzierung und müssen entfernt werden. Diese Zellen, um bakterielle Gerichte so beseitigt werden, wenn EBs auf eine neue bakterielle Gericht sind passagiert haften. So, am Tag 2 der Differenzierung, sollte wenige oder keine PMEF in der Kulturschale zu sehen. In Schritt 3 fort Übertragung von EBs zu neuen Gerichten sollte Entfernung jeglichen verbleibenden PMEF zu gewährleisten. EBs sind im Motor Neuron Differenzierung (MND) Medien mit RA ergänzt SAG kultiviert und für 5 Tage, um die Zellen in motorischen Neuronen zu differenzieren. Während der Kultur, weiterhin EBs in der Größe wachsen und kann mit dem bloßen Auge eine Differenzierung Tag 3 ersichtlich ~ 4. 1C zeigt das mikroskopische Bild von EBs auf die Differenzierung Tag 7. Im Gegensatz zu den undifferenzierten Zellen, für EBs starke Fluoreszenz aufgrund der Expression von GFP. Diese EBS sind optimal differenziert und sind bereit für die Dissoziation. Durchflusszytometrie zeigte, dass 51% ± 0,8% der Zellen von der dissoziierten EBs hatte in GFP exprimierenden Zellen differenziert 5. In Schritt 5 Kultur these Motoneuronen in Gegenwart von GDNF, CNTF, BDNF, NT3 und Ergebnisse in Verlängerung der langen Vorsprünge axonalen. 1D zeigt das Aussehen des differenzierten Zellen 2 Tage nach dem Ausplattieren von dissoziierten EBs. Beachten Sie lange Neuriten sich von den Zellkörper der plattierten Zellen. Immunfluoreszenzfärbung zeigt, dass die GFP +-Zellen die pan-neuronalen Marker (Neurofilament-mittlerer Kettenlänge) und zwei Motoneuronen spezifische Marker, (Islet-1 und Cholinacetyltransferase, 2) zu exprimieren. <img alt="1" src="/files/ftp_upload/3813/3813fig1.jpg" /> Abbildung 1. Differenzierung von MES-Zellen in Motoneuronen (Bild von Wu et al modifiziert. 5). A) Schema der Differenzierung Protokoll von MES-Zellen zu Motoneuronen. B) Undifferenzierte Zellen bilden mES runde Kolonien auf der Oberseite eines Fibroblasten-Feeder-Schicht. Sie haben schwache GFP-Expression. C) MES-Zellen wurden von Feeder-Schichten getrennt und KulturvereineRot auf Low-Befestigung Gerichte zu EBs zu bilden. In den ersten beiden Tagen nach der Differenzierung wurden die Zellen auf 50 ng / ml Noggin, 20 ng / ml bFGF und 20 ng / ml FGF-8 ausgesetzt. Anschließend wurden sie bewogen, mit 1 uM Retinsäure und 1 uM Sonic-Hedgehog-Agonist SAG für 5 Tage zu unterscheiden. Differenzierte Zellen exprimiert mES starke GFP-Fluoreszenz. A) Nach dem 7-tägigen Differenzierung wurden EBs dissoziiert und vergoldet auf poly-DL-ornithine/laminin beschichteten Platten. Die differenzierten Zellen verlängert langen neuronalen Prozesse nach 2 Tagen in Kultur. Maßstab = 200 um. MN = motorischen Neurons. B, C und D sind Hellfeld-Bilder und B &#39;, C&#39; und D &#39;sind entsprechende Fluoreszenz-Bildern. <img alt="2" src="/files/ftp_upload/3813/3813fig2.jpg" /> Abbildung 2. Charakterisierung von MES-cell-derived Motoneuronen. Immunfluoreszenzfärbung für Neurofilament mittlerer Kettenlänge (NF-M, rot), ChAT (rot) und Islet-1 (rot) fiel mit GFP (grün) SuchbegriffMultisession. DAPI (blau) wurde verwendet, um die Kerne zu identifizieren. Balken = 50 um.

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	<li>Wichterle, H., Lieberam, I., Porter, J. A., Jessell, T. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Directed+differentiation+of+embryonic+stem+cells+into+motor+neurons.">Directed differentiation of embryonic stem cells into motor neurons.</a> Cell. 110, 385-397 (2002).</li><li>Miles, G. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+properties+of+motoneurons+derived+from+mouse+embryonic+stem+cells.">Functional properties of motoneurons derived from mouse embryonic stem cells.</a> J. Neurosci. 24, 7848-7858 (2004).</li><li>Wichterle, H., Peljto, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Differentiation+of+mouse+embryonic+stem+cells+to+spinal+motor+neurons.">Differentiation of mouse embryonic stem cells to spinal motor neurons.</a> Curr. Protoc. Stem Cell. Biol. Chapter 1, Unit 1H.1.1-Unit 1H.1.9 (2008).</li><li>Kiris, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Embryonic+stem+cell-derived+motoneurons+provide+a+highly+sensitive+cell+culture+model+for+botulinum+neurotoxin+studies,+with+implications+for+high-throughput+drug+discovery.">Embryonic stem cell-derived motoneurons provide a highly sensitive cell culture model for botulinum neurotoxin studies, with implications for high-throughput drug discovery.</a> Stem Cell Res. 6, 195-205 (2011).</li><li>Wu, C. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Proteomic+assessment+of+a+cell+model+of+spinal+muscular+atrophy.">Proteomic assessment of a cell model of spinal muscular atrophy.</a> BMC Neurosci. 12, 25 (2011).</li><li>McMahon, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Noggin-mediated+antagonism+of+BMP+signaling+is+required+for+growth+and+patterning+of+the+neural+tube+and+somite.">Noggin-mediated antagonism of BMP signaling is required for growth and patterning of the neural tube and somite.</a> Genes Dev. 12, 1438-1452 (1998).</li><li>Storey, K. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Early+posterior+neural+tissue+is+induced+by+FGF+in+the+chick+embryo.">Early posterior neural tissue is induced by FGF in the chick embryo.</a> Development. 125, 473-484 (1998).</li><li>Launay, C., Fromentoux, V., Shi, D. L., Boucaut, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+truncated+FGF+receptor+blocks+neural+induction+by+endogenous+Xenopus+inducers.">A truncated FGF receptor blocks neural induction by endogenous Xenopus inducers.</a> Development. 122, 869-880 (1996).</li><li>Sinha, S., Chen, J. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Purmorphamine+activates+the+Hedgehog+pathway+by+targeting+Smoothened.">Purmorphamine activates the Hedgehog pathway by targeting Smoothened.</a> Nat. Chem. Biol. 2, 29-30 (2006).</li><li>Chen, J. K., Taipale, J., Young, K. E., Maiti, T., Beachy, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Small+molecule+modulation+of+Smoothened+activity.">Small molecule modulation of Smoothened activity.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 99, 14071-14076 (2002).</li><li>Lee, S. M., Danielian, P. S., Fritzsch, B., McMahon, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evidence+that+FGF8+signaling+from+the+midbrain-hindbrain+junction+regulates+growth+and+polarity+in+the+developing+midbrain.">Evidence that FGF8 signaling from the midbrain-hindbrain junction regulates growth and polarity in the developing midbrain.</a> Development. 124, 959-969 (1997).</li></ol>

Keine Interessenskonflikte erklärt.

Die Qualität der mES Zellen ist die kritischen Parameter zur effizienten Erzeugung von Motoneuronen. mES Zellen müssen auf PMEF kultiviert werden, um spontane Differenzierung zu verhindern. Die Zugabe von LIF hilft bei der Erhaltung der die MES-Zellen in einem undifferenzierten Zustand. Als MES-Zellen teilen sich alle 12 bis 15 h wurde das Kulturmedium verarmt rasch und muss täglich ersetzt werden. Effiziente Aktivierung des Shh-Weg ist ein kritischer Parameter benötigt, um Motoneuronen ...

<table border="1"><tbody><tr><td> Name des Reagenzes </td><td> Firma </td><td> Katalog-Nummer </td><td> Endkonzentration </td></tr><tr><td> PMEF </td><td> Millipore </td><td> PMEF-H </td><td> NA </td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td> PMEF Medium </td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td> DMEM </td><td> Invitrogen </td><td> 11965-118 </td><td> NA </td></tr><tr><td> FBS </td><td> Invitrogen </td><td> 16140-071 </td><td> 10% </td></tr><tr><td> L-Glutamin </td><td> Invitrogen </td><td> 25030-081 </td><td> 1% </td></tr><tr><td> Penicillin / Streptomycin </td><td> Invitrogen </td><td> 15240-063 </td><td> 1% </td></tr><tr><td></td><td></td&gt; <td></td><td></td></tr><tr><td> mES Medium </td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td> DMEM </td><td> StemCell Technologies </td><td> 36250 </td><td> NA </td></tr><tr><td> ES-Zell-Qualifizierte FBS </td><td> Invitrogen </td><td> 16141-079 </td><td> 15% </td></tr><tr><td> Glutamax-I </td><td> Invitrogen </td><td> 35050-061 </td><td> 1% </td></tr><tr><td> Nicht-essentielle Aminosäuren </td><td> Invitrogen </td><td> 11140-050 </td><td> 1% </td></tr><tr><td> Nucleosides </td><td> Millipore </td><td> ES-008-D </td><td> 1% </td></tr><tr><td> β-Mercaptoethanol </td><td> Millipore </td><td> ES-007-E </td><td> 0,1 mM </td></tr><tr><td> Penicillin / Streptomycin </td><td> Millipore </td><td> TMS-AB2-C </td><td> 1% </td></tr><tr><td> LIF </td><td> Millipore </td><td&gt; LIF2010 </td><td> 10 ng / ml </td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td> Neuronale Differenzierung Medium </td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td> DMEM </td><td> StemCell Technologies </td><td> 36250 </td><td> NA </td></tr><tr><td> ES Cult FBS </td><td> StemCell Technologies </td><td> 06905 </td><td> 15% </td></tr><tr><td> Nicht-essentielle Aminosäuren </td><td> Invitrogen </td><td> 11140-050 </td><td> 1% </td></tr><tr><td> Mono-thio Glycerin </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> M-6145 </td><td> 1mM </td></tr><tr><td> Birne </td><td> Invitrogen </td><td> PHC1506 </td><td> 50 ng / ml </td></tr><tr><td> FGF-8 </td><td> Invitrogen </td><td> PHG0274 </td><td> 20 ng / ml </td></tr><tr><td> bFGF </td><td> Invitrogen </td><td> PHG0024 </td><td> 20 ng / ml </td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td> MND Medium (Differenzierung) </td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td> ES-Cult Basal Medium-A </td><td> StemCell Technologies </td><td> 5801 </td><td> NA </td></tr><tr><td> Knockout Serumersatz </td><td> Invitrogen </td><td> 10828-028 </td><td> 10% </td></tr><tr><td> N-2 Ergänzung </td><td> Invitrogen </td><td> 17502-048 </td><td> 1% </td></tr><tr><td> ITS Supplement-B </td><td> StemCell Technologies </td><td> 07155 </td><td> 1% </td></tr><tr><td> Askorbinsäure </td><td> StemCell Technologies </td><td> 07157 </td><td> 1% </td></tr><tr><td> Penicillin / Streptomycin </td><td> Millipore </td><td> TMS-AB2-C </td><td> 1% </td></tr><tr><td> Glutamax-I </td><td>Invitrogen </td><td> 35050-061 </td><td> 1% </td></tr><tr><td> D-Glucose </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> G-8270 </td><td> 0,15% in D 2 H 2 O </td></tr><tr><td> Fibronektin </td><td> StemCell Technologies </td><td> 07159 </td><td> 5 pg / ml </td></tr><tr><td> Heparin </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> H3149 </td><td> 20 ug / ml in D 2 H 2 O </td></tr><tr><td> β-Mercaptoethanol </td><td> Millipore </td><td> ES-007-E </td><td> 0,1 mM </td></tr><tr><td> Retinsäure </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> R-2625 </td><td> 1 uM </td></tr><tr><td> SAG </td><td> EMD Chemicals </td><td> 566660 </td><td> 1 uM </td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td> MND Medium (Motor Neuron Kultur) </td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td> ES-Cult Basal Medium-A </td><td> StemCell Technologies </td><td> 5801 </td><td> NA </td></tr><tr><td> Knockout Serumersatz </td><td> Invitrogen </td><td> 10828-028 </td><td> 10% </td></tr><tr><td> N-2 Ergänzung </td><td> Invitrogen </td><td> 17502-048 </td><td> 1% </td></tr><tr><td> ITS Supplement-B </td><td> StemCell Technologies </td><td> 07155 </td><td> 1% </td></tr><tr><td> Askorbinsäure </td><td> StemCell Technologies </td><td> 07157 </td><td> 1% </td></tr><tr><td> Penicillin / Streptomycin </td><td> Millipore </td><td> TMS-AB2-C </td><td> 1% </td></tr><tr><td> Glutamax-I </td><td> Invitrogen </td><td> 35050-061 </td><td> 1% </td></tr><tr><td> D-Glucose </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> G-8270 </td><td> 0,15% in D 2 H 2 O </td></tr><tr><td> Fibronektin </td><td> StemCell Technologies </td><td> 07159 </td><td> 5 pg / ml </td></tr><tr><td> Heparin </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> H3149 </td><td> 20 ug / ml in D 2 H 2 O </td></tr><tr><td> β-Mercaptoethanol </td><td> Millipore </td><td> ES-007-E </td><td> 0,1 mM </td></tr><tr><td> BDNF </td><td> R &amp; D Systems </td><td> 248-BD-005/CF </td><td> 10 ng / ml </td></tr><tr><td> CNTF </td><td> R &amp; D Systems </td><td> 257-NY-010/CF </td><td> 10 ng / ml </td></tr><tr><td> GDNF </td><td> R &amp; D Systems </td><td> 212-GD-010/CF </td><td> 10 ng / ml </td></tr><tr><td> NT-3 </td><td> R &amp; D Systems </td><td> 267-N3-005/CF </td><td> 10 ng / ml </td></tr></tbody></table> NA = Nicht anwendbar. Tabelle 1. PMEF und Medien für MES-Zellkultur oder Differenzierung. <table border="1"><tbody><tr><td> &lt;strong&gt; Name des Reagenzes </td><td> Firma </td><td> Katalog-Nummer </td><td> Endkonzentration </td></tr><tr><td> 0,1% Gelatine </td><td> StemCell Technologies </td><td> 07903 </td><td> NA </td></tr><tr><td> Poly-DL-ornithin </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> P0421 </td><td> 0,1 mg / ml in D 2 H 2 O </td></tr><tr><td> Mauslaminin </td><td> Millipore </td><td> CC095 </td><td> 2 pg / ml in PBS </td></tr><tr><td> 0,25% Trypsin / EDTA </td><td> StemCell Technologies </td><td> 07901 </td><td> NA </td></tr><tr><td> Accumax </td><td> Millipore </td><td> SCR006 </td><td> NA </td></tr></tbody></table> NA = Nicht anwendbar. Tabelle 2. Reagenzien für die Beschichtung und Dissoziation.

efficient differentiation of mouse embryonic stem cells into motor neurons

Direkte Differenzierung von embryonalen Stammzellen (ES)-Zellen in funktionelle Motoneuronen stellt eine viel versprechende Quelle für Krankheiten Mechanismen zu studieren, zu neuer Wirkstoffe zu screenen und zu neuen Therapien für Motoneuronen-Krankheiten wie zum Beispiel Spinale Muskelatrophie (SMA) und Amyotrophe Lateralsklerose entwickeln ( ALS). Viele aktuelle Protokolle verwenden eine Kombination von Retinsäure (RA) und Sonic Hedgehog (Shh) an embryonalen Stammzellen der Maus (mES) Zellen in Motoneuronen 4.1 differenzieren. Allerdings ist die Effizienz der Differenzierung mES Zellen in Motoneuronen nur mit mäßigem Erfolg erfüllt. Wir haben eine zweistufige Differenzierung Protokoll Nr. 5, das verbessert die Differenzierung Effizienz im Vergleich zu derzeit etablierten Protokollen entwickelt. Der erste Schritt besteht darin, die neuralization durch Zugabe von Noggin und Fibroblasten-Wachstumsfaktoren (FGFs) erweitern. Noggin ist ein knochenmorphogenetisches Protein (BMP)-Antagonisten und in Neuralinduktion gebracht einach der Standard-Modell der Neurogenese und führt zur Bildung der vorderen neuronalen Strukturieren 6. FGF wirkt synergistisch mit Noggin bei der Induktion von Nervengewebe Bildung durch die Förderung einer hinteren neuronalen Identität 9.7. In diesem Schritt wurden mES Zellen mit Noggin, bFGF und FGF-8 für zwei Tage grundiert werden, um neuronale Differenzierung in Richtung Linien zu präsentieren. Der zweite Schritt besteht darin, Motoneuronen-Spezifikation zu induzieren. Noggin / FGFs ausgesetzt mES Zellen wurden mit RA und einer Shh-Agonisten, Agonisten Smoothened (SAG), für weitere 5 Tage inkubiert, um Motoneuronen Generation zu erleichtern. Um die Differenzierung von MES in die Motor-Neuronen zu beobachten, verwendeten wir eine ES-Zelllinie von einer transgenen Maus exprimiert eGFP unter der Kontrolle des Promotors Motoneuronen Hb9 1 abgeleitet. Mit diesem robusten Protokoll erzielten wir 51 ± 0,8% der Differenzierung Effizienz (n = 3, p &lt;0,01, Student t-Test) 5. Die Ergebnisse der ImmunfluoreszenzFärbung zeigte, dass GFP +-Zellen die Motoneuronen spezifische Marker, Islet-1 und Cholin Acetyltransferase (ChAT) auszudrücken. Unsere Zwei-Schritt-Protokoll Differenzierung bietet eine effiziente Möglichkeit an MES-Zellen in spinalen motorischen Neuronen zu differenzieren.

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Efficient Differentiation of Mouse Embryonic Stem Cells into Motor Neurons

Wir entwickelten ein neues Protokoll, um die Effizienz der in vitro Differenzierung von embryonalen Stammzellen der Maus in Motoneuronen zu verbessern. Die differenzierten ES-Zellen erworbenen motorischen Neuronen verfügt wie durch die Expression von neuronalen und motorischen Neurons Marker mit Hilfe von immunhistochemischen Techniken nachgewiesen.

Effiziente Differenzierung von embryonalen Stammzellen der Maus in Motoneuronen

Direct differentiation of embryonic stem (ES) cells into functional  motor neurons represents a promising resource to study disease mechanisms, to  screen ...

efficient-differentiation-mouse-embryonic-stem-cells-into-motor

Research

JoVE Journal

Biology

22.1K Aufrufe.  Alfred I. duPont Hospital for Children. Wir entwickelten ein neues Protokoll, um die Effizienz der in vitro Differenzierung von embryonalen Stammzellen der Maus in Motoneuronen zu verbessern. Die differenzierten ES-Zellen erworbenen motorischen Neuronen verfügt wie durch die Expression von neuronalen und motorischen Neurons Marker mit Hilfe von immunhistochemischen Techniken nachgewiesen.

Serie: Efficient Differentiation of Mouse Embryonic Stem Cells into Motor Neurons

Derivation of Hematopoietic Stem Cells from Murine Embryonic Stem Cells

A stem cell is defined as a cell with the capacity to both self-renew and generate multiple differentiated progeny.  Embryonic stem cells (ESC) are derived from the blastocyst of the early embryo and are pluripotent in differentiative ability.  Their vast differentiative potential has made them the focus of much research centered on deducing how to coax them to generate clinically useful cell types.  The successful derivation of hematopoietic stem cells (HSC) from mouse ESC has recently been accomplished and can be visualized in this video protocol.  HSC, arguably the most clinically exploited cell population, are used to treat a myriad of hematopoietic malignancies and disorders.  However, many patients that might benefit from HSC therapy lack access to suitable donors.  ESC could provide an alternative source of HSC for these patients.  The following protocol establishes a baseline from which ESC-HSC can be studied and inform efforts to isolate HSC from human ESC.  In this protocol, ESC are differentiated as embryoid bodies (EBs) for 6 days in commercially available serum pre-screened for optimal hematopoietic differentiation.  EBs are then dissociated and infected with retroviral HoxB4.  Infected EB-derived cells are plated on OP9 stroma, a bone marrow stromal cell line derived from the calvaria of  M-CSF-/- mice, and co-cultured in the presence of hematopoiesis promoting cytokines for ten days.  During this co-culture, the infected cells expand greatly, resulting in the generation a heterogeneous pool of 100s of millions of cells.  These cells can then be used to rescue and reconstitute lethally irradiated mice.

This protocol details the derivation of transplantable hematopoietic stem cells from mouse embryonic stem cells (ESC) and their subsequent injection into lethally irradiated recipient mice. Briefly, ESC are differentiated as embryoid bodies, which are then infected with retroviral HoxB4 and co-cultured with OP9 stromal cells and hematopoietic cytokines.

Ableitung von hämatopoetischen Stammzellen aus embryonalen Stammzellen der Maus

A stem cell is defined as a cell with the capacity to both self-renew and generate multiple differentiated progeny.  Embryonic stem cells (ESC) are ...

Forschung

Biologie

In vitro Differentiation of Mouse Embryonic Stem (mES) Cells Using the Hanging Drop Method

Stem cells have the remarkable potential to develop into many different cell types. When a stem cell divides, each new cell has the potential to either remain a stem cell or become another type of cell with a more specialized function, This promising of science is leading scientists to investigate the possibility of cell-based therapies to treat disease.

When culture in suspension without antidifferentiation factors, embryonic stem cells spontaneously differentiate and form three-dimensional multicellular aggregates. These cell aggregates are called embryoid bodies(EB). Hanging drop culture is a widely used EB formation induction method. The rounded bottom of hanging drop allows the aggregation of ES cells which can provide mES cells a good environment for forming EBs. The number of ES cells aggregatied in a hanging drop can be controlled by varying the number of cells in the initial cell suspension to be hung as a drop from the lid of Petri dish. Using this method we can reproducibly form homogeneous EBs from a predetermined number of ES cells. 

In vitro Differentiation of Mouse Embryonic Stem mES Cells Using the Hanging Drop Method

This video demonstrates how to conduct in vitro differentiation of mouse embryonic stem cells to embryoid bodies using the hanging drop method.

In-vitro-Differenzierung von embryonalen Stammzellen der Maus (mES) Zellen unter Verwendung des Hanging-Drop-Methode

Stem cells have the remarkable potential to develop into many different cell types. When a stem cell divides, each new cell has the potential to either ...

Isolation and Derivation of Mouse Embryonic Germinal Cells

The ability of embryonic germinal cells (EG) to differentiate into primordial germinal cells (PGCs) and later into gametes during early developmental stages is a perfect model to address our hypothesis about cancer and infertility. This protocol shows how to isolate primordial germinal cells from developing gonads in 10.5-11.5 days post coitum (dpc) mouse embryos.  Developing gonadal ridges from mouse embryos (C57BL6J) were dissociated by mechanical disruption with collagenase, then plated in a mouse embryo fibroblast feeder layer (MEF-CF1) that was previously mitotically inactivated with mitomycin C in the presence of knockout media and supplemented with Leukemia Inhibitor Factor (LIF), basic Fibroblast Growth Factor (bFGF), and Stem Cell Factor (SCF).  Using these optimized methods for PCG identification, isolation, and establishment of culture conditions permits long term cultures of EG cells for more than 40 days.  The embryonic germinal cell lines showed embryonic phenotype and expression of common used markers of the pluripotent state.  Isolation and derivation of germinal cells in culture provide a tool to understand their development in vitro and offer the opportunity to monitor cumulative damage at genetic and epigenetic levels after exposure to oxidative stress.

The ability of embryonic germinal cells to differentiate into primordial germinal cells during early development stages is a perfect model to address our hypothesis about cancer and infertility. This protocol shows how to isolate primordial germinal cells from developing gonads in 10.5-11.5 days post coitum mouse embryos.

Isolation und Ableitung von embryonalen Maus-Keimzellen

The ability of embryonic germinal cells (EG) to differentiate into primordial germinal cells (PGCs) and later into gametes during early developmental ...

Differentiation of Embryonic Stem Cells into Oligodendrocyte Precursors

Oligodendrocytes are the myelinating cells of the central nervous system. For regenerative cell therapy in demyelinating diseases, there is significant interest in deriving a pure population of lineage-committed oligodendrocyte precursor cells (OPCs) for transplantation. OPCs are characterized by the activity of the transcription factor Olig2 and surface expression of a proteoglycan NG2. Using the GFP-Olig2 (G-Olig2) mouse embryonic stem cell (mESC) reporter line, we optimized conditions for the differentiation of mESCs into GFP+Olig2+NG2+ OPCs. In our protocol, we first describe the generation of embryoid bodies (EBs) from mESCs. Second, we describe treatment of mESC-derived EBs with small molecules: (1) retinoic acid (RA) and (2) a sonic hedgehog (Shh) agonist purmorphamine (Pur) under defined culture conditions to direct EB differentiation into the oligodendroglial lineage. By this approach, OPCs can be obtained with high efficiency (&gt;80%) in a time period of 30 days. Cells derived from mESCs in this protocol are phenotypically similar to OPCs derived from primary tissue culture. The mESC-derived OPCs do not show the spiking property described for a subpopulation of brain OPCs in situ. To study this electrophysiological property, we describe the generation of spiking mESC-derived OPCs by ectopically expressing NaV1.2 subunit. The spiking and nonspiking cells obtained from this protocol will help advance functional studies on the two subpopulations of OPCs.

We describe a small molecule-based protocol for differentiation of mouse embryonic stem cells into oligodendrocyte precursor cells (OPCs). This protocol generates Olig2+NG2+ OPCs with high efficiency by 30 days of differentiation. We also describe a method to generate "spiking" OPCs that can fire action potentials.

Differenzierung von embryonalen Stammzellen in Oligodendrozyten Precursors

Oligodendrocytes are the myelinating cells of the central nervous system. For regenerative cell therapy in demyelinating diseases, there is significant ...

Efficient Derivation of Human Cardiac Precursors and Cardiomyocytes from Pluripotent Human Embryonic Stem Cells with Small Molecule Induction

To date, the lack of a suitable human cardiac cell source has been the major setback in regenerating the human myocardium, either by cell-based transplantation or by cardiac tissue engineering1-3. Cardiomyocytes become terminally-differentiated soon after birth and lose their ability to proliferate. There is no evidence that stem/progenitor cells derived from other sources, such as the bone marrow or the cord blood, are able to give rise to the contractile heart muscle cells following transplantation into the heart1-3. The need to regenerate or repair the damaged heart muscle has not been met by adult stem cell therapy, either endogenous or via cell delivery1-3. The genetically stable human embryonic stem cells (hESCs) have unlimited expansion ability and unrestricted plasticity, proffering a pluripotent reservoir for in vitro derivation of large supplies of human somatic cells that are restricted to the lineage in need of repair and regeneration4,5. Due to the prevalence of cardiovascular disease worldwide and acute shortage of donor organs, there is intense interest in developing hESC-based therapies as an alternative approach. However, how to channel the wide differentiation potential of pluripotent hESCs efficiently and predictably to a desired phenotype has been a major challenge for both developmental study and clinical translation. Conventional approaches rely on multi-lineage inclination of pluripotent cells through spontaneous germ layer differentiation, resulting in inefficient and uncontrollable lineage-commitment that is often followed by phenotypic heterogeneity and instability, hence, a high risk of tumorigenicity6-8 (see a schematic in Fig. 1A). In addition, undefined foreign/animal biological supplements and/or feeders that have typically been used for the isolation, expansion, and differentiation of hESCs may make direct use of such cell-specialized grafts in patients problematic9-11. To overcome these obstacles, we have resolved the elements of a defined culture system necessary and sufficient for sustaining the epiblast pluripotence of hESCs, serving as a platform for de novo derivation of clinically-suitable hESCs and effectively directing such hESCs uniformly towards clinically-relevant lineages by small molecules12 (see a schematic in Fig. 1B). After screening a variety of small molecules and growth factors, we found that such defined conditions rendered nicotinamide (NAM) sufficient to induce the specification of cardiomesoderm direct from pluripotent hESCs that further progressed to cardioblasts that generated human beating cardiomyocytes with high efficiency (Fig. 2). We defined conditions for induction of cardioblasts direct from pluripotent hESCs without an intervening multi-lineage embryoid body stage, enabling well-controlled efficient derivation of a large supply of human cardiac cells across the spectrum of developmental stages for cell-based therapeutics.

We have established a protocol for induction of cardioblasts direct from pluripotent human embryonic stem cells maintained under defined conditions with small molecules, which enables derivation of a large supply of human cardiac progenitors and functional cardiomyocytes for cardiovascular repair.

Effiziente Ableitung von Human Cardiac Vorstufen und Kardiomyozyten aus pluripotenten humanen embryonalen Stammzellen mit Small Molecule Induction

To date, the lack of a suitable human cardiac cell source has been the major setback in regenerating the human myocardium, either by cell-based ...

Preparation of Mouse Embryonic Fibroblast Cells Suitable for Culturing Human Embryonic and Induced Pluripotent Stem Cells

In general, human embryonic stem cells (hESCs) and human induced pluripotent stem cells (hiPSCs)1 can be cultured under variable conditions. However, it is not easy to establish an effective system for culturing these cells. Since the culture conditions can influence gene expression that confers pluripotency in hESCs and hiPSCs, the optimization and standardization of the culture method is crucial.
The establishment of hESC lines was first described by using MEFs as feeder cells and fetal bovine serum (FBS)-containing culture medium2. Next, FBS was replaced with knockout serum replacement (KSR) and FGF2, which enhances proliferation of hESCs3. Finally, feeder-free culture systems enable culturing cells on Matrigel-coated plates in KSR-containing conditioned medium (medium conditioned by MEFs)4. Subsequently, hESCs culture conditions have moved towards feeder-free culture in chemically defined conditions5-7. Moreover, to avoid the potential contamination by pathogens and animal proteins culture methods using xeno-free components have been established8.
To obtain improved conditions mouse feeder cells have been replaced with human cell lines (e.g. fetal muscle and skin cells9, adult skin cells10, foreskin fibroblasts11-12, amniotic mesenchymal cells13). However, the efficiency of maintaining undifferentiated hESCs using human foreskin fibroblast-derived feeder layers is not as high as that from mouse feeder cells due to the lower level of secretion of Activin A14. Obviously, there is an evident difference in growth factor production by mouse and human feeder cells.
Analyses of the transcriptomes of mouse and human feeder cells revealed significant differences between supportive and non-supportive cells. Exogenous FGF2 is crucial for maintaining self-renewal of hESCs and hiPSCs, and has been identified as a key factor regulating the expression of Tgf&beta;1, Activin A and Gremlin (a BMP antagonist) in feeder cells. Activin A has been shown to induce the expression of OCT4, SOX2, and NANOG in hESCs15-16.
For long-term culture, hESCs and hiPSCs can be grown on mitotically inactivated MEFs or under feeder-free conditions in MEF-CM (MEF-Conditioned Medium) on Matrigel-coated plates to maintain their undifferentiated state. Success of both culture conditions fully depends on the quality of the feeder cells, since they directly affect the growth of hESCs.
Here, we present an optimized method for the isolation and culture of mouse embryonic fibroblasts (MEFs), preparation of conditioned medium (CM) and enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) to assess the levels of Activin A within the media.

The quality of mouse embryonic fibroblasts (MEFs) is dictated by the right strain of mouse such as CF-1. Pluripotency-supportive MEFs and conditioned media (CM) obtained from these should contain optimal concentrations of Activin A, Gremlin and Tgf&beta;1 needed for the Activin/Nodal and FGF pathways to co-operatively maintain self-renewal and pluripotency.

Vorbereitung von embryonalen Maus-Fibroblasten-Zellen zum Kultivieren von humanen embryonalen und induzierten pluripotenten Stammzellen

In general, human embryonic stem cells (hESCs) and human induced pluripotent stem cells (hiPSCs)1 can be cultured under variable conditions. However, it ...

Generation of Mice Derived from Induced Pluripotent Stem Cells

The production of induced pluripotent stem cells (iPSCs) from somatic cells provides a means to create valuable tools for basic research and may also produce a source of patient-matched cells for regenerative therapies. iPSCs may be generated using multiple protocols and derived from multiple cell sources. Once generated, iPSCs are tested using a variety of assays including immunostaining for pluripotency markers, generation of three germ layers in embryoid bodies and teratomas, comparisons of gene expression with embryonic stem cells (ESCs) and production of chimeric mice with or without germline contribution2. Importantly, iPSC lines that pass these tests still vary in their capacity to produce different differentiated cell types2. This has made it difficult to establish which iPSC derivation protocols, donor cell sources or selection methods are most useful for different applications.
The most stringent test of whether a stem cell line has sufficient developmental potential to generate all tissues required for survival of an organism (termed full pluripotency) is tetraploid embryo complementation (TEC)3-5. Technically, TEC involves electrofusion of two-cell embryos to generate tetraploid (4n) one-cell embryos that can be cultured in vitro to the blastocyst stage6. Diploid (2n) pluripotent stem cells (e.g. ESCs or iPSCs) are then injected into the blastocoel cavity of the tetraploid blastocyst and transferred to a recipient female for gestation (see Figure 1). The tetraploid component of the complemented embryo contributes almost exclusively to the extraembryonic tissues (placenta, yolk sac), whereas the diploid cells constitute the embryo proper, resulting in a fetus derived entirely from the injected stem cell line.
Recently, we reported the derivation of iPSC lines that reproducibly generate adult mice via TEC1. These iPSC lines give rise to viable pups with efficiencies of 5-13%, which is comparable to ESCs3,4,7 and higher than that reported for most other iPSC lines8-12. These reports show that direct reprogramming can produce fully pluripotent iPSCs that match ESCs in their developmental potential and efficiency of generating pups in TEC tests. At present, it is not clear what distinguishes between fully pluripotent iPSCs and less potent lines13-15. Nor is it clear which reprogramming methods will produce these lines with the highest efficiency. Here we describe one method that produces fully pluripotent iPSCs and "all- iPSC" mice, which may be helpful for investigators wishing to compare the pluripotency of iPSC lines or establish the equivalence of different reprogramming methods.

Generating induced pluripotent stem cell (iPSC) lines produces lines of differing developmental potential even when they pass standard tests for pluripotency. Here we describe a protocol to produce mice derived entirely from iPSCs, which defines the iPSC lines as possessing full pluripotency1.

Generation der Mäuse aus induzierten pluripotenten Stammzellen

The production of induced pluripotent stem cells (iPSCs) from somatic cells provides a means to create valuable tools for basic research and may also ...

Rapid and Efficient Generation of Neurons from Human Pluripotent Stem Cells in a Multititre Plate Format

Existing protocols for the generation of neurons from human pluripotent stem cells (hPSCs) are often tedious in that they are multistep procedures involving the isolation and expansion of neural precursor cells, prior to terminal differentiation. In comparison to these time-consuming approaches, we have recently found that combined inhibition of three signaling pathways, TGF&beta;/SMAD2, BMP/SMAD1, and FGF/ERK, promotes rapid induction of neuroectoderm from hPSCs, followed by immediate differentiation into functional neurons. Here, we have adapted our procedure to a novel multititre plate format, to further enhance its reproducibility and to make it compatible with mid-throughput applications. It comprises four days of neuroectoderm formation in floating spheres (embryoid bodies), followed by a further four days of differentiation into neurons under adherent conditions. Most cells obtained with this protocol appear to be bipolar sensory neurons. Moreover, the procedure is highly efficient, does not require particular expert skills, and is based on a simple chemically defined medium with cost-efficient small molecules. Due to these features, the procedure may serve as a useful platform for further functional investigation as well as for cell-based screening approaches requiring human sensory neurons or neurons of any type.

Protocols for neuronal differentiation of pluripotent human stem cells (hPSCs) are often time-consuming and require substantial cell culture skills. Here, we have adapted a small molecule-based differentiation procedure to a multititre plate format, allowing simple, rapid, and efficient generation of human neurons in a controlled manner.

Schnelle und effiziente Erzeugung von Neuronen aus menschlichen pluripotenten Stammzellen in einem Multititre Platte Format

Existing protocols for the generation of neurons from human pluripotent stem cells (hPSCs) are often tedious in that they are  multistep procedures ...

Differentiation of Newborn Mouse Skin Derived Stem Cells into Germ-like Cells In vitro

Studying germ cell formation and differentiation has traditionally been very difficult due to low cell numbers and their location deep within developing embryos. The availability of a "closed" in vitro based system could prove invaluable for our understanding of gametogenesis. The formation of oocyte-like cells (OLCs) from somatic stem cells, isolated from newborn mouse skin, has been demonstrated and can be visualized in this video protocol. The resulting OLCs express various markers consistent with oocytes such as Oct4 , Vasa , Bmp15, and Scp3. However, they remain unable to undergo maturation or fertilization due to a failure to complete meiosis. This protocol will provide a system that is useful for studying the early stage formation and differentiation of germ cells into more mature gametes. During early differentiation the number of cells expressing Oct4 (potential germ-like cells) reaches ~5%, however currently the formation of OLCs remains relatively inefficient. The protocol is relatively straight forward though special care should be taken to ensure the starting cell population is healthy and at an early passage.

Differentiation of Newborn Mouse Skin Derived Stem Cells into Germ-like Cells In vitro

In recent years the formation of germ cells using in vitro culture methods has been demonstrated using several different types of somatic stem cells. This article will visually present the differentiation of newborn mouse derived stem cells to early oocyte-like cells.

Differenzierung von Newborn Mäusehaut Derived Stem Cells in Germ-like Cells<em&gt; In-vitro-</em

Studying  germ cell formation and differentiation has traditionally been very difficult  due to low cell numbers and their location deep within developing ...

Retroviral Infection of Murine Embryonic Stem Cell Derived Embryoid Body Cells for Analysis of Hematopoietic Differentiation

Embryonic stem cells (ESCs) are an outstanding model for elucidating the molecular mechanisms of cellular differentiation. They are especially useful for investigating the development of early hematopoietic progenitor cells (HPCs). Gene expression in ESCs can be manipulated by several techniques that allow the role for individual molecules in development to be determined. One difficulty is that expression of specific genes often has different phenotypic effects dependent on their temporal expression. This problem can be circumvented by the generation of ESCs that inducibly express a gene of interest using technology such as the doxycycline-inducible transgene system. However, generation of these inducible cell lines is costly and time consuming. Described here is a method for disaggregating ESC-derived embryoid bodies (EBs) into single cell suspensions, retrovirally infecting the cell suspensions, and then reforming the EBs by hanging drop. Downstream differentiation is then evaluated by flow cytometry. Using this protocol, it was demonstrated that exogenous expression of a microRNA gene at the beginning of ESC differentiation blocks HPC generation. However, when expressed in EB derived cells after nascent mesoderm is produced, the microRNA gene enhances hematopoietic differentiation. This method is useful for investigating the role of genes after specific germ layer tissue is derived.

Manipulating temporal gene expression in differentiating embryonic stem cells (ESCs) can be achieved using inducible gene systems. However, generation of these cell lines is costly and time consuming. This protocol achieves rapid expression of a transgene in differentiating ES-derived cells and subsequent analysis of downstream hematopoietic differentiation.

Retrovirale Infektion von murinen embryonalen Stammzellen abgeleitete Embryoidkörper Zellen für die Analyse von hämatopoetischen Differenzierung

Embryonic stem cells (ESCs) are an outstanding model for elucidating the molecular mechanisms of cellular differentiation. They are especially useful for ...