Diferenciación de linajes del sistema nervioso entérico a partir de células madre pluripotentes humanas

Resumen

La derivación de linajes del sistema nervioso entérico (SNE) a partir de células madre pluripotentes humanas (hPSC) proporciona una fuente escalable de células para estudiar el desarrollo y la enfermedad del SNE, y para su uso en medicina regenerativa. Aquí, se presenta un protocolo detallado in vitro para derivar neuronas entéricas a partir de hPSCs utilizando condiciones de cultivo químicamente definidas.

Resumen

El sistema nervioso entérico humano, ENS, es una gran red de tipos de células gliales y neuronales con una notable diversidad de neurotransmisores. El SNE controla la motilidad intestinal, la secreción de enzimas y la absorción de nutrientes, e interactúa con el sistema inmunitario y el microbioma intestinal. En consecuencia, los defectos de desarrollo y adquiridos del SNE son responsables de muchas enfermedades humanas y pueden contribuir a los síntomas de la enfermedad de Parkinson. Las limitaciones en los sistemas de modelos animales y el acceso al tejido primario plantean importantes desafíos experimentales en los estudios del SNE humano. Aquí, se presenta un protocolo detallado para la derivación efectiva in vitro de los linajes ENS a partir de células madre pluripotentes humanas, hPSC, utilizando condiciones de cultivo definidas. Nuestro protocolo comienza con la diferenciación dirigida de hPSCs a células de cresta neural entérica en un plazo de 15 días y produce diversos subtipos de neuronas entéricas funcionales en un plazo de 30 días. Esta plataforma proporciona un recurso escalable para estudios de desarrollo, modelado de enfermedades, descubrimiento de fármacos y aplicaciones regenerativas.

Introducción

El sistema nervioso entérico (SNE) es el componente más grande del sistema nervioso periférico. El SNE contiene más de 400 millones de neuronas que se encuentran dentro del tracto gastrointestinal y controlan casi todas las funciones del intestino. La comprensión molecular del desarrollo y la función del SNE y sus defectos en las neuropatías entéricas requiere el acceso a una fuente fiable y auténtica de neuronas entéricas. El acceso al tejido primario humano es limitado, y los modelos animales no logran recapitular los fenotipos clave de la enfermedad en muchas neuropatías entéricas. La tecnología de células madre pluripotentes humanas (hPSC) ....

Protocolo

1. Preparación de los medios

NOTA: Las concentraciones mencionadas a lo largo del protocolo son concentraciones finales de los componentes del medio. Prepare todos los medios en condiciones estériles en una campana de flujo laminar y almacene a 4 °C en la oscuridad. Úselo dentro de las 2 semanas.

1. Medio de mantenimiento hPSC: Mezcle el suplemento de medio de mantenimiento hPSC sin alimentador (20 μL/mL) con su medio base.
2. Medio A: Agregue la proteína morfogenética ósea 4 (BMP4; 1 ng/mL), SB431542 (10 μM) y CHIR99021 (600 nM) al medio base de diferenciación.
3. Medio B: Agregue SB431542 (10 μM) y CH....

Discusión

El protocolo de diferenciación descrito aquí proporciona un método robusto in vitro para obtener neuronas entéricas de hPSCs en un plazo de 30-40 días (Figura 1E) y glía entérica que expresa proteína ácida fibrilar glial, GFAP y SOX10 en cultivos más antiguos (> día 55)13,14,19,22. Estas neuronas y glía son inducidas por la diferenciación esca.......

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
Ascorbic acid	Sigma-Aldrich	A5960
B27 supplement (serum free, minus vitamin A)	Gibco	12587-010
Basement membrane matrix, Geltrex	Gibco	A14133-2
BMP4	R&D systems	314-BP
Cell culture centrifuge	Eppendorf, model no. 5810R	02262501
Cell detachment solution, Accutase	Stemcell Technologies	07920
CHIR99021	Tocris	4423
Conical tubes	USA scientific	1475-0511, 1500-1211
Differentiation base medium, Essential 6	Life Technologies	A1516401
DMEM/F-12 no glutamine	Life Technologies	21331020
EDTA	Corning	MT-46034CI
Feeder-free hPSC maintenance medium, Essential 8 Flex Medium Kit	Life Technologies	A2858501
FGF2	R&D systems	233-FB/CF
Fibronectin	Corning	356008
GDNF	Peprotech	450-10
Hemocytometer	Hausser Scientific	1475
Human pluripotent stem cells, H9 ESC	WiCell	RRID: CVCL_1240
Incubator with controlled humidity, temperature and CO2	Thermo Fisher Scientific	Herralcell 150i
Inverted microscope	Thermo Fisher Scientific	EVOS FL
Laminar flow hood	Thermo Fisher Scientific	1300 series class II, type A2
Laminin	Cultrex	3400-010
L-glutamine supplement, Glutagro	Corning	25-015-CI
MEM NEAAs	Corning	25-025-CI
Multiwell plates, Falcon	BD	353934, 353075
N-2 Supplement	CTS	A1370701
Neurobasal Medium	Life Technologies	21103049
PBS (Ca and Mg free)	Life Technologies	10010023
Pipette filler	Eppendorf	Z768715-1EA
Pipette tips	USA scientific	1111-2830
Pipettes	Fisherbrand	13-678-11E, 13-678-11F
PO	Sigma-Aldrich	P3655
polymer coverslip bottom imaging plates, ibidi	ibidi	81156
RA	Sigma-Aldrich	R2625
SB431542	R&D systems	1614
Trypan blue stain, 0.4%	Thermo Fisher Scientific	15250-061
Ultra-low attachment plates	Fisher Scientific	07-200-601
Y-27632 dihydrochloride	R&D systems	1254