JoVE 비디오를 활용하시려면 도서관을 통한 기관 구독이 필요합니다. 전체 비디오를 보시려면 로그인하거나 무료 트라이얼을 시작하세요.
Method Article
본 프로토콜은 소뇌 발달의 초기 단계를 조사하기 위해 유도 만능 줄기 세포로부터 소뇌 세포의 2D 단층 생성을 설명합니다.
소뇌의 정확하고시기 적절한 발달은 정확한 운동 조정과 균형뿐만 아니라인지에도 중요합니다. 또한 소뇌 발달의 혼란은 자폐증, 주의력 결핍 과잉 행동 장애 (ADHD) 및 정신 분열증을 포함한 많은 신경 발달 장애와 관련이 있습니다. 인간의 소뇌 발달에 대한 조사는 이전에 사후 연구 또는 신경 영상을 통해서만 가능했지만 이러한 방법은 많은 신경 발달 장애가 발생하는 초기 발달 동안 생체 내에서 발생하는 분자 및 세포 변화를 이해하기에 충분하지 않습니다. 체세포에서 인간 유도 만능 줄기 세포 (iPSC)를 생성하는 기술의 출현과 iPSC를 뉴런으로 재 분화시키는 능력은 초기 뇌 발달의 시험관 내 모델링을위한 길을 열었습니다. 본 연구는 2차원(2D) 단층 구조가 필요한 응용 분야를 위해 소뇌 세포를 생성하기 위한 단순화된 단계를 제공합니다. 초기 발달 단계를 나타내는 소뇌 세포는 다음 단계를 통해 인간 iPSC에서 파생됩니다 : 먼저 배아체를 3 차원 (3D) 배양으로 만든 다음 FGF2 및 인슐린으로 처리하여 소뇌 운명 사양을 촉진하고 마지막으로 폴리 -l- 오르니 틴 (PLO) / 라미닌 코팅 기판에서 단층으로 말단으로 분화됩니다. 분화 35일째에 iPSC 유래 소뇌 세포 배양은 ATOH1, PTF1α, PAX6 및 KIRREL2를 포함한 소뇌 마커를 발현하며, 이는 이 프로토콜이 글루타메이트성 및 GABAergic 소뇌 뉴런 전구체와 푸르킨제 세포 전구체를 생성함을 시사합니다. 또한, 분화 된 세포는 뚜렷한 뉴런 형태를 나타내며 TUBB3와 같은 뉴런 정체성의 면역 형광 마커에 양성입니다. 이 세포는 세마포린 -4C, 플렉신 -B2 및 뉴로 필린 -1을 포함한 축삭 유도 분자를 발현하며 신경 돌기 성장 및 시냅스 연결성의 분자 메커니즘을 조사하기위한 모델이 될 수 있습니다. 이 방법은 2D 단층 형식이 필요한 유전자 발현, 생리학 및 형태학적 연구를 포함한 다운스트림 응용 분야에 유용한 인간 소뇌 뉴런을 생성합니다.
인간의 소뇌 발달과이 과정의 중요한 시간 창을 이해하는 것은 신경 발달 장애의 가능한 원인을 해독 할뿐만 아니라 치료 적 개입을위한 새로운 표적을 식별하는 데에도 중요합니다. 시험관 내에서 인간 소뇌 발달을 모델링하는 것은 어려운 일이었지만 시간이 지남에 따라 소뇌 혈통 운명을 가진 인간 배아 줄기 세포(hESC) 또는 iPSC를 분화하는 많은 프로토콜이 등장했습니다.1,2,3,4,5,6,7,8 . 또한 재현 가능한 결과를 생성하고 비교적 간단하며(오류를 줄이기 위해) 금전적 비용이 많이 들지 않는 프로토콜을 개발하는 것이 중요합니다.
소뇌 분화를 위한 첫 번째 프로토콜은 도금된 배아체(EB)의 2D 배양에서 생성되어 WNT, BMP 및 FGF 1,9를 포함하여 생체 내 발달과 유사한 다양한 성장 인자로 소뇌 운명을 유도했습니다. 보다 최근에 발표된 프로토콜은 주로 FGF2 및 인슐린을 사용한 3D 오가노이드 배양에서 분화를 유도하고, 이어서 마름모꼴 립형 구조3,4에 대해 FGF19 및 SDF1을 유도하거나, FGF2, FGF4 및 FGF85의 조합을사용했습니다. 두 소뇌 오가노이드 유도 방법 모두 동일한 시점에서 유사한 소뇌 마커 발현을 보고했기 때문에 유사한 3D 소뇌 오가노이드를 생성했습니다. Holmes와 Heine은 3D 프로토콜5를 확장하여 2D 소뇌 세포가 3D 응집체로 시작하는 hESC 및 iPSC에서 생성될 수 있음을 보여주었습니다. 또한 Silva et al.7은 3D에서 2D로 전환하고 성장 및 성숙 시간을 연장하는 다른 시점을 사용하여 Holmes와 Heine과 유사한 접근 방식으로 2D에서 성숙한 소뇌 뉴런을 나타내는 세포를 생성 할 수 있음을 입증했습니다.
현재 프로토콜은 인슐린과 FGF2를 사용하여 자유 부동 배아체(EB)를 생성한 다음 2D 성장 및 분화를 위해 14일째에 PLO/라미닌 코팅 접시에 EB를 플레이팅하여 피더가 없는 iPSC에서 소뇌 운명을 유도합니다. 35 일째에 소뇌 정체성을 가진 세포가 얻어진다. 특히 2D 환경에서 소뇌 발달의 초기 단계를 요약하는 기능을 통해 연구원은 단층 구조 실험이 필요한 특정 질문에 답할 수 있습니다. 이 프로토콜은 또한 원하는 세포 집단을 풍부하게하기 위해 마이크로 패턴 표면, 축삭 성장 분석 및 세포 분류와 같은 추가 수정이 가능합니다.
인간 피험자 연구는 아이오와 대학교 기관 검토위원회 승인 번호 201805995 및 아이오와 대학교 인간 다 능성 줄기 세포위원회 승인 번호 2017-02에 따라 승인되었습니다. 피부 생검은 서면 사전 동의를 얻은 후 피험자로부터 얻었습니다. 섬유아세포를 37°C 및 5%CO2에서 15% 소 태아 혈청(FBS) 및 1% MEM-비필수 아미노산 용액으로 DMEM에서 배양하였다. 섬유아세포는 전기천공을 위해 뉴클레오펙터를 사용하는 제조자의 프로토콜( 재료 표 참조)에 따라 에피솜 재프로그래밍 키트를 사용하여 재프로그래밍되었습니다. 모든 절차는 클래스 II 유형 A2 생물 안전 캐비닛 (줄여서 "후드")에서 수행되었습니다. 모든 세포 배양 배지는 항생제가 없었습니다. 따라서 후드에 들어간 모든 구성 요소는 70 % 에탄올로 세척되었습니다. 모든 세포 배양 배지 및 성분은 멸균 여과되거나 후드에서 개봉되어 이들의 멸균성을 유지하였다.
1. 실험 준비
2. 피더가 필요 없는 iPSC 배양
3. 소뇌 분화
알림: 차별화를 시작하기 전에 iPSC는 6개의 35mm 접시로 통과되며 70% 컨플루언스에 있을 때 차별화할 준비가 됩니다. 각 35mm 플레이트는 6웰 플레이트의 한 웰로 옮겨집니다.
4. RNA 분리를 위한 샘플 준비
5. 면역형광염색을 위한 세포 준비
참고: 24웰 플레이트의 경우 웰당 1EB이면 충분합니다.
3D에서 2D로의 소뇌 분화 개요
소뇌 세포는 iPSC에서 시작하여 생성됩니다. 그림 1A 는 전체 워크플로와 차별화를 위한 주요 구성 요소의 추가를 보여줍니다. 0일째에 EB는 SB431542 및 Y-27632가 포함된 CDM의 당겨진 유리 피펫을 사용하여 iPSC 콜로니(그림 1B)를 부드럽게 들어 올리고 초저 부착 플레이트에 배치하여 만듭니다. FGF2는 2일째에 추가?...
시험관 내에서 인간 소뇌 발달을 모델링하는 능력은 질병 모델링뿐만 아니라 정상적인 뇌 발달에 대한 이해를 높이는 데 중요합니다. 덜 복잡하고 비용 효율적인 프로토콜은 복제 가능한 데이터 생성 및 여러 과학 실험실에서 광범위한 구현을 위한 더 많은 기회를 만듭니다. 소뇌 분화 프로토콜은 Muguruma et al.에 의해보고 된 성장 인자를 사용하여 효소 또는 해리 제를 필요로하지 않는 EB를 ...
저자는 선언 할 이해 상충이 없습니다.
우리는 Jenny Gringer Richards가 통제 대상을 검증하는 데 철저한 노력을 기울인 것에 대해 감사 드리며, 그로부터 통제 iPSC를 생성했습니다. 이 작업은 NIH T32 MH019113 (D.A.M. 및 K.A.K.), Nellie Ball Trust (T.H.W. 및 AJW), NIH R01 MH111578 (V.A.M. 및 J.A.W.), NIH KL2 TR002536 (A.J.W.), 및 Roy J. Carver Charitable Trust (V.A.M., J.A.W. 및 AJW). 수치는 BioRender.com 로 만들어졌습니다.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
10 mL Serological pipette | Fisher Scientific | 13-678-26D | |
1-thio-glycerol | Sigma | M6145 | |
2 mL Serological pipette | Fisher Scientific | 13-678-26B | |
250 mL Filter Unit, 0.2 µm aPES, 50 mm Dia | Fisher Scientific | FB12566502 | |
35 mm Easy Grip Tissue Cluture Dish | Falcon | 353001 | |
4D Nucleofector core unit | Lonza | 276885 | Nucleofector |
5 mL Serological pipette | Fisher Scientific | 13-678-25D | |
60 mm Easy Grip Tissue Culture Dish | Falcon | 353004 | |
6-well ultra-low attachment plates | Corning | 3471 | |
9" Disposable Pasteur Pipets | Fisher Scientific | 13-678-20D | |
Apo-transferrin | Sigma | T1147 | |
Bovine serum albumin (BSA) | Sigma | A9418 | |
Cell culture grade water | Cytiva | SH30529.02 | |
Chemically defined lipid concentrate | Gibco | 11905031 | |
Chroman 1 | Cayman | 34681 | |
Class II, Type A2, Biological safety Cabinet | NuAire, Inc. | NU-540-600 | Hood, UV light |
Costar 24-well plate, TC treated | Corning | 3526 | |
Costar 6-well plate, TC treated | Corning | 3516 | |
DAPI solution | Thermo Scientific | 62248 | |
DMEM | Gibco | 11965092 | |
DMEM/F12 | Gibco | 11320033 | |
DMSO (Dimethly sulfoxide) | Sigma | D2438 | |
DPBS+/+ | Gibco | 14040133 | |
Emricasan | Cayman | 22204 | |
Epi5 episomal iPSC reprogramming kit | Life Technologies | A15960 | |
Essential 8-Flex | Gibco | A2858501 | PSC medium with heat-stable FGF2 |
EVOS XL Core Imaging system | Life Technologies | AMEX1000 | |
Fetal bovine serum - Premium Select | Atlanta Biologicals | S11150 | |
FGF2 | Peprotech | 100-18B | |
GlutaMAX supplement | Gibco | 35050061 | L-alanine-L-glutamine supplement |
Ham's F12 Nutrient Mix | Gibco | 11765054 | |
HERAcell VIOS 160i CO2 incubator | Thermo Scientific | 50144906 | |
Human Anti-EN2, mouse | Santa Cruz Biotechnology | sc-293311 | |
Human anti-Ki67/MKI67, rabbit | R&D Systems | MAB7617 | |
Human anti-PTF1a, rabbit | Novus Biologicals | NBP2-98726 | |
Human anti-TUBB3, mouse | Biolegend | 801213 | |
IMDM | Gibco | 12440053 | |
Insulin | Gibco | 12585 | |
Laminin Mouse Protein | Gibco | 23017015 | |
Matrigel Matrix | Corning | 354234 | Basement membrane matrix |
MEM-NEAA | Gibco | 11140050 | |
Mini Centrifuge | Labnet International | C1310 | Benchtop mini centrifuge |
Monarch RNA Cleanup Kit (50 µg) | New England BioLabs | T2040 | Silica spin columns |
Monarch Total RNA Miniprep Kit | New England BioLabs | T2010 | Silica spin columns |
N-2 supplement | Gibco | 17502-048 | |
Neurobasal medium | Gibco | 21103049 | |
PBS, pH 7.4 | Gibco | 10010023 | |
PFA 16% | Electron Microscopy Sciences | 15710 | |
Polyamine supplement | Sigma | P8483 | |
Poly-L-Ornithine (PLO) | Sigma | 3655 | |
Potassium chloride | Sigma | 746436 | |
SB431542 | Sigma | 54317 | |
See through self-sealable pouches | Steriking | SS-T2 (90x250) | Autoclave pouches |
Sodium citrate dihydrate | Fisher Scientific | S279-500 | |
Syringe filters, sterile, PES 0.22 µm, 30 mm Dia | Research Products International | 256131 | |
Trans-ISRIB | Cayman | 16258 | |
TRIzol Reagent | Invitrogen | 15596018 | Phenol and guanidine isothiocyanate |
TrypLE Express Enzyme (1x) | Gibco | 12604039 | Cell dissociation reagent |
Vapor pressure osmometer | Wescor, Inc. | Model 5520 | Osmometer |
Y-27632 | Biogems | 1293823 |
JoVE'article의 텍스트 или 그림을 다시 사용하시려면 허가 살펴보기
허가 살펴보기This article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. 판권 소유