Diese Arbeit wurde von der Max-Planck-Gesellschaft finanziert.

Ein. Vorbereitung der Matrigel-beschichteten Platten und Medien <ol><li> Herstellung von Matrigel-beschichteten Platten Matrigel wurde gefunden, ein bevorzugtes Substrat für die Befestigung von differenzierenden EBs sein und fördert auch die effiziente Auswachsen von Neuronen aus diesen 10. <ol><li> Thaw 10 ml Matrigel über Nacht auf Eis. </li><li> Am nächsten Tag, verdünnen das geleeartige Matrigel mit zwei Volumina eiskaltem DMEM/F-12 und bereiten Aliquots von 1 ml in vorgekühlte 15 ml konischen Röhrchen, die bei -20 ° C werden </li><li> Entscheiden Sie auf einem Teller-Format für die neuronale Differenzierung. Zum Beispiel, als Ausgangspunkt, empfehlen wir eine erste Runde der Differenzierung in einer 12-Well-Format durchzuführen. Pre-cool vier 12-Well-Platten bei 4 ° C. Lösen Sie ein Aliquot der gefrorenen Matrigel durch Zugabe von 9 ml vorgekühlte DMEM/F-12 durch Auf-und Abpipettieren, bis alle vorverdünnte Matrigel wurde aufgetaut und gelöst, gefolgt. </li><li> Dann, Übertragen Sie den Inhalt in ein neues 50-ml-Tube mit 15 ml DMEM/F-12 auf Eis (final Matrigel Verdünnung: 1:75). Dann fügen Sie 0,5 ml verdünntem Matrigel in jede Vertiefung der vorgekühlten 12-Well-Platten. Wickeln Platten mit Parafilm und stehen lassen über Nacht bei RT. </li><li> Am nächsten Tag übertragen Platten auf 4 ° C. Beschichteten Platten können für mehrere Wochen vor der Verwendung gelagert werden. </li></ol></li><li> Medien </li></ol> EB Bildung Medium (~ 15 ml benötigt, um die Differenzierung in einem 96-Well-Platte durchzuführen - siehe Tabelle 1 und Schema in Abbildung 2): DMEM/F-12 mit 0,4% (PVA) 1x N2 1x B27 0,05% BSA 20 ng / ml FGF2 10 uM Y-27632 1x PenStrepGln Differenzierungsmedium (~ 30 ml benötigt, um die Differenzierung in einer 96-Well-Platte durchzuführen, gefolgt von Neuron-Bildung in einem Matrigel-beschichteten 12-Well-Platte, siehe Tabelle 1): DMEM/F-12 1x N2 <br/&gt; 1x B27 0,05% BSA 0,5 uM PD0325901 15 uM SB431542 0,5 uM Dorsomorphin 1x PenStrepGln 2. Erzwungene EB Formation <ol><li> Wachsen hPSCs unter Ihrem bevorzugten Feeder-freien Bedingungen. Wir verwenden MEF-konditioniertes Medium auf Matrigel-beschichteten 6-Loch-Platten 15. Allerdings sollten andere Kultur Systemen wie selbstgemacht oder kommerziell definierten Medien auch funktionieren. Zum Zeitpunkt des Startens eines Differenzierung Experiment sollte hPSCs sein subkonfluente und aktiv wachsen. </li><li> Mechanisch entfernen spontan differenziert Kolonien mit einer sterilen Kunststoff-Pipettenspitze unter einem Stereomikroskop. </li><li> Waschen verbleibenden undifferenzierte Kolonien mit PBS, und verdauen, um einzelne Zellen mit Accutase mit 1X Y-27632. Pellet einzelnen Zellen durch Zentrifugation bei 200 × g für 2 Minuten, in einem kleinen Volumen von EB Bildung Medium und bestimmen Zelltiter unter Verwendung eines Hämozytometers resuspendieren. </li><li> Fügen Sie ein Aliquot von Zellendie restlichen EB Bildung Medium in einem Titer zwischen 40.000 und 80.000 Zellen pro ml führen. </li><li> Mit einer Mehrkanalpipette, dann 100 ul pro Well einer 96V-Bodenplatte, was 4.000 bis 8.000 Zellen pro Vertiefung. Spin 96-Well-Platte in einem Swing-out Platte Zentrifuge bei 400 xg für 1 min zu sammeln Zellen am Boden der Wells und Transfer zum Zellkulturbrutschrank. EBs über Nacht bilden, wie in Abbildung 1 dargestellt. </li></ol> 3. Neuroektoderms Induction <ol><li> Am nächsten Tag (Tag 0), sammeln EBs aus 96V Platte unter einem Stereomikroskop und Transfer in einem kleinen Volumen in einen 3,5 cm bakterielle Schale mit 2 ml Differenzierungsmedium. Vorsichtig geschwenkt, das Gericht für einige Sekunden, um die EBs waschen. </li><li> Fügen Sie 100 ul der Differenzierung Medium pro Vertiefung einer ultra-low-Anlage U-96-Well-Platte. Unter einem Stereomikroskop, Transfer EBs in kleinen Mengen aus dem Abspülen in die 96U-Brunnen (ein EB pro wirll). Ort 96U Platte in Zellkulturbrutschrank für 4 Tage Neuroektoderms Bildung zu ermöglichen. </li></ol> 4. Neuron Formation <ol><li> Am Tag 4, bereiten ein Abspülen wie in Schritt 3,1 und zusätzlich ersetzen DMEM/F-12 in einer vorgewärmten Matrigel-beschichteten 12-Well-Platte durch Differenzierung Medium (1 ml pro Vertiefung). </li><li> Plating von EBs <ol><li> Collect EBs aus 96U Platte, wäscht diesen wie oben, und sorgfältig Saatgut sie nacheinander in die Vertiefungen der Matrigel-beschichteten 12-Well-Platte (ungefähr 8 EBs pro Well): EBs gleichermaßen sollte innerhalb der Vertiefungen zu verteilen, damit ungestörte Auswuchs ermöglichen Neuronen in den nächsten Tagen (siehe &quot;Tag 5&quot; in Abbildung 2). </li><li> Vor der Übertragung der 12-Well-Platte wieder in den Inkubator, ermöglichen EBs lose ca. 10 min bei RT befestigen. Dann transferieren Sie 12-Well-Platte auf Zellkulturbrutschrank. Neuronen wachsen aus dem plattierten EBs in radialer Weise innerhalb der nächsten 4 Tage, wie shown in Abbildung 2 (&quot;Tag 8&quot; Bild rechts). </li></ol></li></ol> 5. Neuron Formation als Monoschichten <ol><li> Als Alternative zu den Schritten des Punktes 4), am Tag 4 der Prozedur, sammeln EBs in eine 3,5 cm bakteriellen Schale, enthaltend 2 ml Differenzierungsmedium, dann übertragen EBs in einem kleinen Volumen zu einem PBS-enthaltenden Schale und dann in andere Schale mit Accutase. </li><li> Lassen verdauen, um einzelne Zellen, Zentrifuge bei 200 × g für 2 Minuten, in einem kleinen Volumen von Differenzierungsmedium resuspendiert und bestimmen Zelltiter unter Verwendung eines Hämozytometers. Passen Titer zu 1-2x10 6 Zellen pro ml unter Verwendung Differenzierungsmedium (ohne Y-27632). </li><li> Platte Zellen in vorgewärmten Matrigel-beschichteten 12-Well-Platte (1 ml pro Vertiefung), und Transfer zum Zellkulturbrutschrank. Neuron Formation als Monolayer wurde zwischen Tag 7 bis 8 (3C) beobachtet. Es sollte jedoch angemerkt werden, dass diese Variante der Monoschichtdas Verfahren wird nicht vollständig mit Bezug auf das Überleben von Zellen und am meisten geeigneten Substrat optimiert. </li></ol>

<ol>
	<li>Thomson, J. A., et al. <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+lines+derived+from+human+blastocysts.">Embryonic stem cell lines derived from human blastocysts.</a> Science. 282, 1145-1147 (1998).</li><li>Takahashi, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Induction+of+pluripotent+stem+cells+from+adult+human+fibroblasts+by+defined+factors.">Induction of pluripotent stem cells from adult human fibroblasts by defined factors.</a> Cell. 131, 861-872 (2007).</li><li>Koch, P., Opitz, T., Steinbeck, J. A., Ladewig, J., Brustle, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+rosette-type,+self-renewing+human+ES+cell-derived+neural+stem+cell+with+potential+for+in+vitro+instruction+and+synaptic+integration.">A rosette-type, self-renewing human ES cell-derived neural stem cell with potential for in vitro instruction and synaptic integration.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 106, 3225-3230 (2009).</li><li>Chambers, S. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Highly+efficient+neural+conversion+of+human+ES+and+iPS+cells+by+dual+inhibition+of+SMAD+signaling.">Highly efficient neural conversion of human ES and iPS cells by dual inhibition of SMAD signaling.</a> Nat. Biotechnol. 27, 275-280 (2009).</li><li>Lee, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Isolation+and+directed+differentiation+of+neural+crest+stem+cells+derived+from+human+embryonic+stem+cells.">Isolation and directed differentiation of neural crest stem cells derived from human embryonic stem cells.</a> Nat. Biotechnol. 25, 1468-1475 (2007).</li><li>Li, X. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Specification+of+motoneurons+from+human+embryonic+stem+cells.">Specification of motoneurons from human embryonic stem cells.</a> Nat. Biotechnol. 23, 215-221 (2005).</li><li>Pera, M. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regulation+of+human+embryonic+stem+cell+differentiation+by+BMP-2+and+its+antagonist+noggin.">Regulation of human embryonic stem cell differentiation by BMP-2 and its antagonist noggin.</a> J. Cell Sci. 117, 1269-1280 (2004).</li><li>Smith, J. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inhibition+of+Activin/Nodal+signaling+promotes+specification+of+human+embryonic+stem+cells+into+neuroectoderm.">Inhibition of Activin/Nodal signaling promotes specification of human embryonic stem cells into neuroectoderm.</a> Dev. Biol. 313, 107-117 (2008).</li><li>Greber, B., Lehrach, H., Adjaye, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Control+of+early+fate+decisions+in+human+ES+cells+by+distinct+states+of+TGFbeta+pathway+activity.">Control of early fate decisions in human ES cells by distinct states of TGFbeta pathway activity.</a> Stem Cells Dev. 17, 1065-1077 (2008).</li><li>Greber, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=FGF+signalling+inhibits+neural+induction+in+human+embryonic+stem+cells.">FGF signalling inhibits neural induction in human embryonic stem cells.</a> EMBO J. 30, 4874-4884 (2011).</li><li>Anderson, S. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Familial+dysautonomia+is+caused+by+mutations+of+the+IKAP+gene.">Familial dysautonomia is caused by mutations of the IKAP gene.</a> Am. J. Hum. Genet. 68, 753-758 (2001).</li><li>Lee, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modelling+pathogenesis+and+treatment+of+familial+dysautonomia+using+patient-specific+iPSCs.">Modelling pathogenesis and treatment of familial dysautonomia using patient-specific iPSCs.</a> Nature. 461, 402-406 (2009).</li><li>Burridge, P. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improved+human+embryonic+stem+cell+embryoid+body+homogeneity+and+cardiomyocyte+differentiation+from+a+novel+V-96+plate+aggregation+system+highlights+interline+variability.">Improved human embryonic stem cell embryoid body homogeneity and cardiomyocyte differentiation from a novel V-96 plate aggregation system highlights interline variability.</a> Stem Cells. 25, 929-938 (2007).</li><li>Watanabe, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+ROCK+inhibitor+permits+survival+of+dissociated+human+embryonic+stem+cells.">A ROCK inhibitor permits survival of dissociated human embryonic stem cells.</a> Nat. Biotechnol. 25, 681-686 (2007).</li><li>Xu, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Feeder-free+growth+of+undifferentiated+human+embryonic+stem+cells.">Feeder-free growth of undifferentiated human embryonic stem cells.</a> Nat. Biotechnol. 19, 971-974 (2001).</li><li>Burridge, P. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+universal+system+for+highly+efficient+cardiac+differentiation+of+human+induced+pluripotent+stem+cells+that+eliminates+interline+variability.">A universal system for highly efficient cardiac differentiation of human induced pluripotent stem cells that eliminates interline variability.</a> PLoS One. 6, e18293 (2011).</li></ol>

Keine Interessenskonflikte erklärt.

Die meisten Differenzierungsprotokolle mit EB-Bildung aus hPSCs, einschließlich unserer bereits veröffentlichten Verfahren 10, auf manuelle oder Enzym-gestützte Ernte hESCs als Aggregate, was unweigerlich zu Heterogenität in EB Größen basieren. Diese Tatsache führt zu Schwankungen in der Differenzierung Effizienz mit einigen Zelllinien, wodurch systematische Untersuchungen schwierig, insbesondere bei einem mittleren Durchsatz Maßstab. Darüber hinaus ist die manuelle Dissektion arbeitsintensive die se...

hPSCs, bestehend aus Embryonen gewonnenen humanen embryonalen Stammzellen (hES) und induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPSCs) sind pluripotent Bedeutung, dass sie sich zu verschiedenen Zelllinien in vitro 1-2 geben. Zahlreiche differenzierte Zelltypen wurden aus hES-Zellen bisher abgeleitet, unterstützen die Vorstellung, dass diese Zellen wertvolle Werkzeuge für die wissenschaftliche Forschung und zellbasierte Screening-Ansätze zu präsentieren und versprechen für zellbasierte Therapeutika. Protokolle für neuronale Differenzierung hESCs sind üblicherweise kompliziert und zeitaufwendig, da sie oft beim ersten induzierenden gesamten Neuronalen Schicksal, durch manuelle Trennung von neuralen Vorläuferzellen und anschließender terminaler Differenzierung zu einem gegebenen Neuron interessierenden Art 3-6 gefolgt basieren. In mancher Hinsicht ist diese Komplexität nicht überraschend und unvermeidlich, daß solche state-of-the-art gerichteten Differenzierung Protokolle schrittweise neigen zu imitieren frühen menschlichen Entwicklung, seit M.h ist in sich außerordentlich komplex. Auf der anderen Seite, kann es zum Teil auch Ausdruck unserer mangelnden Verständnis der zugrunde liegenden molekularen Prozesse, die sich in der Differenzierung Protokolle, die noch weit davon entfernt, vollständig optimiert. Im Hinblick auf die Umwandlung von undifferenzierten hPSCs in Neuroektoderms, Pera et al. festgestellt, dass Unterdrückung von BMP / SMAD1/5/8 Signalisierung neuralen Induktion von hESCs 7 erhöht. Darüber hinaus hat die Inaktivierung von SMAD2 / 3 Signalisierung gezeigt, Neuroektoderms Formation 8 fördern. Dementsprechend neigt kombiniert Inaktivierung dieser beiden Signalwege zu einer effizienteren neuronalen Induktion hPSCs 4,9 führen. Vor kurzem haben wir gezeigt, dass ein Drittel Signalweg, FGF / ERK als starker Repressor der frühesten Schritte neuroektodermalen Engagement in hESCs dient. Umgekehrt führen gleichzeitiger Unterdrückung von all diesen drei Wegen in der Nähe homogene Umwandlung von hES-Zellen in Neuroektoderms mitin nur vier Tagen 10. Anschließend wurde hocheffiziente terminalen Differenzierung in funktionale Nervenzellen innerhalb von acht Tagen beobachtet. Die Neuronen erhalten wurden wahrscheinlich sensorischen Neuronen des peripheren Nervensystems, die zum Teil erklären könnte ihre rasche Ableitung 10 sein. Defekte in sensorischen Neuronen Wartung eine Ursache bestimmter menschlicher Erkrankungen wie familiäre dysautonomia 11 betrachtet. Zur Modellierung solcher Krankheiten auf hiPSC Technologie 12 basiert, für weitere funktionelle Charakterisierung sowie zur aufgebracht Zwecke nicht erforderlich ist, eine bestimmte Art von Neuronen, kann diese Differenzierung Verfahren stellen eine brauchbare Basis. Allerdings führte die Differenzierungsstrategie ursprünglich beteiligt Bildung von embryonalen Körper (EBs) von Klumpen von HES Kolonien 10 eingesetzt, und diese in einem ganz Grad der Heterogenität bezüglich EB Größen und schien auch Neuron Bildung Effizienz in irgendeiner ce kompromittierenll Linien. Darüber hinaus aufgrund der Heterogenität in EB Größen erschien die Fähigkeit, systematisch zu testen Auswirkungen von zusätzlichen Wachstumsfaktoren oder kleine Moleküle während und nach Bildung Neuron etwas verwechselt werden. In diesem Bericht haben wir unsere bisherigen Verfahren zu einem mittleren Durchsatz-kompatibel, gezwungen, Aggregation-basierte Technik, um EBs in einem sehr size-kontrollierte Weise erzeugen, wie auch in anderen Zusammenhängen 13 dargestellt. Anschließend wird die EBs in V-förmige Vertiefungen von 96-Well-Platten wurden mit U-förmigen ultra-low attachment 96-Well-Platten transferiert erzeugt, um Neuroektoderms Formation in Suspension einzuleiten. Vier Tage später konnte die EBs aus was zu ausdifferenzierten Neuronen bei hohem Wirkungsgrad und Homogenität beschichtet werden. Alternativ wurden Tag-4 EBs in einzelne Zellen dissoziiert und als solche, die Folge niedriger Dichte Monoschichten der menschlichen Neuronen überzogen. Coherent Ergebnisse wurden bisher mit zwei unabhängig de erhaltenrived hES-Zelllinien, HuES6 und NCl3. Als Voraussetzung war erfolgreich EB Bildung strikt abhängig von der Verwendung eines synthetischen Polymer, Polyvinylalkohol (PVA), zusammen mit ROCK Inhibitor Y-27632 bekannten HES Überleben 13-14 fördern. Als ein Ergebnis gebildet Homogenität der EBs in 96-V-Platten wurde im wesentlichen gegenüber Bildung von EBs als Masse Kulturen auf zufällige Spaltung Techniken verbessert. Dieses System stellt somit eine deutlich verbesserte Plattform für Neuroektoderms Formation in Suspensionskultur, die von hoch kontrollierten Neuron Formation unter adhärenten Bedingungen.

<table border="1"><tbody><tr><td> Name des Reagenzes </td><td> Firma </td><td> Katalog-Nummer </td><td> Kommentare </td></tr><tr><td> Matrigel HC </td><td> Becton Dickinson </td><td> 354263 </td><td> Siehe Text für Details über den Umgang mit </td></tr><tr><td> DMEM/F-12 </td><td> Life Technologies </td><td> 21331-020 </td><td></td></tr><tr><td> Poly (vinylalkohol) </td><td> Sigma </td><td> 363170 </td><td> Man löst in 0,4% in DMEM/F-12 Verwendung einer Ultraschall Wasserbad / Überhitzung / können bei 4 ° C aufbewahrt werden für mehrere Wochen </td></tr><tr><td> N2 Supplement </td><td> Life Technologies </td><td> 17502-048 </td><td> 100X, wie gefrorenen Aliquots speichern </td></tr><tr><td> B27 Supplement </td><td> Life Technologies </td><td> 12587-010 </td><td> 50X, speichern als gefrorene Aliquots </td></tr><tr><td> Rinderserumalbumin </td><td> Sigma </td><td> A1595 </td><td> 10% = 500X, speichern als gefrorene Aliquots </td></tr><tr><td> L-Glutamin mit Penicillin / Streptomycin </td><td> PAA </td><td> P11-013 </td><td> Oder gleichwertig </td></tr><tr><td> FGF2 </td><td> Peprotech </td><td> 100-18B </td><td> Lösen sich bei 10 ug / ml in 0,1% BSA / PBS = 1000X, speichern als gefrorene Aliquots </td></tr><tr><td> ROCK-Inhibitor Y-27632 </td><td> abcamBiochemicals </td><td> Asc-129 </td><td> Lösen sich bei 10 mM in DMSO = 1000X, speichern als gefrorene Aliquots </td></tr><tr><td> PBS </td><td> PAA </td><td> H15-002 </td><td> Oder gleichwertig </td></tr><tr><td> Accutase </td><td> PAA </td><td> L11-007 </td><td></td></tr><tr><td> 96-well V-Bodenplatten </td><td> Nunc </td><td> 277143 </td><td></td></tr><tr><td> PD0325901 </td><td> Axon Medchem </td><td> Axon 1408 </td><td> Lösen bei 0,5 mM in DMSO = 1000X, speichern als gefrorene Aliquots </td></tr><tr><td> SB431542 </td><td> abcamBiochemicals </td><td> Asc-163 </td><td> lösen sich bei 15 mM in DMSO = 1000X, speichern als gefrorene Aliquots </td></tr><tr><td> Dorsomorphin </td><td> Santa Cruz </td><td> sc-200.689 </td><td> lösen sich bei 0,5 mM in DMSO = 1000X, speichern als gefrorene Aliquots </td></tr><tr><td> 96-well U-Boden ultra-low Befestigungsplatten </td><td> Corning </td><td> 7007 </td><td></td></tr><tr><td> beta-III Tubulin Antikörper (Maus) </td><td> Sigma </td><td> T8660 </td><td> Einsatz bei 1:1000 </td></tr><tr><td> beta-III Tubulin Antikörper (Kaninchen) </td><td> Covance </td><td> PRB-435P </td><td> Einsatz bei 1:2000 </td></tr><tr><td> BRN3A (POU4F1) Antikörper </td><td> Santa Cruz </td><td> sc-8429 </td><td> Einsatz bei 1:500 </td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> Tabelle 1. &lt;/ Strong&gt; Spezifische Reagenzien und Geräte. </td></tr></tbody></table>

rapid and efficient generation of neurons from human pluripotent stem cells in a multititre plate format

Bestehenden Protokollen zur Erzeugung von Neuronen aus menschlichen pluripotenten Stammzellen (hPSCs) sind oft langwierig, da sie mehrstufige Verfahren, die die Isolierung und Expansion von neuralen Vorläuferzellen, vor terminalen Differenzierung. Im Vergleich zu diesen zeitraubenden Ansätze haben wir kürzlich festgestellt, dass kombinierte Hemmung von drei Signalwege, TGFβ/SMAD2, BMP/SMAD1 und FGF / ERK, rasche Induktion Neuroektoderms fördert aus hPSCs, durch sofortige Differenzierung in funktionelle Neuronen gefolgt. Hier haben wir unser Verfahren eine neuartige multititre Plattenformat angepasst, den weiteren Ausbau ihrer Reproduzierbarkeit und kompatibel zu machen mit mittel-Throughput-Anwendungen. Es umfasst vier Tagen Neuroektoderms Formation in schwimmenden Kugeln (Embryoid Bodies), um weitere vier Tagen Differenzierung zu Neuronen unter adhärenten Bedingungen. Die meisten Zellen mit diesem Protokoll erhalten scheinen bipolaren sensorischen Neuronen sein. Außerdemdas Verfahren ist sehr leistungsfähig, erfordert keine besondere fachlichen Fähigkeiten, und basiert auf einer einfachen chemisch definierten Medium mit kosteneffizienten niedermolekularen Wirkstoffen. Aufgrund dieser Eigenschaften kann das Verfahren als eine nützliche Plattform für die weitere funktionelle Untersuchungen sowie für zellbasierte Screening-Ansätze erfordern menschlichen sensorischen Neuronen oder Nervenzellen jeglicher Art dienen.

In unserem letzten Bericht im Einklang mit vielen anderen, konnte EBs aus hPSCs einfach durch Replattierung Aggregate auf Routine Aufspaltung hPSCs in Low-attachment Gerichte 10 erzeugt werden. Dies führt in der Regel eine breite Verteilung der resultierenden EB Größen (1C, oben). Ein weiteres Problem, das sich daraus ist, dass EBs in Suspension gehalten, um Aggregation neigen miteinander, was zu einem noch höheren Heterogenität EB Größen. Um diese Probleme zu umgehen, haben wir daher ...

Watch this Scientific Journal Video about Rapid and Efficient Generation of Neurons from Human Pluripotent Stem Cells in a Multititre Plate Format at JoVE.com

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

Protokolle für die neuronale Differenzierung von pluripotenten menschlichen Stammzellen (hPSCs) sind oft zeitaufwendig und erfordern erhebliche Zellkultur Fähigkeiten. Hier haben wir ein kleines Molekül-basierte Differenzierung Verfahren zu einem multititre Plattenformat angepasst, die eine einfache, schnelle und effiziente Erzeugung von menschlichen Nervenzellen in einer kontrollierten Art und Weise.

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 ...

rapid-efficient-generation-neurons-from-human-pluripotent-stem-cells

Research

JoVE Journal

Biology

43.5K Aufrufe.  Max Planck Institute for Molecular Biomedicine. Protokolle für die neuronale Differenzierung von pluripotenten menschlichen Stammzellen (hPSCs) sind oft zeitaufwendig und erfordern erhebliche Zellkultur Fähigkeiten. Hier haben wir ein kleines Molekül-basierte Differenzierung Verfahren zu einem multititre Plattenformat angepasst, die eine einfache, schnelle und effiziente Erzeugung von menschlichen Nervenzellen in einer kontrollierten Art und Weise.

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

Transfecting and Nucleofecting Human Induced Pluripotent Stem Cells

Genetic modification is continuing to be an essential tool in studying stem cell biology and in setting forth potential clinical applications of human embryonic stem cells (HESCs)1. While improvements in several gene delivery methods have been described2-9, transfection remains a capricious process for HESCs, and has not yet been reported in human induced pluripotent stem cells (iPSCs). In this video, we demonstrate how our lab routinely transfects and nucleofects human iPSCs using plasmid with an enhanced green fluorescence protein (eGFP) reporter. Human iPSCs are adapted and maintained as feeder-free cultures to eliminate the possibility of feeder cell transfection and to allow efficient selection of stable transgenic iPSC clones following transfection. For nucleofection, human iPSCs are pre-treated with ROCK inhibitor11, trypsinized into small clumps of cells, nucleofected and replated on feeders in feeder cell-conditioned medium to enhance cell recovery. Transgene-expressing human iPSCs can be obtained after 6 hours. Antibiotic selection is applied after 24 hours and stable transgenic lines appear within 1 week. Our protocol is robust and reproducible for human iPSC lines without altering pluripotency of these cells.

Despite recent advancements in genetic modification, transfection of human embryonic stem cells (HESCs) remains a capricious process. To our knowledge, systematic and efficient methods to transfect human induced pluripotent stem cells (iPSCs) have not been reported. Here, we describe robust protocols to efficiently transfect and nucleofect human iPSCs.

Transfektion und Nucleofecting menschlichen induzierten pluripotenten Stammzellen

Genetic modification is continuing to be an essential tool in studying stem cell biology and in setting forth potential clinical applications of human ...

Forschung

Biologie

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 ...

Reprogramming Human Somatic Cells into Induced Pluripotent Stem Cells (iPSCs) Using Retroviral Vector with GFP

Human embryonic stem cells (hESCs) are pluripotent and an invaluable cellular sources for in vitro disease modeling and regenerative medicine1. It has been previously shown that human somatic cells can be reprogrammed to pluripotency by ectopic expression of four transcription factors (Oct4, Sox2, Klf4 and Myc) and become induced pluripotent stem cells (iPSCs)2-4 . Like hESCs, human iPSCs are pluripotent and a potential source for autologous cells. Here we describe the protocol to reprogram human fibroblast cells with the four reprogramming factors cloned into GFP-containing retroviral backbone4. Using the following protocol, we generate human iPSCs in 3-4 weeks under human ESC culture condition. Human iPSC colonies closely resemble hESCs in morphology and display the loss of GFP fluorescence as a result of retroviral transgene silencing. iPSC colonies isolated mechanically under a fluorescence microscope behave in a similar fashion as hESCs. In these cells, we detect the expression of multiple pluripotency genes and surface markers.

Reprogramming Human Somatic Cells into Induced Pluripotent Stem Cells iPSCs Using Retroviral Vector with GFP

A method to generate human induced pluripotent stem cells (iPSCs) via retrovirus-mediated ectopic expression of OCT4, SOX2, KLF4 and MYC is described. A practical way to identify human iPSC colonies based on GFP expression is also discussed.

Reprogrammierung menschlichen Körperzellen in induzierte pluripotente Stammzellen (IPSCs) mit retroviralen Vektoren mit GFP

Human embryonic stem cells (hESCs) are pluripotent and an invaluable cellular sources for in vitro disease modeling and regenerative medicine1. It has ...

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 ...

Generation of Human Induced Pluripotent Stem Cells from Peripheral Blood Using the STEMCCA Lentiviral Vector

Through the ectopic expression of four transcription factors, Oct4, Klf4, Sox2 and cMyc, human somatic cells can be converted to a pluripotent state, generating so-called induced pluripotent stem cells (iPSCs)1-4. Patient-specific iPSCs lack the ethical concerns that surround embryonic stem cells (ESCs) and would bypass possible immune rejection. Thus, iPSCs have attracted considerable attention for disease modeling studies, the screening of pharmacological compounds, and regenerative therapies5.
We have shown the generation of transgene-free human iPSCs from patients with different lung diseases using a single excisable polycistronic lentiviral Stem Cell Cassette (STEMCCA) encoding the Yamanaka factors6. These iPSC lines were generated from skin fibroblasts, the most common cell type used for reprogramming. Normally, obtaining fibroblasts requires a skin punch biopsy followed by expansion of the cells in culture for a few passages. Importantly, a number of groups have reported the reprogramming of human peripheral blood cells into iPSCs7-9. In one study, a Tet inducible version of the STEMCCA vector was employed9, which required the blood cells to be simultaneously infected with a constitutively active lentivirus encoding the reverse tetracycline transactivator. In contrast to fibroblasts, peripheral blood cells can be collected via minimally invasive procedures, greatly reducing the discomfort and distress of the patient. A simple and effective protocol for reprogramming blood cells using a constitutive single excisable vector may accelerate the application of iPSC technology by making it accessible to a broader research community. Furthermore, reprogramming of peripheral blood cells allows for the generation of iPSCs from individuals in which skin biopsies should be avoided (i.e. aberrant scarring) or due to pre-existing disease conditions preventing access to punch biopsies.
Here we demonstrate a protocol for the generation of human iPSCs from peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) using a single floxed-excisable lentiviral vector constitutively expressing the 4 factors. Freshly collected or thawed PBMCs are expanded for 9 days as described10,11 in medium containing ascorbic acid, SCF, IGF-1, IL-3 and EPO before being transduced with the STEMCCA lentivirus. Cells are then plated onto MEFs and ESC-like colonies can be visualized two weeks after infection. Finally, selected clones are expanded and tested for the expression of the pluripotency markers SSEA-4, Tra-1-60 and Tra-1-81. This protocol is simple, robust and highly consistent, providing a reliable methodology for the generation of human iPSCs from readily accessible 4 ml of blood.

Here we show a simple and effective protocol for the generation of human iPSCs from 3-4 ml of peripheral blood using a single lentiviral reprogramming vector. Reprogramming of readily available blood cells promises to accelerate the utilization of iPSC technology by making it accessible to a broader research community.

Generation of Human induzierten pluripotenten Stammzellen aus dem peripheren Blut mit dem STEMCCA Lentivirusvektor

Through the ectopic expression of four transcription factors, Oct4, Klf4, Sox2 and cMyc, human somatic cells can be converted to a pluripotent state, ...

Generation of Human Cardiomyocytes: A Differentiation Protocol from Feeder-free Human Induced Pluripotent Stem Cells

In order to investigate the events driving heart development and to determine the molecular mechanisms leading to myocardial diseases in humans, it is essential first to generate functional human cardiomyocytes (CMs). The use of these cells in drug discovery and toxicology studies would also be highly beneficial, allowing new pharmacological molecules for the treatment of cardiac disorders to be validated pre-clinically on cells of human origin. Of the possible sources of CMs, induced pluripotent stem (iPS) cells are among the most promising, as they can be derived directly from readily accessible patient tissue and possess an intrinsic capacity to give rise to all cell types of the body 1. Several methods have been proposed for differentiating iPS cells into CMs, ranging from the classical embryoid bodies (EBs) aggregation approach to chemically defined protocols 2,3. In this article we propose an EBs-based protocol and show how this method can be employed to efficiently generate functional CM-like cells from feeder-free iPS cells.

Pluripotent stem cells, either embryonic or induced pluripotent stem (iPS) cells, constitute a valuable source of human differentiated cells, including cardiomyocytes. Here, we will focus on cardiac induction of iPS cells, showing how to use them to obtain functional human cardiomyocytes through an embryoid bodies-based protocol.

Generation of Human Cardiomyocytes: Eine Differenzierung Protokoll von Feeder-freien menschlichen induzierten pluripotenten Stammzellen

In order to investigate the events driving heart development and to determine the molecular mechanisms leading to myocardial diseases in humans, it is ...

Rapid and Efficient Zebrafish Genotyping Using PCR with High-resolution Melt Analysis

Zebrafish is a powerful vertebrate model system for studying development, modeling disease, and performing drug screening. Recently a variety of genetic tools have been introduced, including multiple strategies for inducing mutations and generating transgenic lines. However, large-scale screening is limited by traditional genotyping methods, which are time-consuming and labor-intensive. Here we describe a technique to analyze zebrafish genotypes by PCR combined with high-resolution melting analysis (HRMA).&#160;This approach is rapid, sensitive, and inexpensive, with lower risk of contamination artifacts.&#160;Genotyping by PCR with HRMA can be used for embryos or adult fish, including in high-throughput screening protocols.

PCR combined with high-resolution melt analysis (HRMA) is demonstrated as a rapid and efficient method to genotype zebrafish.

Schnelle und effiziente Verwendung von Zebrafisch-Genotypisierung PCR mit Hochauflösende Schmelzanalyse

Zebrafish is a powerful vertebrate model system for studying development, modeling disease, and performing drug screening. Recently a variety of genetic ...

Efficient Generation Human Induced Pluripotent Stem Cells from Human Somatic Cells with Sendai-virus

A few years ago, the establishment of human induced pluripotent stem cells (iPSCs) ushered in a new era in biomedicine. Potential uses of human iPSCs include modeling pathogenesis of human genetic diseases, autologous cell therapy after gene correction, and personalized drug screening by providing a source of patient-specific and symptom relevant cells. However, there are several hurdles to overcome, such as eliminating the remaining reprogramming factor transgene expression after human iPSCs production. More importantly, residual transgene expression in undifferentiated human iPSCs could hamper proper differentiations and misguide the interpretation of disease-relevant in vitro phenotypes. With this reason, integration-free and/or transgene-free human iPSCs have been developed using several methods, such as adenovirus, the piggyBac system, minicircle vector, episomal vectors, direct protein delivery and synthesized mRNA. However, efficiency of reprogramming using integration-free methods is quite low in most cases.
Here, we present a method to isolate human iPSCs by using Sendai-virus (RNA virus) based reprogramming system. This reprogramming method shows consistent results and high efficiency in cost-effective manner.

Here, we present our established method to reprogram human somatic cells into transgene-free human iPSCs with Sendai virus, which shows consistent outcome and enhanced efficiency.

Effiziente Erzeugung Menschen induzierten pluripotenten Stammzellen aus menschlichen Körperzellen mit Sendai-Virus

A few years ago, the establishment of human induced pluripotent stem cells (iPSCs) ushered in a new era in biomedicine. Potential uses of human iPSCs ...

Efficient Sporulation of Saccharomyces cerevisiae in a 96 Multiwell Format

During times of nutritional stress, Saccharomyces cerevisiae undergoes gametogenesis, known as sporulation. Diploid yeast cells that are starved for nitrogen and carbon will initiate the sporulation process. The process of sporulation includes meiosis followed by spore formation, where the haploid nuclei are packaged into environmentally resistant spores. We have developed methods for the efficient sporulation of budding yeast in 96 multiwell plates, to increase the throughput of screening yeast cells for sporulation phenotypes. These methods are compatible with screening with yeast containing plasmids requiring nutritional selection, when appropriate minimal media is used, or with screening yeast with genomic alterations, when a rich presporulation regimen is used. We find that for this method, aeration during sporulation is critical for spore formation, and have devised techniques to ensure sufficient aeration that are compatible with the 96 multiwell plate format. Although these methods do not achieve the typical ~80% level of sporulation that can be achieved in large-volume flask based experiments, these methods will reliably achieve about 50-60% level of sporulation in small-volume multiwell plates.

Efficient Sporulation of Saccharomyces cerevisiae in a 96 Multiwell Format

Here, sporulation of Saccharomyces cerevisiae is carried out in a 96 multiwell format.

Effiziente Sporulation von<em&gt; Saccharomyces cerevisiae</em&gt; In einer 96-Multiwell-Format

During times of nutritional stress, Saccharomyces cerevisiae undergoes gametogenesis, known as sporulation. Diploid yeast cells that are starved for ...

Efficient and Consistent Generation of Retinal Pigment Epithelium/Choroid Flatmounts from Human Eyes for Histological Analysis

The retinal pigment epithelium (RPE) and retina are functionally and structurally connected tissues that work together to regulate light perception and vision. Proteins on the RPE apical surface are tightly associated with proteins on the photoreceptor outer segment surface, making it difficult to consistently separate the RPE from the photoreceptors/retina. We developed a method to efficiently separate the retina from the RPE of human eyes to generate complete RPE/choroid and retina flatmounts for separate cellular analysis of the photoreceptors and RPE cells. An intravitreal injection of a high-osmolarity solution of D-mannitol, a sugar not transported by the RPE, induced the separation of the RPE and retina across the entire posterior chamber without causing damage to the RPE cell junctions. No RPE patches were observed attached to the retina. Phalloidin labeling of actin showed RPE shape preservation and allowed morphometric analysis of the entire epithelium. An artificial intelligence (AI)-based software was developed to accurately recognize and segment the RPE cell borders and quantify 30 different shape metrics. This dissection method is highly reproducible and can be easily extended to other animal models.

We describe a method to efficiently separate retinal pigment epithelium (RPE) from the retina in human eyes and generate whole RPE/choroid flatmounts for histological and morphometric analyses of the RPE.

Effiziente und konsistente Generierung von retinalen Pigmentepithel-/Aderhaut-Flatmounts aus dem menschlichen Auge für die histologische Analyse

The retinal pigment epithelium (RPE) and retina are functionally and structurally connected tissues that work together to regulate light perception and ...