This work was supported by the Intramural Research Program of the National Institutes of Health (NIH) at the National Institute of Neurological Disorders and Stroke. We would like to thank Dr. Ronald D. McKay for his discussion and comments on this project.

Einzelzell-basierte nicht-Kolonie Typ Monoschicht (NCM) Kultur der hPSCs. 1. Vorbereitungen <ol><li> Machen 500 ml Medium für die Kultur von embryonalen Maus-Fibroblasten (MEF): DMEM-Medium mit 10% FBS, 2 mM L-Glutamin und 0,1 mM nicht-essentiellen Aminosäuren (NEAA) ergänzt. </li><li> Isolieren embryonalen Maus-Fibroblasten (MEF-Zellen) aus dem CF1-Stamm nach einer Routine-Protokoll 16 und Kultur MEFs auf 0,1% Gelatine beschichtete 6-Well-Zellkulturplatte in DMEM-Medium abgeleitet. Alternativ kaufen MEF Aktien bei Passage 3 von kommerziellen Ressourcen. </li><li> Bereiten Matrigel Platten. <ol><li> Verdünnen Sie 5 ml hESC qualifizierte Matrigel Lager mit 5 ml DMEM/F12-Medium (bei ~ 4 ° C gekühlt) und speichern 50% Aliquots in einem -20 ° C Gefrierschrank. Tauen Sie das gefrorene Matrigel Lager im Kühlschrank (ca. 4 ° C) O / N und weiter zu verdünnen das Matrigel in kaltem DMEM/F12-Medium (bis zu einer Arbeitskonzentration von 2,5% zu geben). </li><li&gt; Mantel 6-well-Zellkulturplatten mit 1,5 ml 2,5% Matrigel pro Well, speichern Sie die beschichteten Platten im Kühlschrank O / N (Hinweis: Verwenden Sie die Matrigel-beschichtete Platte innerhalb von 2 Wochen). </li><li> Entfernen Sie die Matrigel Platte aus dem Kühlschrank, damit die Platte bei RT in der Zellkultur Haube für 10 bis 30 min (Anmerkung: nicht die Platte in einem Zellkulturbrutschrank nicht warm) zu wärmen, und saugen DMEM Medium vor hPSCs Beschichtung. </li></ol></li><li> Machen 500 ml HES-Medium: 80% DMEM/F12 Medium, 20% KSR, 2 mM L-Glutamin, 0,1 mM nicht-essentiellen Aminosäuren, 0,1 mM β-Mercaptoethanol und 4 ng / ml FGF-2. </li><li> Bereiten Sie 10 ml 2X hpSC Gefriermedium: 60% FBS, 20% DMSO und 20 uM Y-27632 in mTeSR1 Medium, durch Filtration sterilisieren und nutzen das Medium innerhalb 1 Woche. </li></ol> . 2 Protokoll Nr. 1 (Basic): Wachsen hpSC Kolonien auf Feeders <ol><li> Verwenden MEF Passage Zahlen bei 5 oder 6 (als P5 und P6 bezeichnet) für hpSC Kultur, um eine einheitliche Resul bekomments. Mitotisch inaktiviert MEFs durch Behandlung der Zellen mit 10 ug / ml Mitomycin C für 3 h bei 37 ° C, wäscht die Zellen 3x mit 1X Dulbeccos phosphatgepufferter Salzlösung (D-PBS) und dann dissoziieren MEFs mit 0,05% Trypsin in 0,53 mM EDTA. Alternativ bestrahlen MEFs in einer Dosis von 8000 rad mit einer Röntgenbestrahlungsvorrichtung. </li><li> Graf Zellzahlen mit Hilfe der Trypanblau-Ausschlussverfahrens Fleck unter dem Mikroskop. Alternativ können Sie eine automatische Zellzähler. </li><li> Platte bestrahlten MEFs auf 6-Well-Polystyrol-Platten mit 0,1% Gelatine in einer Dichte von 1,88 x 10 5 Zellen pro Vertiefung (dh 1,96 × 10 4 Zellen / cm 2) beschichtet. Inkubieren der Zellen bei 37 ° C und 5% CO 2 für 24 Stunden. </li><li> Entfernen Sie die MEF Kulturmedium durch Aspiration mit einer Pasteur-Pipette (Hinweis: keine Waschschritte in dieser Zeit nötig). </li><li> Man reibt hpSC Kolonien aus früheren Kultur in kleine Klumpen, untersuchen Sie die Klumpen unter dem Mikroskop auf ihre Größen, die fr gewährleistenom 50 bis 100 &amp;mgr; m Durchmesser, und die Platte hpSC Klumpen auf der Oberseite der MEF-Feeder-Schichten in einem Well mit 2 ml hpSC Medium. </li><li> Ändern hESC Medium täglich für 3 bis 5 Tage, Koloniewachstumsrekord von Fotografie, markieren Sie alle morphologisch veränderten oder differenzierte Kolonien (~ 5%), und von Hand mit einer Pasteurpipette entfernen Sie die markierten Kolonien durch vorsichtiges Absaugen. </li><li> Spülen der verbleibenden Kolonien auf MEFs zweimal (jeweils mit D-PBS 2 min), und Inkubieren der Kolonien mit 2 ml 1 mg / ml Collagenase IV in hpSC Medium für 10 bis 30 min), und prüft die Ablösung hpSC Kolonien aus der MEF-beschichteten Oberfläche (Hinweis: Verwenden Sie einen Schaber, um die Ablöseprozess helfen nur dann, wenn die Kolonien dicht an der Platte befestigt). </li><li> 5 ml hpSC Medium zu jeder Vertiefung zur enzymatischen Reaktionen Übertragungs Kolonien auf 15 ml-Röhrchen zu minimieren, damit hpSC Kolonien für 3 bis 5 min bei RT sedimentiert und stellen die Sedimentation von Kolonien durch direkte Visualisierung des cEllen an der Unterseite des Rohres (Anmerkung: nicht die Rohrzentrifuge bei diesem Schritt). </li><li> Entfernen Sie die Überstände, Rest MEFs und Einzelzellen dissoziiert, suspendieren die Kolonien mit 5 ml Medium hESC und zweimal wiederholen Sie den Schritt Sedimentation. </li><li> Entfernen Sie die mittlere, verreiben hpSC Kolonien in kleine Klumpen, lagern in 1X hpSC Gefriermedium (oder CryoStore CS10 Einfrieren mittel) für die Kryokonservierung (1 konfluenten gut gefroren pro Flasche) oder Platte auf einem 6-Well-Platte für Zell Passagieren. </li></ol> 3 Protokoll Nr. 2:. Konvertieren hpSC Kolonien von Futtertröge zu NCM <ol><li> Spülen hpSC Pellets in D-PBS einmal brüten die Pellets mit 1 ml 1X Accutase für 10 min, und untersuchen die enzymatische Reaktion unter einem Mikroskop auf Einzelzell Dissoziation zu gewährleisten. </li><li> Enden die enzymatischen Reaktionen durch vorsichtiges Resuspendieren der Zellen in 5 ml Medium mit 10 mTeSR1 uM Y-27632, gefolgt von Zentrifugation bei 200 · g bei RT für 5 min(Beachten Sie, verwenden Sie keine übermäßige Zentrifugation Kräfte, die Zellschäden verursachen.) </li><li> 5 ml mTeSR1 Medium zu dem Pellet, das Pellet als Einzelzellen und Filter dissoziierten Zellen durch ein 40 &amp;mgr; m Zellsieb (um restliche Zellaggregate zu entfernen). </li><li> Seed 1,3-2 x 10 6 hPSCs in ein gut (1,4 bis 2,1 x 10 5 Zellen / cm 2) einer 6-well-Platte mit 2,5% hESC qualifizierte Matrigel beschichtet, fügen mTeSR1 Medium bis zu 2,5 ml, und beinhalten 10 uM Y-27632 im Medium (die ersten 24 h Einzelzell-Beschichtung zu erleichtern). Alternativ nutzen Sie die folgenden kleinen Molekülen bis 10 uM Y-27632 für die Verbesserung Single-Cell-Beschichtung ersetzen: 1 uM Y-39983 (ROCK I-Inhibitor), 1 uM phenylbenzodioxane (ROCK II-Inhibitor), 1 uM thiazovivin (ein Roman ROCK-Inhibitor) und 2 uM JAK-Inhibitor ein. </li><li> Ersetzen Sie das Medium mit drogenfreie mTeSR1 Medium am nächsten Tag (innerhalb von 24 Stunden), distanzieren Zellen von einem zusätzlichengut, und zählen die Zellzahl auf Einzelzell Plattierungseffizienz bestimmen (Anmerkung: etwa 50 bis 90% der Single-Cell-Beschichtung Effizienz, die in dieser Phase erzielt werden kann). </li><li> Lassen Sie die Zellen als Einzelzellen-Monoschicht gebildet wird für ein paar Tage mit 3 ml mTeSR1 Medium wachsen. Ändern Medium täglich. </li><li> Empirisch bestimmen den Zeitpunkt einer Passage angepasst NCM in Abhängigkeit von der Zelldichte. Passage, wenn das Zellwachstum erreicht Zusammenfluss am Tag 3 oder Tag 4 oder im 4 h Zeitpunkt nach dem Verschwinden der Zell-zu-Zell-Grenzen. Distanzieren, die Zellen in 1 ml Accutase, verwenden Sie einen 1 bis 3 Teilungsverhältnis (dh 1 konfluenten gut von Zellen in drei Vertiefungen der 6-Well-Platte plattiert) für Passagieren von Zellen und stabilisieren angepasst NCM von 5 Passagen. </li><li> Handy Einfrieren <ol><li> Nutzen Sie ein gut zusammenfließenden (~ 6.5 x10 6 Zellen) für einen Tiefkühlflasche: distanzieren Zellen von einem konfluenten gut mit 1 ml Accutase für 10 min. </li><li> Verdünnen Sie with 5 ml Medium und mTeSR1 Zentrifuge Zellen wie oben beschrieben. </li><li> Resuspendieren des Pellets in 500 ul Medium mTeSR1 und dann langsam in einem Kryokonservierungsfläschchen fügen 500 ul 2X hpSC Gefriermedium (enthaltend 20 &amp;mgr; M Y-27632). Alternativ Resuspendieren der Zellen in 1X hpSC Gefriermedium, das 2 &amp;mgr; M JAK-Inhibitor 1 oder 1X CryoStor CS10 Medium in Gegenwart von entweder 10 &amp;mgr; M oder Y-27632 2 uM JAK-Inhibitor 1. </li><li> Zeigen Fläschchen eingefroren in einem Eis-gekühltes Kryobehälter (mit isopranol Bottom-gefüllt) und übertragen die Kryobehälter zu einer -80 ° C-Gefrierschrank sofort. </li><li> Übertragungszellen von dem -80 ° C Gefrierschrank in einem Flüssigstickstofftank (am nächsten Tag) für die Langzeit Kryokonservierung. </li></ol></li><li> Handy Auftauen <ol><li> Nutzen Sie ein Kryokonservierungsfläschchen für die Beschichtung ein Well einer 6-Well-Platte. </li><li> Vorwärmen mTeSR1 Medium in einem 37 ° C Wasserbad für 10 Minuten auftauen Zellen in der gleichen Wasserbad für 2 min,tropfenweise in den Zellen 5 ml vorgewärmten mTeSR1 Medium mit 10 uM Y-27632 und Zentrifuge wie oben beschrieben. </li><li> Vorsichtig resuspendieren Zellpellets mit 2 ml mTeSR1 Medium mit 10 uM Y-27632 und langsam Zellen übertragen, um mit einem gut vorge Matrigel-beschichtete (Hinweis: die Herstellung von Luftblasen zu vermeiden). </li><li> Ändern Medium täglich und erwarten hpSC Wachstum Zusammenfluss am Tag 3 oder 4 erreichen. </li></ol></li></ol> 4 des Protokolls Nr. 3:. Konvertieren hpSC Kolonien auf Matrigel zu NCM Kultur <ol><li> Entfernen einer Matrigel-beschichtete Platte aus dem Kühlschrank wird die Platte in der Gewebekultur Haube für 10 bis 30 Minuten, entfernen Sie das Medium aus jeder Vertiefung der Platte, und 2 ml vorgewärmten Medium mTeSR1 in jede Vertiefung. </li><li> Über verrieben hpSC Klumpen aus dem Einzug Kultur (Schritt 2.10 der Grund-Protokoll) zu dem oben Matrigel Platte. In mTeSR1 Medium bis zu 2,5 ml Endvolumen in jeder Vertiefung. </li><li> Medium täglich ändern TAG 3 BIS 4s bis Kolonien erreichen 80 bis 90% Konfluenz. </li><li> Für Passagieren von Zellen: zweimal spülen Sie die Kolonien mit D-PBS, Behandlung der Zellen mit 1 ml 2 mg / ml Dispase bei 37 ° C für 15 bis 20 min und Sediment-und Durchgangszellen als Klumpen. </li><li> Für NCM Kultur: wiederholen Sie die Schritte 3,1-3,9 in Protokoll Nr. 2 beschrieben. </li></ol> 5 Protokoll Nr. 4:. NCM Kultur hPSCs auf LN-521 <ol><li> Auftauen des rekombinanten LN-521-Lösung bei 4 ° C vor dem Tag der Anwendung und machen die Laminin-Beschichtungslösung (LCS) durch Verdünnen der aufgetauten Laminin mit 1X D-PBS (das Ca 2 + / Mg 2 +), um eine Endkonzentration von 10 ug / ml. </li><li> 1 ml der LCS einer Mulde in 6-Well-Platte (Anmerkung: ein Austrocknen während der Beschichtung zu vermeiden). </li><li> Verschließen Sie die Platte mit Parafilm überzogen, um Verdunstung zu vermeiden, und die Platte im Kühlschrank (4 ° C) O / N (Anmerkung: Verwenden Sie die Platte innerhalb von 1 Woche). </li><li> Die LCS mit einer Pasteur-Pipette vorsichtig entfernen, ohne zuuching der beschichteten Oberfläche und 2 ml mTeSR1 mittel-bis gut ein. </li><li> Warm alle Kulturlösungen (einschließlich D-PBS) in einem 37 ° C Wasserbad für 25 min. </li><li> Konvertieren hpSC Kolonien NCM <ol><li> Distanzieren Zellaggregate auf einzelne Zellen mit Accutase in Protokoll 2 beschrieben. </li><li> Samen 1.3-2 x 10 6 hPSCs in einem gut LN-521 beschichtete (1,4-2,1 × 10 5 Zellen / cm 2) ohne die Anwesenheit von ROCK-Inhibitoren. </li><li> Änderungsmedium täglich für 3 bis 4 Tage. </li><li> Dissoziation der Zellen in 1 ml Accutase am Tag 3 oder 4 für die nächste Zelle Passagierung mit einem 1 bis 3 Teilungsverhältnis. </li></ol></li></ol> . 6 Protokoll 5: NCM Kultur für Plasmid-DNA Transfektion <ol><li> Passen hpSC Kolonien NCM Kultur als in den Protokollen 2 bis 4 beschrieben. </li><li> Platte dissoziiert hPSCs in 12-Well-Platte mit einer Zelldichte von 7,5 x 10 5 Zellen / Vertiefung in mTeSR1 Medium in Gegenwart von 10 &amp;mgr; M Y-27632. </li><li> Ersetzen mTeSR1 Medium mit drogenfreie mTeSR1 Medium zwischen 4-8 Stunden nach dem Ausstreichen der Zellen. </li><li> Für jede Transfektion verdünnen 2,5 ug Expressionsplasmide (zB pmaxGFP) und 5 ul Lipofectamine 2000 in getrennten Eppendorf-Röhrchen in jedem Opti-MEM 125 ul Reduzierte Serum Medium. </li><li> Nach 5 min, mischen Sie die Reagenzien verdünnt und Inkubation für 20 min bei RT (der Transfektion Komplexe zu bilden). </li><li> Fügen 250 ul Transfektion Komplexe jede Vertiefung hPSCs in 1 ml mTeSR1 Medium und Inkubation der Zellen bei 37 ° C in einem CO 2-Inkubator für 24 Stunden. </li><li> Prüft die Transfektionseffizienz unter einem Fluoreszenzmikroskop und fotografieren zufällig für die Berechnung der tatsächlichen Transfektionseffizienz. </li></ol> . 7 des Protokolls Nr. 6: NCM für Kultur Transfektion von MicroRNAs <ol><li> Distanzieren halbkonfluente hPSCs am Tag 2 unter NCM Bedingungen durch Zugabe von 1 ml pro Vertiefung in Accutase 6<html> -Well-Platte. </li><li> 10 ml mTeSR1 mittel-bis enzymatischen Reaktionen und Zentrifuge bei 200 xg für 5 min zu verdünnen. </li><li> Zellpellet mit mTeSR1 Medium, Samen, die Zellen in einer Dichte von 7,5 x 10 5 Zellen pro Vertiefung einer 12-Well-Platte in mTeSR1 Medium mit 10 uM Y-27632, und lassen die Zellen legen für 4 Stunden. </li><li> Ersetzen Sie das Medium mit Y27632 frei mTeSR1 Medium. </li><li> Verwenden Sie handelsübliche Micro-RNAs (zB eine nicht-Targeting miRIDIAN miRNA-Transfektion Control mit Dy547 beschriftet). Titriert Konzentrationen im Bereich von 0 bis 160 nM mit den mitgelieferten Reagenzien und folgen Sie den Anweisungen der Hersteller. </li><li> Optimieren Transfektionseffizienz für jede Konzentration in hpSC Linien durch Abbildung der Dy547 Fluoreszenz der lebenden Zellen unter dem Mikroskop bei 24 Stunden nach der Transfektion. </li><li> Berechnen Sie die Transfektionseffizienzen basiert auf dem Prozentsatz der positiven Zellen Dy547 über alle Zellen abgebildet. </li></ol>. tle &quot;&gt; 8 Protokolls Nr. 7: Kultur NCM für Transduktion von Lentivirusvektor <ol><li> Wiederholen Sie die Schritte 7.1 bis 7.4 des Protokolls Nr. 6. </li><li> Berechnen Sie die Mengen an Viruspartikeln für Übertragung verwendet werden: Verwenden Sie die folgende Formel ein: = TU (MOI x CN) / VT, während TU bezeichnet die Gesamtzahl der Umwandlung Einheiten entspricht MOI die gewünschte Vielfalt der Infektion in der gut (MOI oder TU / Zelle), CN gibt die Anzahl der Zellen in jeder Vertiefung und VT-Lager zeigt virale Titer (TU / ml). Zum Beispiel gegeben, dass die Aktien virale Titer für SMART-shRNA Vektors gleich 1 x 10 9 TU / ml (Umwandlung Einheiten pro ml), 7,5 x 10 5 Zellen pro Vertiefung bei der Transduktion, und einer erwarteten MOI von 20: 15 zu verwenden ul der Aktienviruspartikel für jeden gut (Anmerkung: Diese Bedingung ist für transiente lentiviralen Induktion empfohlen). </li><li> Vorwärmen mTeSR1 300 ul Medium mit 10 mg / ml Polybrene für 30 min. </li><li> In 15 ul Lager Viruspartikel indie vorgewärmten Medium mit mTeSR1 Polybren und vorsichtig die Lösung. </li><li> Ersetzen des Zellkulturmedium mit 300 &amp;mgr; l vorgewärmtem Medium, das die Viruspartikel enthält. </li><li> Nach 4 Stunden Inkubation untersuchen turboGFP Fluoreszenz (ein Hersteller für shRNA-Expression) um die Übertragungseffizienz zu bestimmen. </li><li> In 300 ul zusätzlicher mTeSR1 Medium auf die Wandler gut, wenn die Zellen beginnen, turboGFP auszudrücken. </li><li> Nach 12-16 h Inkubation denken Turbo-GFP-Expression. </li><li> Führen gewünschten Follow-up-Experimente mit diesen transduzierten Zellen innerhalb von 72 Stunden. </li></ol>

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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=Transient+and+stable+transgene+expression+in+human+embryonic+stem+cells.">Transient and stable transgene expression in human embryonic stem cells.</a> Stem Cells. 25, 1521-1528 (2007).</li><li>Braam, S. 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=Genetic+manipulation+of+human+embryonic+stem+cells+in+serum+and+feeder-free+media.">Genetic manipulation of human embryonic stem cells in serum and feeder-free media.</a> Methods Mol Biol. 584, 413-423 (2010).</li><li>Braam, S. 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=Improved+genetic+manipulation+of+human+embryonic+stem+cells.">Improved genetic manipulation of human embryonic stem cells.</a> Nat Methods. 5, 389-392 (2008).</li></ol>

The authors declare that they have no competing financial interests.

Es gibt zwei große Möglichkeiten, um in vitro Kultur hPSCs: konventionelle Kolonie-Art-Kultur (von Zellen auf Feeder oder extrazelluläre Matrix) und Suspensionskultur von hPSCs als Aggregate ohne Zubringer 6. Die Grenzen der beiden Kolonie-Typ-und Suspensionskultur Methoden gehören sammelt Heterogenität und vererbbaren epigenetischen Veränderungen. NCM Kultur, basierend sowohl auf Einzelzell Passagieren und High-Density-Zelle Überzug, stellt eine neue Methode zur Kultur hpSC Wachstum 6,18...

Die Kapazität der hPSCs in Richtung multilineage adulten Geweben differenzieren hat neue Wege zur Behandlung von Patienten, die an schweren Krankheiten, Herz-Kreislauf-, Leber-, Pankreas-und neurologischen Systeme beinhalten leiden 1-4 eröffnet. Verschiedene Zelltypen aus hPSCs abgeleitet würde auch robust Mobilfunk-Plattformen für Krankheit Modellierung, Gentechnik, Arzneimittel-Screening, und toxikologische Prüfungen 1,4. Die zentrale Frage, die ihre zukünftigen klinischen und pharmakologischen Anwendungen gewährleistet, ist die Erzeugung einer großen Zahl von klinischem hPSCs durch in-vitro-Zellkultur. Allerdings sind die aktuellen Kultur-Systeme entweder unzureichend oder von Natur aus variabel, die verschiedene Feeder und Feeder-freien Kulturen hPSCs als Kolonien 5,6. Colony-Typ-Wachstum von hPSCs teilt viele Strukturmerkmale der inneren Zellmasse (ICM) der frühen Säugetierembryos. Das ICM ist anfällig für in die drei Keimblätter zu differenzierenin einem multizellulären Umgebung, weil die Existenz von heterogenen Signalverläufe. So wird die Übernahme von Heterogenität in der frühen embryonalen Entwicklung als eine erforderliche Verfahren zur Differenzierung betrachtet, aber eine unerwünschte Eigenschaft hpSC Kultur. Die Heterogenität in hpSC Kultur wird oft durch übermäßige apoptotische Signale und spontane Differenzierung aufgrund suboptimaler Wachstumsbedingungen induziert. Somit wird in Kolonie-Typ-Kultur, die heterogenen Zellen werden oft in der Peripherie der Kolonien 7,8 beobachtet. Es hat sich auch gezeigt, dass die Zellen in menschlichen embryonalen Stammzellen (hES) Kolonien zeigen Differential Antworten auf Signalmoleküle wie BMP-4-9. Darüber hinaus Kolonie Kulturmethoden produzieren geringe Zellausbeuten als auch sehr niedrige Zellgewinnungsraten von Kryokonservierung aufgrund unkontrollierbarer Wachstumsraten und apoptotische Signalwege 6,9. In den letzten Jahren sind verschiedene Suspensionskulturen zur Züchtung hPSCs entwickelt, particulArly für die Expansion von großen Mengen von hPSCs in Feeder-und Matrix-freien Bedingungen 6,10-13. Offensichtlich haben unterschiedliche Kultursysteme ihre eigenen Vorteile und Nachteile. Im Allgemeinen ist die Heterogenität der hPSCs stellt eine der wichtigsten Nachteile in Kolonie-Typ und aggregierte Kulturverfahren, die optimal für die Bereitstellung von DNA-und RNA-Materialien in hPSCs Gentechnik 6 sind. Klar, es ist eine zwingende Notwendigkeit, neue Systeme, die einige Mängel der derzeitigen Kulturmethoden zu umgehen, zu entwickeln. Die Entdeckungen der niedermolekularen Inhibitoren (wie der ROCK-Inhibitor Y-27632 und JAK-Inhibitor 1), die Einzelzellüberleben verbessern ebnen den Weg für dissoziiert-hpSC Kultur 14,15. Mit der Verwendung dieser kleinen Moleküle, haben wir vor kurzem ein Kulturverfahren auf der Basis nicht-Kolonietyp (NCM) Wachstum von dissoziierten hPSCs 9. Diese neue Kulturverfahren kombiniert die beiden Single-Cell-Passage und High-Density-Plating Verfahren, so dass wir große Mengen von homogenen hPSCs unter konsistenten Wachstumszyklen ohne große Chromosomenanomalien 9 zu produzieren. Alternativ könnte NCM Kultur mit verschiedenen kleinen Molekülen und definierten Matrizen (wie Laminin), um das Kulturverfahren für breite Anwendungen zu optimieren implementiert werden. Hier auf der Basis NCM Kultur, präsentieren wir mehrere detaillierte Protokolle und abzugrenzen detaillierte Verfahren für die Gentechnik. Um die Vielseitigkeit der NCM-Protokolle zeigen, testeten wir auch NCM Kultur mit vielfältigen ROCK-Hemmer und mit der Single Laminin-Isoform 521 (dh, LN-521).

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:203px;">Countess automated cell counter&#160;&#160;</td>
			<td style="width:220px;">Invitrogen Inc.&#160;</td>
			<td style="width:187px;">C10227</td>
			<td style="width:187px;">Automatic cell counting</td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:203px;">Faxitron Cabinet X-ray System</td>
			<td style="width:220px;">Faxitron X-ray Corporation, Wheeling, IL&#160;</td>
			<td style="width:187px;">Model RX-650</td>
			<td style="width:187px;">X-ray irradiation of MEFs</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:203px;">MULTIWELL six-well plates&#160;</td>
			<td style="width:220px;">Becton Dickinson Labware</td>
			<td style="width:187px;">353046</td>
			<td style="width:187px;">Polystyrene plates&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:203px;">DMEM</td>
			<td style="width:220px;">Invitrogen Inc.</td>
			<td style="width:187px;">11965&#8211;092</td>
			<td style="width:187px;">For MEF medium</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:203px;">mitomycin C</td>
			<td style="width:220px;">Roche&#160;</td>
			<td style="width:187px;">107 409</td>
			<td style="width:187px;">Mitotic inhibitor</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:203px;">Trypsin</td>
			<td style="width:220px;">Invitrogen Inc.</td>
			<td style="width:187px;">25300-054</td>
			<td style="width:187px;">For MEF dissociation</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:203px;">DMEM/F12&#160;</td>
			<td style="width:220px;">Invitrogen Inc.</td>
			<td style="width:187px;">11330&#8211;032</td>
			<td style="width:187px;">For hPSC medium</td>
		</tr>
		<tr height="45">
			<td height="45" style="height:45px;width:203px;">Opti-MEM I Reduced Serum Medium&#160;</td>
			<td style="width:220px;">Invitrogen Inc.</td>
			<td style="width:187px;">31985-062</td>
			<td style="width:187px;">For hPSC transfection</td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:203px;">Heat-inactivated FBS</td>
			<td style="width:220px;">Invitrogen Inc.</td>
			<td style="width:187px;">16000&#8211;044</td>
			<td style="width:187px;">Component of MEF medium</td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:203px;">Knockout Serum Replacer&#160;</td>
			<td style="width:220px;">Invitrogen Inc.</td>
			<td style="width:187px;">10828&#8211;028</td>
			<td style="width:187px;">KSR, Component of hPSC medium</td>
		</tr>
		<tr height="45">
			<td height="45" style="height:45px;width:203px;">Dulbecco&#8217;s Phosphate-Buffered Saline</td>
			<td style="width:220px;">Invitrogen Inc.</td>
			<td style="width:187px;">14190-144</td>
			<td style="width:187px;">D-PBS, free of Ca2+/Mg2+</td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:203px;">Non-essential amino acids&#160;</td>
			<td style="width:220px;">Invitrogen&#160;</td>
			<td style="width:187px;">11140&#8211;050</td>
			<td style="width:187px;">NEAA, component of hPSC medium</td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:203px;">L-Glutamine&#160;</td>
			<td style="width:220px;">Invitrogen&#160;</td>
			<td style="width:187px;">25030&#8211;081</td>
			<td style="width:187px;">Component of hPSC medium</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="41" rowspan="2" style="height:41px;width:203px;">mTeSR1 &#38; Supplements</td>
			<td rowspan="2" style="width:220px;">StemCell Technologies</td>
			<td rowspan="2" style="width:187px;">5850</td>
			<td style="width:187px;">Animal protein-free</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:187px;">medium</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:203px;">TeSR2 &#38; Supplements</td>
			<td style="width:220px;">StemCell Technologies</td>
			<td style="width:187px;">5860</td>
			<td style="width:187px;">Xeno-free medium</td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:203px;">&#946;-mercaptoethanol&#160;</td>
			<td style="width:220px;">Sigma&#160;</td>
			<td style="width:187px;">7522</td>
			<td style="width:187px;">Component of hPSC medium</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:203px;"> 
			MEF (CF-1) ATCC</td>
			<td style="width:220px;">American Type Culture Collection (ATCC)&#160;</td>
			<td style="width:187px;">SCRC-1040</td>
			<td style="width:187px;">For feeder culture of hPSCs</td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:203px;">hESC-qualified Matrigel</td>
			<td style="width:220px;">BD Bioscience</td>
			<td style="width:187px;">354277</td>
			<td style="width:187px;">For feeder-free culture of hPSCs</td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:203px;">Laminin-521</td>
			<td style="width:220px;">BioLamina</td>
			<td style="width:187px;">LN521-02</td>
			<td style="width:187px;">Human recombinant protein</td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:203px;">FGF-2 (recombinant FGF, basic)</td>
			<td style="width:220px;">R&#38;D Systems, MN</td>
			<td style="width:187px;">223-FB</td>
			<td style="width:187px;">Growth factor in hPSC medium</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:203px;">CryoStor CA10&#160;</td>
			<td style="width:220px;">StemCell Technologies</td>
			<td style="width:187px;">7930</td>
			<td style="width:187px;"></td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:203px;">Accutase</td>
			<td style="width:220px;">Innovative Cell Technologies</td>
			<td style="width:187px;">AT-104</td>
			<td style="width:187px;">1X mixed enzymatic solution</td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:203px;">JAK inhibitor I</td>
			<td style="width:220px;">EMD4 Biosciences</td>
			<td style="width:187px;">420099</td>
			<td style="width:187px;">An inhibitor of Janus kinase</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:203px;">Y-27632</td>
			<td style="width:220px;">EMD4 Biosciences</td>
			<td style="width:187px;">688000</td>
			<td style="width:187px;">ROCK inhibitor</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:203px;">Y-27632</td>
			<td style="width:220px;">Stemgent</td>
			<td style="width:187px;">04-0012</td>
			<td style="width:187px;">ROCK inhibitor</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:203px;">Y-39983</td>
			<td style="width:220px;">Stemgent</td>
			<td style="width:187px;">04-0029</td>
			<td style="width:187px;">ROCK I inhibitor</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:203px;">Phenylbenzodioxane&#160;</td>
			<td style="width:220px;">Stemgent</td>
			<td style="width:187px;">04-0030</td>
			<td style="width:187px;">ROCK II inhibitor</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:203px;">Thiazovivin</td>
			<td style="width:220px;">Stemgent</td>
			<td style="width:187px;">04-0017</td>
			<td style="width:187px;">A novel ROCK inhibitor</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:203px;">BD Falcon Cell Strainer&#160;</td>
			<td style="width:220px;">BD Bioscience</td>
			<td style="width:187px;">352340</td>
			<td style="width:187px;">40-&#181;m cell strainer</td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:203px;">Nalgene 5100-0001 Cryo 1&#176;C</td>
			<td style="width:220px;">Thermo Scientific&#160;</td>
			<td style="width:187px;">C6516F-1</td>
			<td style="width:187px;">&#8220;Mr. Frosty&#8221; Freezing Container</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:203px;">Lipofectamine 2000&#160;</td>
			<td style="width:220px;">Invitrogen Inc.</td>
			<td style="width:187px;">11668-027</td>
			<td style="width:187px;">Transfection reagents</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:203px;">DharmaFECT Duo&#160;</td>
			<td style="width:220px;">Thermo Scientific</td>
			<td style="width:187px;">T-2010-02</td>
			<td style="width:187px;">Transfection reagent</td>
		</tr>
		<tr height="61">
			<td height="61" style="height:61px;width:203px;">Non-targeting miRIDIAN miRNA Transfection Control</td>
			<td style="width:220px;">Thermo Scientific</td>
			<td style="width:187px;">IP-004500-01-05</td>
			<td style="width:187px;">Labeled with Dy547, to monitor the delivery of microRNAs&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:203px;">SMART-shRNA</td>
			<td style="width:220px;">Thermo Scientific&#160;</td>
			<td style="width:187px;">To be determined</td>
			<td style="width:187px;">Lentiviral vector</td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:203px;">pmaxGFP</td>
			<td>amaxa Inc (Lonza)</td>
			<td>Included in every transfection kit</td>
			<td style="width:187px;">Expression plasmid for transfection control</td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:203px;">4-Oct</td>
			<td style="width:220px;">Santa Cruz Biotechnology</td>
			<td style="width:187px;">sc-5279</td>
			<td style="width:187px;">Mouse IgG2b, pluripotent marker</td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:203px;">SSEA-1</td>
			<td>Santa Cruz Biotechnology</td>
			<td style="width:187px;">sc-21702</td>
			<td style="width:187px;">Mouse IgM, differentiation marker</td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:203px;">SSEA-4</td>
			<td style="width:220px;">Santa Cruz Biotechnology</td>
			<td style="width:187px;">sc-21704</td>
			<td style="width:187px;">Mouse IgG3, pluripotent marker</td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:203px;">Tra-1-60</td>
			<td style="width:220px;">Santa Cruz Biotechnology</td>
			<td style="width:187px;">sc-21705&#160;</td>
			<td style="width:187px;">Mouse IgM, pluripotent marker</td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:203px;">Tra-1-81</td>
			<td style="width:220px;">Santa Cruz Biotechnology</td>
			<td style="width:187px;">sc-21706</td>
			<td style="width:187px;">Mouse IgM, pluripotent marker</td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:203px;">CK8 (C51)</td>
			<td style="width:220px;">Santa Cruz Biotechnology</td>
			<td style="width:187px;">sc-8020</td>
			<td style="width:187px;">Mouse IgG1, against cytokeratin 8</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:203px;">&#945;-fetoprotein</td>
			<td style="width:220px;">Santa Cruz Biotechnology</td>
			<td style="width:187px;">sc-8399</td>
			<td style="width:187px;">AFP, mouse IgG2a</td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:203px;">HNF-3&#946; (P-19)</td>
			<td style="width:220px;">Santa Cruz Biotechnology</td>
			<td style="width:187px;">sc-9187</td>
			<td style="width:187px;">FOXA2, goat polyclonal antibody</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:203px;">Troponin T (Av-1)</td>
			<td style="width:220px;">Thermo Scientific</td>
			<td style="width:187px;">MS-295-P0</td>
			<td style="width:187px;">Mouse IgG1</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:203px;">Desmin&#160;</td>
			<td style="width:220px;">Thermo Scientific</td>
			<td style="width:187px;">RB-9014-P1</td>
			<td style="width:187px;">Rabbit IgG</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:203px;">Anti-NANOG</td>
			<td style="width:220px;">ReproCELL Inc, Japan</td>
			<td style="width:187px;">RCAB0004P-F</td>
			<td style="width:187px;">Polyclonal antibody&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:203px;">Rat anti-GFAP</td>
			<td style="width:220px;">Zymed</td>
			<td style="width:187px;">13-0300</td>
			<td style="width:187px;">Glial fibrillary acidic protein</td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:203px;">Albumin (clone HSA1/25.1.3)</td>
			<td style="width:220px;">Cedarlane Laboratories Ltd. (</td>
			<td style="width:187px;">CL2513A</td>
			<td style="width:187px;">Mouse IgG1,</td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:203px;">Smooth muscle actin (clone 1A4)</td>
			<td style="width:220px;">DakoCytomation Inc</td>
			<td style="width:187px;">IR611/IS611</td>
			<td style="width:187px;">Mouse IgG2a</td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:203px;">Nestin</td>
			<td style="width:220px;">Chemicon International</td>
			<td style="width:187px;">MAB5326</td>
			<td style="width:187px;">Rabbit polyclonal antibody</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:203px;">TUBB3</td>
			<td style="width:220px;">Convance Inc</td>
			<td style="width:187px;">MMS-435P</td>
			<td style="width:187px;">Tuj1, mouse IgG2a</td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:203px;">HNF4&#945; (C11F12)</td>
			<td style="width:220px;">Cell Signaling Technologies</td>
			<td style="width:187px;">3113</td>
			<td style="width:187px;">Rabbit monoclonal antibody</td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:203px;">Paraformaldehyde (solution)</td>
			<td style="width:220px;">Electron Microscopy Sciences</td>
			<td style="width:187px;">15710</td>
			<td style="width:187px;">PFA, fixative, diluted in D-PBS</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

alternative cultures for human pluripotent stem cell production, maintenance, and genetic analysis

Human pluripotent stem cells (hPSCs) hold great promise for regenerative medicine and biopharmaceutical applications. Currently, optimal culture and efficient expansion of large amounts of clinical-grade hPSCs are critical issues in hPSC-based therapies. Conventionally, hPSCs are propagated as colonies on both feeder and feeder-free culture systems. However, these methods have several major limitations, including low cell yields and generation of heterogeneously differentiated cells. To improve current hPSC culture methods, we have recently developed a new method, which is based on non-colony type monolayer (NCM) culture of dissociated single cells. Here, we present detailed NCM protocols based on the Rho-associated kinase (ROCK) inhibitor Y-27632. We also provide new information regarding NCM culture with different small molecules such as Y-39983 (ROCK I inhibitor), phenylbenzodioxane (ROCK II inhibitor), and thiazovivin (a novel ROCK inhibitor). We further extend our basic protocol to cultivate hPSCs on defined extracellular proteins such as the laminin isoform 521 (LN-521) without the use of ROCK inhibitors. Moreover, based on NCM, we have demonstrated efficient transfection or transduction of plasmid DNAs, lentiviral particles, and oligonucleotide-based microRNAs into hPSCs in order to genetically modify these cells for molecular analyses and drug discovery. The NCM-based methods overcome the major shortcomings of colony-type culture, and thus may be suitable for producing large amounts of homogeneous hPSCs for future clinical therapies, stem cell research, and drug discovery.

Ein allgemeines Schema der NCM Kultur Abbildung 1 zeigt eine typische NCM Kultur-Schema, das die dynamischen Änderungen der hPSCs nach der High-Density-Single-Cell-Beschichtung in der Gegenwart des ROCK-Inhibitor Y-27632. Diese morphologischen Änderungen sind interzellulären Verbindungen nach der Plattierung, Zellcluster Bildung und exponentiellen Zellwachstums, gefolgt von Kondensation Zelle (1A). Ein repräsentatives Experiment zeigt WA...

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Alternative Cultures for Human Pluripotent Stem Cell Production, Maintenance, and Genetic Analysis | Biology | Video

Alternative Cultures for Human Pluripotent Stem Cell Production, Maintenance, and Genetic Analysis

Here, we present human pluripotent stem cell (hPSC) culture protocols, based on non-colony type monolayer (NCM) growth of dissociated single cells. This new method, utilizing Rho-associated kinase inhibitors or the laminin isoform 521 (LN-521), is suitable for producing large amounts of homogeneous hPSCs, genetic manipulation, and drug discovery.

Alternative Kulturen für menschlichen pluripotenten Stammzellen Produktion, Wartung und Genetic Analysis

Human pluripotent stem cells (hPSCs) hold great promise for regenerative medicine and biopharmaceutical applications. Currently, optimal culture and ...

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12.2K Aufrufe.  National Institutes of Health. Here, we present human pluripotent stem cell (hPSC) culture protocols, based on non-colony type monolayer (NCM) growth of dissociated single cells. This new method, utilizing Rho-associated kinase inhibitors or the laminin isoform 521 (LN-521), is suitable for producing large amounts of homogeneous hPSCs, genetic manipulation, and drug discovery.

Serie: Alternative Cultures for Human Pluripotent Stem Cell Production, Maintenance, and Genetic Analysis

Mouse Epidermal Neural Crest Stem Cell (EPI-NCSC) Cultures

EPI-NCSC are remnants of the embryonic neural crest in an adult location, the bulge of hair follicles. They are multipotent stem cells that have the physiological property to generate a wide array of differentiated cell types, including neurons, nerve supporting cells, smooth muscle cells, bone/cartilage cells and melanocytes. EPI-NCSC are easily accessible in the hairy skin and can be isolated as a highly pure population of stem cells. This video provides a detailed protocol for preparing mouse EPI-NCSC cultures from whisker follicles. The whisker pad of an adult mouse is removed, and whisker follicles dissected. The follicles are then cut longitudinally and subsequently transversely above and below the bulge region. The bulge is removed from the collagen capsule and placed in a culture plate. EPI-NCSC start to emigrate from the bulge explants 3 to 4 days later.

Mouse Epidermal Neural Crest Stem Cell EPI-NCSC Cultures

Here we show our method to isolate mouse epidermal neural crest stem cells (EPI-NCSC). Technique involves micro-dissecting whisker follicles, isolating the bulge and placeing it into tissue culture. EPI-NCSC start to emigrate from bulge explants onto the substratum within 3 - 4 days.

Maus Epidermal Neural Crest Stem Cell (EPI-NCSC) Kulturen

EPI-NCSC are remnants of the embryonic neural crest in an adult location, the bulge of hair follicles. They are multipotent stem cells that have the ...

Forschung

Biologie

Culture and Maintenance of Human Embryonic Stem Cells  

Human embryonic stem (hES) cells must be monitored and cared for in order to maintain healthy, undifferentiated cultures. At minimum, the cultures must be  fed  every day by performing a complete medium change to replenish lost nutrients and to keep the cultures free of unwanted differentiation factors. Although a small amount of differentiation is normal and expected in stem cell cultures, the culture should be routinely cleaned up by manually removing, or "picking" differentiated areas. Identifying and removing excess differentiation from hES cell cultures are essential techniques in the maintenance of a healthy population of cells.

Culture and Maintenance of Human Embryonic Stem Cells

This protocol demonstrates how to maintain healthy, undifferentiated human embryonic stem (ES) cells.

Kultur und Wartung von humanen embryonalen Stammzellen

Human embryonic stem (hES) cells must be monitored and cared for in order to maintain healthy, undifferentiated cultures. At minimum, the cultures must be ...

Preparation of Pooled Human Platelet Lysate (pHPL) as an Efficient Supplement for Animal Serum-Free Human Stem Cell Cultures

Platelet derived growth factors have been shown to stimulate cell proliferation efficiently in vivo1,2 and in vitro. This effect has been reported for mesenchymal stromal cells (MSCs), fibroblasts and endothelial colony-forming cells with platelets activated by thrombin3-5 or lysed by freeze/thaw cycles6-14 before the platelet releasate is added to the cell culture medium. The trophic effect of platelet derived growth factors has already been tested in several trials for tissue engineering and regenerative therapy.1,15-17 Varying efficiency is considered to be at least in part due to individually divergent concentrations of growth factors18,19 and a current lack of standardized protocols for platelet preparation.15,16 This protocol presents a practicable procedure to generate a pool of human platelet lysate (pHPL) derived from routinely produced platelet rich plasma (PRP) of forty to fifty single blood donations. By several freeze/thaw cycles the platelet membranes are damaged and growth factors are efficiently released into the plasma. Finally, the platelet fragments are removed by centrifugation to avoid extensive aggregate formation and deplete potential antigens. The implementation of pHPL into standard culture protocols represents a promising tool for further development of cell therapeutics propagated in an animal protein-free system.

Preparation of Pooled Human Platelet Lysate pHPL as an Efficient Supplement for Animal Serum-Free Human Stem Cell Cultures

Human platelet lysate is a rich source of growth factors and a potent supplement in cell culture. This protocol presents the process of preparing a large pool of human platelet lysate by starting from platelet rich plasma, performing several freeze-thaw cycles and depleting the platelet fragments.

Vorbereitung der gepoolten menschlichen Thrombozyten-Lysat (PHPL) als effiziente Ergänzung zum tierischen Serum-freien menschlichen Stammzell-Kulturen

Platelet derived growth factors have been shown to stimulate cell proliferation efficiently in vivo1,2 and in vitro. This effect has been reported for ...

Video Bioinformatics Analysis of Human Embryonic Stem Cell Colony Growth

Because video data are complex and are comprised of many images, mining information from video material is difficult to do without the aid of computer software.  Video bioinformatics is a powerful quantitative approach for extracting spatio-temporal data from video images using computer software to perform dating mining and analysis. In this article, we introduce a video bioinformatics method for quantifying the growth of human embryonic stem cells (hESC) by analyzing time-lapse videos collected in a Nikon BioStation CT incubator equipped with a camera for video imaging. In our experiments, hESC colonies that were attached to Matrigel were filmed for 48 hours in the BioStation CT.  To determine the rate of growth of these colonies, recipes were developed using CL-Quant software which enables users to extract various types of data from video images.  To accurately evaluate colony growth, three recipes were created. The first segmented the image into the colony and background, the second enhanced the image to define colonies throughout the video sequence accurately, and the third measured the number of pixels in the colony over time.  The three recipes were run in sequence on video data collected in a BioStation CT to analyze the rate of growth of individual hESC colonies over 48 hours. To verify the truthfulness of the CL-Quant recipes, the same data were analyzed manually using Adobe Photoshop software. When the data obtained using the CL-Quant recipes and Photoshop were compared, results were virtually identical, indicating the CL-Quant recipes were truthful. The method described here could be applied to any video data to measure growth rates of hESC or other cells that grow in colonies. In addition, other video bioinformatics recipes can be developed in the future for other cell processes such as migration, apoptosis, and cell adhesion.  

Video bioinformatics is the automated processing, analysis, understanding, and data mining of biological spatio-temporal data extracted from microscopic videos. The purpose of this article is to demonstrate a method for measuring human embryonic stem cell colony growth using a video bioinformatics method.

Video bioinformatischen Analyse von humanen embryonalen Stammzellen Colony Growth

Because video data are complex and are comprised of many images, mining information from video material is difficult to do without the aid of computer ...

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 ...

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 ...

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 ...

Automated Production of Human Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Cortical and Dopaminergic Neurons with Integrated Live-Cell Monitoring

Manual culture and differentiation protocols for human induced pluripotent stem cells (hiPSC) are difficult to standardize, show high variability and are prone to spontaneous differentiation into unwanted cell types. The methods are labor-intensive and are not easily amenable to large-scale experiments. To overcome these limitations, we developed an automated cell culture system coupled to a high-throughput imaging system and implemented protocols for maintaining multiple hiPSC lines in parallel and neuronal differentiation. We describe the automation of a short-term differentiation protocol using Neurogenin-2 (NGN2) over-expression to produce hiPSC-derived cortical neurons within 6&#8210;8 days, and the implementation of a long-term differentiation protocol to generate hiPSC-derived midbrain dopaminergic (mDA) neurons within 65 days. Also, we applied the NGN2 approach to a small molecule-derived neural precursor cells (smNPC)&#160;transduced with GFP lentivirus and established a live-cell automated neurite outgrowth assay. We present an automated system with protocols suitable for routine hiPSC culture and differentiation into cortical and dopaminergic neurons. Our platform is suitable for long term hands-free culture and high-content/high-throughput hiPSC-based compound, RNAi and CRISPR/Cas9 screenings to identify novel disease mechanisms and drug targets.

We show the automation of human induced pluripotent stem cell (hiPSC) cultures and neuronal differentiations compatible with automated imaging and analysis.

Automatisierte Produktion von humaninduzierten pluripotenten Stammzell-abgeleiteten kortikalen und dopaminergen Neuronen mit integrierter Live-Zell-Überwachung

Manual culture and differentiation protocols for human induced pluripotent stem cells (hiPSC) are difficult to standardize, show high variability and are ...

A Two-Step Strategy that Combines Epigenetic Modification and Biomechanical Cues to Generate Mammalian Pluripotent Cells

Cell phenotype can be reversed or modified with different methods, with advantages and limitations that are specific for each technique. Here we describe a new strategy that combines the use of chemical epigenetic erasing with mechanosensing-related cues, to generate mammalian pluripotent cells. Two main steps are required. In the first step, adult mature (terminally differentiated) cells are exposed to the epigenetic eraser 5-aza-cytidine to drive them into a pluripotent state. This part of the protocol was developed, based on the increasing understanding of the epigenetic mechanisms controlling cell fate and differentiation, and involves the use of the epigenetic modifier to erase cell differentiated state and then drive into a transient high plasticity window.
In the second step, erased cells are encapsulated in polytetrafluoroethylene (PTFE) micro-bioreactors, also known as Liquid Marbles, to promote 3D cell rearrangement to extend and stably maintain the acquired high plasticity. PTFE is a non-reactive hydrophobic synthetic compound and its use permits the creation of a cellular microenvironment, which cannot be achieved in traditional 2D culture systems. This system encourages and boosts the maintenance of pluripotency though bio-mechanosensing-related cues.
The technical procedures described here are simple strategies to allow for the induction and maintenance of a high plasticity state in adult somatic cells. The protocol allowed the derivation of high plasticity cells in all mammalian species tested. Since it does not involve the use of gene transfection and is free of viral vectors, it may represent a notable technological advance for translational medicine applications. Furthermore, the micro-bioreactor system provides a notable advancement in stem cell organoid technology by in vitro re-creating a specific micro-environment that allows for the long-term culture of high plasticity cells, namely as ESCs, iPSCs, epigenetically erased cells and MSCs.

We here present a method that combines the use of chemical epigenetic erasing with mechanosensing-related cues to efficiently generate mammalian pluripotent cells, without the need of gene transfection or retroviral vectors. This strategy is, therefore, promising for translational medicine and represents a notable advancement in stem cell organoid technology.

Eine zweistufige Strategie, die epigenetische Modifikation und biomechanische Hinweise kombiniert, um pluripotente Zellen von Säugetieren zu erzeugen

Cell phenotype can be reversed or modified with different methods, with advantages and limitations that are specific for each technique. Here we describe ...

Generation and Maintenance of Primate Induced Pluripotent Stem Cells Derived from Urine

Cross-species approaches studying primate pluripotent stem cells and their derivatives are crucial to better understand the molecular and cellular mechanisms of disease, development, and evolution. To make primate induced pluripotent stem cells (iPSCs) more accessible, this paper presents a non-invasive method to generate human and non-human primate iPSCs from urine-derived cells, and their maintenance using a feeder-free culturing method.
The urine can be sampled from a non-sterile environment (e.g., the cage of the animal) and treated with a broad-spectrum antibiotic cocktail during primary cell culture to reduce contamination efficiently. After propagation of the urine-derived cells, iPSCs are generated by a modified transduction method of a commercially available Sendai virus vector system. First&#160;iPSC colonies may already be visible after 5 days, and can be picked after 10 days at the earliest. Routine clump passaging with enzyme-free dissociation buffer supports pluripotency of the generated iPSCs for more than 50 passages.

The present protocol describes a method to isolate, expand, and reprogram human and non-human primate urine-derived cells to induced pluripotent stem cells (iPSCs), as well as instructions for feeder-free maintenance of the newly generated iPSCs.