인간 만능 줄기세포에서 신경 망막 생성

요약

본 프로토콜은 높은 반복성과 효율성으로 망막 오가노이드의 접착 및 융합을 감소시키는 최적화된 3D 신경 망막 유도 시스템을 설명합니다.

초록

망막병증은 전 세계적으로 실명의 주요 원인 중 하나입니다. 망막병증의 발병기전을 조사하는 것은 망막병증의 조기 진단과 적시 치료에 필수적입니다. 불행히도 윤리적 장벽은 인간으로부터 증거를 수집하는 것을 방해합니다. 최근 수많은 연구에서 인간 만능 줄기세포(PSC)가 다양한 유도 프로토콜을 사용하여 망막 오가노이드(RO)로 분화될 수 있음을 보여주었으며, 이는 질병 모델링, 약물 스크리닝 및 줄기 세포 기반 치료를 위한 망막병증에서 엄청난 잠재력을 가지고 있습니다. 이 연구는 소포 형성 및 융합 가능성을 크게 줄여 60일까지 생산 성공률을 높이는 신경 망막(NR)을 생성하기 위한 최적화된 유도 프로토콜을 설명합니다. 특정 보완 요인과 결합된 해리 후 PSC의 자체 재구성 능력을 기반으로 하는 이 새로운 방법은 NR 분화를 구체적으로 유도할 수 있습니다. 또한, 이 접근법은 복잡하지 않고, 비용 효율적이며, 주목할 만한 반복성과 효율성을 보여주고, 망막 질환의 개인화된 모델에 대한 고무적인 전망을 제시하며, 세포 치료, 약물 스크리닝 및 유전자 치료 테스트와 같은 응용 분야를 위한 풍부한 세포 저장소를 제공합니다.

서문

눈은 인간의 감각 기관 중 주요 정보 공급원 역할을 하며, 망막은 포유류 눈의 주요 시각 감각 조직이다¹. 망막병증은 전 세계적으로 안과 질환의 주요 원인 중 하나로, 실명을 유발한다². 전 세계적으로 약 285만 명의 사람들이 망막병증으로 인한 다양한 정도의 시력 장애를 겪고 있습니다³. 따라서 발병 기전을 조사하는 것은 조기 진단과 시기 적절한 치료에 매우 중요합니다. 인간 망막증에 대한 대부분의 연구는 주로 동물 모델에 초점을 맞추고 있다 ^4,5,6. 그러나 인간의 망막은 다양한 세포 유형으로 구성된 복잡하고 다층 조직입니다. 기존의 2차원(2D) 세포 배양 및 동물 모델 시스템은 일반적으로 인간 망막의 정상적인 시공간 발달 및 약물 대사를 충실하게 재현하지 못합니다 ^7,8.

최근에는 3D 배양 기술이 발전하여 만능 줄기 세포(PSC)에서 조....

프로토콜

이 연구는 헬싱키 선언의 원칙에 따라 수행되었으며 중국 PLA 종합 병원의 기관 윤리 위원회의 승인을 받았습니다. WA09(H9) ESC 라인은 WiCell 연구소에서 입수했습니다.

1. 배양 배지 및 시약 준비

1. 인간 ESC 배양 배지 및 통로 용액
   1. 유지 배지(MM): 500mL의 완전한 MM(기초 배지 + 5x 보충, 재료 표 참조)을 무균 상태로 준비합니다. 보충제 5배를 실온(RT)에서 또는 2-8°C에서 하룻밤 동안 해동합니다. RT로 예열하십시오. 보충제가 탁해지지 않을 때까지 사용 전에 잘 저어줍니다.
   2. 1% 세포외 기질(ECM): 사전 냉각된 피펫 팁과 멸균 튜브를 사용하여 튜브당 200μL의 ECM( 재료 표 참조)을 얼음에 분주합니다. 튜브를 -20°C 냉동고에 보관하십시오. ECM을 얼음 위에서 녹이고 1:100에서 사전 냉각된 DMEM/F12로 희석합니다.
   3. 0.5mM pH = 8.0 EDTA: 500mL의 0.5mM EDTA를 제조하려면 500μL의 0.5M EDTA와 0.9g의 NaCl을 1x Dulbecco의 인산염 완충 식염수(DPBS) 500mL에 추가합니다....

토론

인간 RO는 태아 망막의 발달을 공간적, 시간적으로 재현할 수 있으며, 초기 RO는 동등한 발달 단계에서 태아 망막과 높은 수준의 유사성을 나타낸다¹⁵. 조직 형태 및 분자 발현 측면에서 인간 RO는 망막 조직의 실제 성장 상태를 밀접하게 반영하여 질병 모델링, 약물 스크리닝 및 재생 의학 분야에서 전례 없는 엄청난 기회를 제공합니다. 현재, in vitro에서 인간 PSC로부터 RO를 ?.......

자료

Name	Company	Catalog Number	Comments
0.01 M TPBS	Servicebio	G0002	Washing slices
4% Paraformaldehyde	Servicebio	G1101-500ML	Fix retinal organoids
5 mL Pasteur pipette	NEST Biotechnology	318516	Pipette retinal organoids
96 V-bottomed conical wells	Sumitomo Bakelit	MS-9096VZ
Adhesion Microscope Slides	CITOTEST	188105	Fix slices
AggreWell medium	STEMCELL Technologies	5893	Medium
Anhydrous ethanol	SINOPHARM	10009218	Dehydrate
Anti-CHX10	Santa Cruz	sc-365519	Primary antibody
Antifade Solution	ZSGB-BIO	ZLI-9556
Anti-KI67	Abcam	ab16667	Primary antibody
Anti-NESTIN	Sigma	N5413	Primary antibody
Anti-Neuronal Class III β-Tubulin(TUJ1)	Beyotime	AT809	Primary antibody
Anti-PAX6	Abcam	ab195045	Primary antibody
Cell dissociation solution(CDS)	STEMCELL Technologies	7922	Cell dissociation
CHIR99021	Selleckchem	S2924	GSK-3α/β inhibitor
Cholesterol Lipid Concentrate	Gibco	12531018	250×
Citrate Antigen Retrieval Solution	Servicebio	G1202-250ML	20×, pH 6.0
CS10	STEMCELL Technologies	1001061	Cell Freezing Medium
DAPI	Roche	10236276001	Nuclear counterstain
Dimethyl sulfoxide(DMSO)	Sigma	D2650
DMEM/F12	Gibco	11330032	Medium
DMEM/F12-GlutaMAX	Gibco	10565018	Medium
Donkey anti-Mouse Alexa Fluor Plus 488	Invitrogen	A32766	Secondary Antibody
Donkey anti-Rabbit Alexa Fluor 568	Invitrogen	A10042	Secondary Antibody
Ethylene Diamine Tetraacetic Acid (EDTA)	Biosharp	BL518A	0.5 M, pH 8.0, cell dissociation
Extracellular matrix (ECM)	Corning	354277	Coating plates
F12-Glutamax	Gibco	31765035	Medium
Fetal Bovine Serum	Gibco	A5669701
Flow-like tissue cell quantitative analyzer	TissueGnostics	TissueFAXS Plus	Scan sections
IMDM-GlutaMAX	Gibco	31980030	Medium
IWR1-endo	Selleckchem	S7086	Wnt-inhibitor
KnockOut Serum Replacement	Gibco	10828028
LDN-193189 2HCl	Selleckchem	S7507	BMP-inhibitor
Low-adhesion 24-well Plates	Corning	3473
Low-adhesion 6-well Plates	Corning	3471
Maintenance medium (MM)	STEMCELL Technologies	85850	Medium
N2 supplement	Gibco	17502048
Normal Donkey Serum	Solarbio	SL050	Blocking buffer
Paraplast	Leica	39601006	Tissue embedding
PBS pH 7.4 basic (1x)	Gibco	C10010500BT	Without Ca+,Mg+
Reconbinant human bone morphogenetic protein-4(rhBMP4)	R&D	314-BP	Key protein factor
Retinoic acid	Sigma	R2625	Powder, keep out of light
SB431542	Selleckchem	S1067	ALK5-inhibitor
SU5402	Selleckchem	S7667	Tyrosine kinase inhibitor
Super PAP Pen	ZSGB-BIO	ZLI-9305
Taurine	Sigma	T0625-10G
Thioglycerol	Sigma	M1753
Triton X-100	Sigma	X100	Permeabilization
WA09 embryonic stem cell line	WiCell Research Institute		Cell line
Xylene	SINOPHARM	10023418	Dewaxing
Y-27632 2HCL	Selleckchem	S1049	ROCK-inhibitor