Kristen Brennand is a New York Stem Cell Foundation - Robertson Investigator. The Brennand Laboratory is supported by a Brain and Behavior Young Investigator Grant, National Institute of Health (NIH) grant R01 MH101454 and the New York Stem Cell Foundation.

1. hiPSC 차별화 신경 전구 세포에 <ol><li> 성장과 인간 배아 줄기 세포에서 hiPSCs을 확장 (HES) 미디어 (표 1) 공동 배양 마우스 배아 섬유 아세포 (MEF) 큰 (그러나 subconfluent) 식민지가 배아 체 (EB) 중간 통해 신경 차별화를위한 준비가 될 때까지 세포층에 (그림 2). 루틴 hiPSC 배양 조건은 다른 웰 (16, 17) 기재되어 있고; 3 매 7 일마다 : 잠깐, 합류 할 때까지 MEF 피더 레이어에 HES 미디어에서 hiPSCs 성장, 후 효소 콜라게나 제 (DMEM에 1 ㎎ / ㎖)와 통로는 약 1 확장합니다. </li><li> 폴리 -L- 오르니 틴 (유리 표면에 50 ㎍ / ㎖) 플라스틱 표면에 대한 멸균 ㎖ / 10g과 폴리 -L- 오르니 틴 / 라미닌 코팅 플레이트, 코팅 플레이트를 준비하고, 3-24 시간 동안 RT에서 배양. 3-24 시간 동안 실온에서 멸균 PBS에 5g / ml의 라​​미닌과 멸균 후 코트에 한 번 이상 세척 할 것. 참고 : 플라스틱에 싸여 경우, 플레이트가 될 수 있습니다6 개월까지 -20 ºC 저장. </li><li> 1 일에, 효소 DMEM / F12에 1 ㎎ / ㎖ 콜라게나 제 IV를 사용하여 플레이트 큰 식민지에서 (예를 Matrigel에 TeSR 18 정의 미디어에서 재배 일반적으로 MEFs에 성장, 또는 hiPSCs) subconfluent hiPSCs를 들어 올립니다. 참고 : 37 ºC에서 배양 1-2 시간 후, 식민지는 접시에 떠있는 것입니다. </li><li> 조심스럽게 DMEM / F12, 2 ㎖ / 웰의 N2 / B27 미디어 (표 1)과 비 부착 6 잘 요리로 전송에 재현 탁과 1-2X를 (안 원심 분리, 침전에 의해) hiPSC 식민지를 씻어 (1으로 3 우물을 결합 - 음) 19. 참고 : 숙박, 식민지 부동 구형 클러스터를 형성 할 것이다 &quot;는 배아 체&quot;(사채)를 지칭. 상당한 세포 죽음을 기대합니다. </li><li> 그리고 2 일, 틸트 판에하는 사채가 정착 할 수 있습니다. 조심스럽게 미디어를 제거하고 이물질을 제거하는 DMEM / F12 한 번 씻는다. N2와 피드 / 듀얼 SMAD 억제제 (0.1M LDN193189 및 10M SB431542) (12)로 보충 B27 미디어를 </&gt; SUP. </li><li> 3-7 일에, neuralization 듀얼 SMAD 억제의 맥락에서 발생합니다; 사채 라운드 만 낭포 성이 아닌지 확인합니다. 사채 0.1M LDN193189과 10M SB431542 보충 N2 / B27 미디어를 격일로 공급. </li><li> 신경 로제트는 (apico - 기초 극성 neuroepithelial 세포의 원형 클러스터 특징 몇 일 이내에 나타나기 시작하는 일 7-14에서 코팅 된 플레이트 폴리 -L- 오르니 틴 / 라미닌에 사채의 도금 다음, 시야 현미경을 이용하여 확인; 그림 1). 부착 사채 0.1M LDN193189, 10M SB431542 및 1g / ㎖ 라미닌 보충 N2 / B27 미디어를 격일로 먹이를 계속합니다. </li></ol> 신경 근엽 2. 수확 참고 : 우리는 신경 근엽이 효소 신경 장미 선택 시약 (20) 또는 유사한 선택 시약을 사용하여 수확하는 것이 좋습니다. 신경 로제트 수동 6 자 폴리 -L- 오르니 틴 / 라미닌 코팅 플레이트, 생에 뽑힐 수 있지만의 방법론은 더 NPC들에 대한 풍부하고 비 신경 세포 유형을 고갈 하루 20 따기의 두 번째 라운드가 필요할 수 있습니다, 사용자의 기술에 의존, 마스터에 광범위한 교육을 받아,. <ol><li> 14 일에 신경 로제트의 효소 선택, 접착 사채에서 흡인 미디어는 6 웰 플레이트에 잘 당 신경 장미 선택 시약 1 ㎖를 추가합니다. 1 시간 37 ºC에서 품어. </li><li> P1000의 pipetman으로, 부드럽게 각 우물에서 효소를 제거합니다. 씻어 잘 당 DMEM / F12 1 ML을 추가합니다. </li><li> P1000과 함께, DMEM / F12의 1 ㎖의를 수집하고 신속 따라서 판에서 로제트를 분리, 우물에 다시 DMEM / F12을 추방. 팔콘 튜브에 로제트를 수집합니다. </li><li> 피펫 다른 한 DMEM / F12 ml의 신속 남은 로제트를 분리하기 위해 같은 우물에 추방. (씹다하지 마십시오. 장미 집계를 나누는 않도록한다). 같은 팔콘 튜브에 신경 로제트를 수집합니다. </li><li> 단계를 반복하여 필요에 따라 2.4. 로제트가 쉽게 분리되지 않는 경우, 미주리 추가효소를 다시하고 같은 과정을 반복 (2.1-2.4 단계) </li><li> 3 분 동안 300 XG에서 세포를 스핀. 기음 세척 및 NPC 미디어 (표 1) 2 ㎖에 로제트를 다시 일시 중지합니다. 전송 세포 (1 : 1)로 폴리 -L- 오르니 틴 / 라미닌로 6 웰 플레이트를 코팅. </li><li> 일 15-21에서 신경 근엽은 확장됩니다; 공급 로제트 NPC 미디어와 격일. </li><li> 신경 로제트의 품질을 평가하고 평평한 섬유 아세포와 같은 세포가 문화 내에서 확장되지 않도록. 참고 : 비 로제트가 지속되면, NPC 문화 때때로 Accutase에 집어 근엽 만 최선을 선택, 수동 따기에 의해 회수 할 수있다. 37 ºC에서 15 분을 떼어 놓다. 펠렛, 세척 및 NPC의 미디어 판 (24) 웰 폴리 - L - 오르니 틴 / 라미닌 코팅 된 판에. </li></ol> 신경 전구 세포의 3. 확장 참고 : hiPSC의 NPC Matrigel- 또는 폴리 -L- 오르니 틴 / 라미닌 코팅 된 플레이트 중 하나에 성장시킬 수있다. 우리는 일반적으로 Matrige를 사용L 플레이트들이보다 신속하게 준비하고 저렴한 비용으로 할 수있다. <ol><li> 빨리, 마트 리겔 코팅 된 플레이트를 준비 해동 24 ml의 마트 리겔의 1mg의 냉동 나누어지는을 재현 탁 차가운 DMEM / F12을 즉시 2 ~ 6 웰 플레이트의 각 웰에 2 ㎖를 배포합니다. 37 ºC에서 적어도 1 시간 동안 품어. 참고 : 마트 리겔은 사용하기 직전에, 세척하지, 흡입 될 필요가있다. </li><li> 격일의 NPC를 공급하고 매우 높은 밀도로 유지하거나 자발적으로 신경 세포로 분화됩니다. 참고 : 비록 더 설립의 NPC는 일반적으로 1 분할 : 2로 자주으로 2 주에 1 회 : 매주 4, 매우 낮은 통로의 NPC 1을 분할 할 수있다. </li><li> 분할 먼저 대기음 미디어와 6 웰 플레이트의 웰 당 1 ml의 따뜻한 Accutase (1X)를 추가합니다. 10 ~ 15 분 동안 37 ºC에서 품어. </li><li> 부드럽게 가능한 적은 기계적 스트레스 DMEM / F12를 함유하는 15 ㎖의 튜브에 분리 된 세포를 옮긴다. 효소에있는 동안 세포를 적정하지 마십시오. spinni에 의해 펠렛 세포5 분 동안 1,000 XG에 ng를. </li><li> 세척을 대기음, 원래 잘 당 ~ 1 ml의 NPC 미디어에서 NPC가 다시 중단의 6 자. 참고 : 6 잘 접시의 합류 우물 5-10000000 세포를 가지고 기대; 이것은 종래 hematocytometer를 재 도금을 이용하여 세포의 분취 량은 10L를 카운팅함으로써 확인 될 수있다. </li><li> NPC의 신경 세포 또는 neurosphere를 같이 다시 정지, 재 판 NPC가 다음. 6 웰 플레이트의 웰 당 약 1-2000000 세포를 플레이트, 엔피씨을 유지합니다. neurosphere 형성의 효율은 실험 세포주 사이에서 다양하지만, 200,000 내지 1,000,000 세포를 미부착 된 6- 웰 플레이트의 웰 당 시딩하는 경우 가장 일반적으로 발생할 수있다; neurosphere를의 응집이 발생하는 경우, 시드 세포의 수를 감소시킨다. 신경 매체와 NPC 미디어를 교체 6 웰 플레이트의 웰 당 신경 세포로 분화하는, 판 약 20 만 세포. </li><li> 면역 조직 화학 염색 모든 설립 NPC 라인을 확인합니다. 일단 충분한 세포 물질이있다 EXPAN네 스틴 및 SOX2에 대한 항체 DED, 라벨의 NPC. 검증 NPC 라인도 4-6주에 대한 신경 세포로 분화, 및 III-튜 불린과 MAP2AB에 대한 항체로 표시되어야합니다. <ol><li> 10 분 동안 4C으로 PBS 중의 4 % 파라 포름 세포를 고정. PBS 중 1.0 % 트리톤 15 분 동안 RT에서의 NPC를 Permeabilize 하시려면 다음 실온에서 30 분 동안 0.1 % 트리톤으로 5 % 당나귀 혈청 차단. </li><li> 밤새 4C에서 0.1 % 트리톤 (Triton)와 5 % 당나귀 혈청 차 항체로 품어. 참고 : 우리는 다음과 같은 항체를 추천 : 염소 항 - SOX2, 1 : 200; 마우스 항 인간 네 스틴, 1 : 200; 토끼 항 - 튜 불린 βIII, 1 : 500; 마우스 항 - 튜 불린 βIII, 1 : 500; 마우스 항 MAP2AB, 1 : 200. (그림 2). </li><li> 실온에서 1 ~ 2 시간 동안 0.1 % 트리톤과 5 %의 당나귀 혈청, 300 : PBS로 세척 후, 1 염소, 마우스 또는 토끼에 대한 적절한 결합 된 이차 항체와 이차 항체 세포를 배양한다. 0.5 ㎍ / ㎖의 DAPI (4 &#39;와 핵, 얼룩 세포를 시각화, 6 diamidino -2- 페닐 인돌 다음)과 Vectashield에 마운트합니다. </li></ol></li></ol> 4. NPC 형질 도입 <ol><li> 형질 감염된 세포 (21)의 비율을 증가시키는 (1 시간 동안 1,000 XG에서 바이러스의 존재하에 세포 배양 판을 원심 분리)을 사용 spinfection. NPC 미디어에 희석 감염 원하는 다중성 (일반적으로 1 ~ 10) (MOI)에 titered 대기음 매체와 관련 과발현 (또는 제어) 렌티 바이러스 (또는 레트로 바이러스)로 교체합니다. 1.5 ml의 6 웰 플레이트의 웰 당 볼륨 (또는 조직 배양 접시의 다른 유형에 대한 적절한 규모의 볼륨)를 사용합니다. 1000 XG에 스핀과 접시 원심 분리기에서 1 시간 37 ºC. 참고 : 이상적으로, 분할 1 ~ 2 일 이내에 렌티 바이러스 또는 레트로 바이러스 벡터와 NPC의 형질 도입. 상업적 또는 실험실 준비 바이러스를 사용하든, 적절 용액을 희석하여 사전에 바이러스의 배치를 역가하는 것이 도움이 될 수 있습니다. (그림 3). </li><li> CEL을 줄이기 위해하여 세포 죽음, spinfection의 8 시간 내에서 미디어를 교체합니다. 참고 : 바이러스 성 통합 및 유전자 발현은 리포터 유전자 형광 24 시간 이내에 검출 할 수 있어야합니다. (바이러스가 형광 기자 부족하면,이 평가하기 어렵다; 성공적으로 형질이 가장 과발현 제품에 대한 면역, 면역 조직 화학 또는 qPCR에 의해 검증 될 수있다.) 전체 표현 3-7 일이 소요될 수 있습니다; 추가적인 바이러스 반복 spinfections는 형질 감염된 세포의 백분율을 증가시키기 위해 필요할 수있다. 재발 spinfections 매일 발생할 수 있지만, 너무 자주 할 필요는 없다. 이상적으로, 형광 기자를 사용하는 경우,&gt; 세포의 80 %가 표시되어야합니다. </li></ol> 5. Neurosphere 마이그레이션 분석 참고 : 엔피씨의 효소 분해 다음 자발적으로 neurosphere를 양식 - 세포 NPC 미디어에 정지에서 배양하는 경우, (NPC 확장에 사용되는 것과 동일한 방식으로는 3.3-3.6 단계). <ol><li> 간단히, 해리 성장neurosphere를 생성하기 위해 비 접착 성 판에서 48 시간 동안 NPC 미디어에서 D의 NPC. (그림 4). </li><li> neurosphere 마이그레이션의 경우, 96 웰 플레이트에, 오히려 DMEM보다 따기 neurosphere하기 전에 1-2 시간을 초기 NPC 미디어를 사용하여 신선한 마트 리젤 판을 준비합니다. 우물에서 마트 리젤을 대기음하지 마십시오. </li><li> 원래 배아 줄기 세포 유래 neurosphere를 22 용으로 제작 된 바와 같이, 수동으로 세포 파편을 제거하기 위해 NPC 미디어에 한 번 세척 후, 현미경으로 NPC 파생 neurosphere를을 선택합니다. 마트 리겔 - 코팅 된 96- 웰 플레이트의 각 웰에 하나 neurosphere 전송. </li><li> 각 96 웰 플레이트에 neurosphere를에, 차가운 NPC 미디어에 희석 추가로 0.5 mg의 마트 리젤을 추가합니다. </li><li> 수동 웰 피펫 팁을 사용하는 도중에 각 neurosphere 중앙. 주 : 결과에 변동을 감소시키기 위해, 유사한 크기를 neurosphere를 선택하는 것이 중요하다. </li><li> 마이그레이션이 48 시간 동안 발생하고 w 세포를 고정 할 수 있도록 허용원하는 면역 마커 번째 4 % 파라 포름 알데히드와 얼룩. </li><li> 방사상 이동은 완전히 4X 현미경 대물 렌즈를 사용하는데, 사진 neurosphere를 결정해야하는 경우. 우물의 가장자리 또는 분석에서 두 번째 neurosphere 연락 어떤 neurosphere를 제외. 참고 : 마이그레이션 이상 48 시간 동안 발생하는 경우, 결과 방사형 마이그레이션 가능성이 4 배 목표를 사용하여 이미지에 너무 큰 것입니다. </li><li> NIH ImageJ에 소프트웨어 (그림 5)를 사용하여 각 neurosphere에서 평균 이동을 측정한다. 이는 후술하는 분석 방법 중 하나를 사용하여 수행 할 수있다 : <ol><li> 방사형 마이그레이션 : <ol><li> 수동 후 얻어진 도형의 면적을 계산하기 위해 측정 (Ctrl 키 + M) 함수를 사용하여 자유 선택 도구를 사용하여 마이그레이션 먼 셀 가장자리를 추적. 측정하기 전에 지역은 면적이 분석 탭에서 볼 수있는 설정 측정 창에서 선택되어 있는지 확인합니다. 사용면적 측정과 원 (A = πr 2)의 영역에 대한 방정식의 값은 반경 (외부)을 결정합니다. </li><li> 원래의 에지 neurosphere 추적 면적을 측정하고 같은 방법으로 반경 (내측)을 계산한다. 외부 및 내부 반경 사이의 차이로서 총 방사상 이동을 계산한다. </li></ol></li><li> 최고의 휴대 마이그레이션 : <ol><li> 측정 (Ctrl 키 + M) 함수 다음에 직선 선택 도구를 사용하여 내부 neurosphere의 가장자리로부터 먼 다섯 셀로 이동 거리를 측정한다. </li></ol></li></ol></li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

우리는 NPC들에 hiPSCs는 신경 세포의 종류가있는 hiPSC 유래 신경 세포의 유전자 서명의 상당 부분이 보존되고 그 잠재적으로 질병의 발병 기전 (8)에 기여하는 발달 경로에 대한 프록시 역할을 할 수있다 구별하는 기준에 방법을 설명했다 (11). 우리가 자세히 것처럼 또한, NPC가 우리가 질병 소인의 분자 생화학 적 연구에 적합 할 수있다 생각 견고 복제 성 쉽게 형질 신경 인?...

우리 (1)에 의해 인간 유도 만능 줄기 세포 (hiPSCs)에서 시험 관내에서 차별화 된 신경 세포 등, 3의 유전자 발현 연구는 hiPSC 신경 세포가 태아보다는 성인 뇌 조직을 닮은 것을 나타냅니다. 현재, hiPSC 기반 모델은 오히려 늦은 기능, 신경 학적 질병보다에 경향의 연구에 더 적합 할 수있다. 우리는 이전의 NPC 분열증 한 기여 분자 경로를 연구하는데 유용한 세포 유형이 될 수 있다는 것을 나타내는, 정신 분열증 hiPSC 유래 신경 세포의 유전자 서명의 상당 부분이 정신 분열증 hiPSC 유래 신경 전구 세포 (NPC들)에 보존되었다고보고했다 . 우리와 다른 비정상적인 이주 증가 산화 스트레스 및 반응성 산소 종, 서브 - 임계 환경 스트레스 및 정신 분열증에서 미토콘드리아 기능 부전의 NPC hiPSC 1,4-6 민감도뿐만 아니라 C를 감소 신경 신고되었습니다연 결 성 및 정신 분열증 hiPSC 신경 5,7-10에서 시냅스 기능. 정신 분열증 hiPSC의 NPC에서 벗어난 마이그레이션 및 / 또는 산화 스트레스에 기여하는 분자 요인 또한 정신 분열증 hiPSC 유래 신경 세포의 감소 된 신경 세포의 연결을 기초 경우, NPC의 질병을 담당하는 메커니즘을 연구하는과 강력하고 매우 복제 성 신경 인구 수 있습니다. 하나는 신속하게 많은 수의 세포를 생성 할 수 있습니다 및 신경 세포의 성숙을 위해 몇 주 또는 몇 달을 기다릴 필요가 있기 때문에 또한, NPC 기반의 분석은 큰 환자 코호트 연구에 적합하며 높은 처리량 검사에 더 의무가 있습니다. 우리는 이미 정신 분열증 1 헌팅턴 병 (11) 등 다양한 질환에서 입증 된 바와 같이 hiPSC의 NPC, 잠재적으로 질병의 발병에 기여하는 발달 경로에 대한 프록시 역할을 할 수 있다고 생각합니다. hiPSCs에서 초기 신경에서의 NPC를 구분하기 위해duction 듀얼 SMAD 억제 (위하여 0.1mM LDN193189 및 10 mM이 SB431542) (12)에 의해 달성된다. 이러한 작은 분자 신호 BMP 및 TGF 반감으로 내배엽과 중배엽 사양은 신경 세포의 분화를 가속화하고 도금의 1 주일 이내에 볼 신경 로제트의 형성을 선도 차단됩니다. 신경 패터닝 아마도 그 후 즉시 신경 로제트 형성 및 기간 동안, 초기에이 과정에서 발생한다. 다른 단서가없는 경우, 이들 신경 원시 세포는 전뇌 전방 형상 (13)의 운명을 가정한다. 즉시 신경 로제트 형성을 다음과 NPC 확장에 걸쳐 진행, 전뇌의 NPC FGF2 8, 14 배양한다. 그들은 이중 혈통 잠재력을 가지고 70~80% III-tubulin에 양성 신경 세포와 20 ~ 30 % glial fibrillary 산성 단백질 (GFAP) 양성 성상 세포 (그림 1)의 신경 인구로 구분 될 수있다. 전뇌 hiPSC 뉴런의 대부분 VGLUT1 양성신경 세포의 약 30 %가 GAD67 양성 (GABA 성) 있지만, 그래서, 아마도 글루탐산이다 (8). NPC가 일상적으로 일관된 차별화 프로파일을 유지하고, 염색체 이상을 축적하지 않고있는 동안, 시험관 내에서 10 배 이상 계대. 그룹 계대 엔피씨 (15)는, 그러나, 우리 10 구절을 넘어, 엔피씨가 성상 세포 분화 경향이 커지고있다 찾을보다 40 배 신고되었습니다. NPC의 여러 동결 해빙을 잘 견딜 단순히 비 접착 성 판에서 배양하여 neurosphere를로 성장으로 전환 할 수 있습니다. NPC가 효율적 생화학 연구를 위해 충분한 물질을 수득 신속한 유전 섭동 분자 세포의 평가 결과, 쉽게 확장을 가능 바이러스 벡터로 형질 도입된다. 또한, 때문에 바이러스 벡터는 허용 강력한 과발현 제어 또는 환자 파생 neur 중 및 / 또는 질병 관련 유전자의 최저,알 세포는 하나의 이러한 유전 적 조작에 대한 배경의 영향을 테스트하기 위해이 플랫폼을 사용할 수있다. 시냅스 또는 성숙한 뉴런을 필요로하는 활동 기반의 분석에 적합하지 않지만, NPC의 환자 유래 신경 세포의 많은 간단한 분자 또는 생화학 적 분석을위한 실용적인 대안이 될 수있다.

<table><tbody><tr><td>DMEM/F12</td><td>Life Technologies</td><td>#11330</td><td>for HES media</td></tr><tr><td>DMEM/F12</td><td>Life Technologies</td><td>#10565</td><td>for neural media</td></tr><tr><td>KO-Serum Replacement</td><td>Life Technologies</td><td>#10828</td><td>Needs to be lot tested</td></tr><tr><td>Glutamax</td><td>Life Technologies</td><td>#35050</td><td></td></tr><tr><td>NEAA</td><td>Life Technologies</td><td>&amp;nbsp;#11140</td><td></td></tr><tr><td>N2</td><td>Life Technologies</td><td>&amp;nbsp;#17502-048</td><td>Needs to be lot tested</td></tr><tr><td>B27-RA</td><td>Life Technologies</td><td>&amp;nbsp;#12587-010</td><td>Needs to be lot tested</td></tr><tr><td>FGF2</td><td>Life Technologies</td><td>#13256-029</td><td>Resuspend in PBS + 1% BSA</td></tr><tr><td>LDN193189</td><td>Stemgent</td><td>#04-0074</td><td></td></tr><tr><td>SB431542</td><td>Stemgent</td><td>#04-0010</td><td></td></tr><tr><td>BDNF</td><td>Peprotech</td><td>#450-02</td><td>Resuspend in PBS + 0.1% BSA</td></tr><tr><td>GDNF&amp;nbsp;</td><td>Peprotech</td><td>&amp;nbsp;#450-10</td><td>Resuspend in PBS + 0.1% BSA</td></tr><tr><td>Dibutyryl cyclic-AMP</td><td>Sigma</td><td>&amp;nbsp;#D0627</td><td>Resuspend in PBS + 0.1% BSA</td></tr><tr><td>L-ascorbic acid</td><td>Sigma</td><td>#A0278</td><td>Resuspend in H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;0</td></tr><tr><td>STEMdiff Neural Rosette Selection Reagent</td><td>Stemcell Technologies</td><td>&amp;nbsp;#05832</td><td></td></tr><tr><td>Accutase</td><td>Innovative Cell Technologies</td><td>AT-104</td><td></td></tr><tr><td>Collagenase IV</td><td>Life Technologies</td><td>#17104019</td><td></td></tr><tr><td>CF1 mEFs</td><td>Millipore</td><td>#PMEF-CF</td><td></td></tr><tr><td>Poly-L-Ornithine</td><td>Sigma</td><td>P3655</td><td></td></tr><tr><td>Laminin, Natural Mouse 1 mg</td><td>Life Technologies</td><td>#23017-015</td><td></td></tr><tr><td>BD Matrigel</td><td>BD</td><td>#354230</td><td>Resuspend on ice in cold DMEM at 10 mg/ml, use 1 mg per two 6-well plate equivalent</td></tr><tr><td>Tissue culture treated 6-well plates</td><td>Corning</td><td>3506</td><td></td></tr><tr><td>Ultra low attachment 6-well plates</td><td>Corning</td><td>3471</td><td></td></tr><tr><td>goat anti-Sox2&amp;nbsp;</td><td>Santa Cruz</td><td>sc&amp;shy;17320</td><td>use at 1:200</td></tr><tr><td>mouse anti-human Nestin</td><td>Millipore</td><td>MAB5326</td><td>use at 1:200</td></tr><tr><td>rabbit anti-&amp;beta;III-tubulin</td><td>Covance</td><td>PRB&amp;shy;435P</td><td>use at 1:500</td></tr><tr><td>mouse anti-&amp;beta;III-tubulin</td><td>Covance</td><td>MMS&amp;shy;435P</td><td>use at 1:500</td></tr><tr><td>mouse anti-MAP2AB</td><td>Sigma</td><td>M1406</td><td>use at 1:200</td></tr><tr><td>Plate centrifuge</td><td>Beckman Coulter</td><td>Beckman Coulter Allegra X-14 (with SX4750 plate carrier)</td><td></td></tr></tbody></table>

a guide to generating and using hipsc derived npcs for the study of neurological diseases

Post-mortem studies of neurological diseases are not ideal for identifying the underlying causes of disease initiation, as many diseases include a long period of disease progression prior to the onset of symptoms. Because fibroblasts from patients and healthy controls can be efficiently reprogrammed into human induced pluripotent stem cells (hiPSCs), and subsequently differentiated into neural progenitor cells (NPCs) and neurons for the study of these diseases, it is now possible to recapitulate the developmental events that occurred prior to symptom onset in patients. We present a method by which to efficiently differentiate hiPSCs into NPCs, which in addition to being capable of further differentiation into functional neurons, can also be robustly passaged, freeze-thawed or transitioned to grow as neurospheres, enabling rapid genetic screening to identify the molecular factors that impact cellular phenotypes including replication, migration, oxidative stress and/or apoptosis. Patient derived hiPSC NPCs are a unique platform, ideally suited for the empirical testing of the cellular or molecular consequences of manipulating gene expression.

신경 로제트는 apico - 기초 극성 (그림 1)와 neuroepithelial 세포의 원형 클러스터로서의 특성 외관에 의해, 시야 현미경을 사용하여, 형태 학적으로 식별 할 수 있습니다. NPC가 매우 높은 세포 밀도에서 일반적으로 배양 있지만, 바로 계대에 따라 약간 피라미드 모양의 소마와 바이폴라 신경 돌기 구조는 볼 (그림 1D)입니다. III-tubulin의 얼룩은 NPC들 중 일부 비율이 지속적으로 ?...

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A Guide to Generating and Using hiPSC Derived NPCs for the Study of Neurological Diseases

This protocol describes how neural progenitor cells can be differentiated from human induced pluripotent stem cells, in order to yield a robust and replicative neural cell population, which may be used to identify the developmental pathways contributing to disease pathogenesis in many neurological disorders.

신경 질환의 연구에 대한 생성 및 사용 hiPSC 파생 NPC들에 가이드

Post-mortem studies of neurological diseases are not ideal for identifying the underlying causes of disease initiation, as many diseases include a long ...

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Research

JoVE Journal

Medicine

18.2K 조회수.  Icahn School of Medicine at Mount Sinai. This protocol describes how neural progenitor cells can be differentiated from human induced pluripotent stem cells, in order to yield a robust and replicative neural cell population, which may be used to identify the developmental pathways contributing to disease pathogenesis in many neurological disorders.

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Rapid Neuronal Differentiation of Induced Pluripotent Stem Cells for Measuring Network Activity on Micro-electrode Arrays

Neurons derived from human induced Pluripotent Stem Cells (hiPSCs) provide a promising new tool for studying neurological disorders. In the past decade, many protocols for differentiating hiPSCs into neurons have been developed. However, these protocols are often slow with high variability, low reproducibility, and low efficiency. In addition, the neurons obtained with these protocols are often immature and lack adequate functional activity both at the single-cell and network levels unless the neurons are cultured for several months. Partially due to these limitations, the functional properties of hiPSC-derived neuronal networks are still not well characterized. Here, we adapt a recently published protocol that describes production of human neurons from hiPSCs by forced expression of the transcription factor neurogenin-212. This protocol is rapid (yielding mature neurons within 3 weeks) and efficient, with nearly 100% conversion efficiency of transduced cells (&#62;95% of DAPI-positive cells are MAP2 positive). Furthermore, the protocol yields a homogeneous population of excitatory neurons that would allow the investigation of cell-type specific contributions to neurological disorders. We modified the original protocol by generating stably transduced hiPSC cells, giving us explicit control over the total number of neurons. These cells are then used to generate hiPSC-derived neuronal networks on micro-electrode arrays. In this way, the spontaneous electrophysiological activity of hiPSC-derived neuronal networks can be measured and characterized, while retaining interexperimental consistency in terms of cell density. The presented protocol is broadly applicable, especially for mechanistic and pharmacological studies on human neuronal networks.

We modify and implement a previously published protocol describing the rapid, reproducible, and efficient differentiation of human&#160;induced&#160;Pluripotent Stem Cells (hiPSCs) into excitatory cortical neurons12. Specifically, our modification allows for control of neuronal cell density and use on micro-electrode arrays to measure electrophysiological properties at the network level.

마이크로 전극 배열에 네트워크 활동을 측정하기위한 유도 다 능성 줄기 세포의 빠른 신경 세포의 분화

Neurons derived from human induced Pluripotent Stem Cells (hiPSCs) provide a promising new tool for studying neurological disorders. In the past decade, ...

연구

발생학

Rapid Detection of Neurodevelopmental Phenotypes in Human Neural Precursor Cells (NPCs)

Human brain development proceeds through a series of precisely orchestrated processes, with earlier stages distinguished by proliferation, migration, and neurite outgrowth; and later stages characterized by axon/dendrite outgrowth and synapse formation. In neurodevelopmental disorders, often one or more of these processes are disrupted, leading to abnormalities in brain formation and function. With the advent of human induced pluripotent stem cell (hiPSC) technology, researchers now have an abundant supply of human cells that can be differentiated into virtually any cell type, including neurons. These cells can be used to study both normal brain development and disease pathogenesis. A number of protocols using hiPSCs to model neuropsychiatric disease use terminally differentiated neurons or use 3D culture systems termed organoids. While these methods have proven invaluable in studying human disease pathogenesis, there are some drawbacks. Differentiation of hiPSCs into neurons and generation of organoids are lengthy and costly processes that can impact the number of experiments and variables that can be assessed. In addition, while post-mitotic neurons and organoids allow the study of disease-related processes, including dendrite outgrowth and synaptogenesis, they preclude the study of earlier processes like proliferation and migration. In neurodevelopmental disorders, such as autism, abundant genetic and post-mortem evidence indicates defects in early developmental processes. Neural precursor cells (NPCs), a highly proliferative cell population, may be a suitable model in which to ask questions about ontogenetic processes and disease initiation. We now extend methodologies learned from studying development in mouse and rat cortical cultures to human NPCs. The use of NPCs allows us to investigate disease-related phenotypes and define how different variables (e.g., growth factors, drugs) impact developmental processes including proliferation, migration, and differentiation in only a few days. Ultimately, this toolset can be used in a reproducible and high-throughput manner to identify disease-specific mechanisms and phenotypes in neurodevelopmental disorders.

Rapid Detection of Neurodevelopmental Phenotypes in Human Neural Precursor Cells NPCs

Neurodevelopmental processes such as proliferation, migration, and neurite outgrowth are often perturbed in neuropsychiatric diseases. Thus, we present protocols to rapidly and reproducibly assess these neurodevelopmental processes in human iPSC-derived NPCs. These protocols also allow the assessment of the effects of relevant growth factors and therapeutics on NPC development.

인간의 신경 선구자 세포 (Npc)에서 Neurodevelopmental 고기의 신속한 감지

Human brain development proceeds through a series of precisely orchestrated processes, with earlier stages distinguished by proliferation, migration, and ...

Systemic Injection of Neural Stem/Progenitor Cells in Mice with Chronic EAE

Neural stem/precursor cells (NPCs) are a promising stem cell source for transplantation approaches aiming at brain repair or restoration in regenerative neurology. This directive has arisen from the extensive evidence that brain repair is achieved after focal or systemic NPC transplantation in several preclinical models of neurological diseases.
These experimental data have identified the cell delivery route as one of the main hurdles of restorative stem cell therapies for brain diseases that requires urgent assessment. Intraparenchymal stem cell grafting represents a logical approach to those pathologies characterized by isolated and accessible brain lesions such as spinal cord injuries and Parkinson's disease. Unfortunately, this principle is poorly applicable to conditions characterized by a multifocal, inflammatory and disseminated (both in time and space) nature, including multiple sclerosis (MS). As such, brain targeting by systemic NPC delivery has become a low invasive and therapeutically efficacious protocol to deliver cells to the brain and spinal cord of rodents and nonhuman primates affected by experimental chronic inflammatory damage of the central nervous system (CNS).
This alternative method of cell delivery relies on the NPC pathotropism, specifically their innate capacity to (i) sense the environment via functional cell adhesion molecules and inflammatory cytokine and chemokine receptors; (ii) cross the leaking anatomical barriers after intravenous (i.v.) or intracerebroventricular (i.c.v.) injection; (iii) accumulate at the level of multiple perivascular site(s) of inflammatory brain and spinal cord damage; and (i.v.) exert remarkable tissue trophic and immune regulatory effects onto different host target cells in vivo.
Here we describe the methods that we have developed for the i.v. and i.c.v. delivery of syngeneic NPCs in mice with experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), as model of chronic CNS inflammatory demyelination, and envisage the systemic stem cell delivery as a valuable technique for the selective targeting of the inflamed brain in regenerative neurology.

The transplantation of neural stem/progenitor cells (NPCs) holds great promises in regenerative neurology. The systemic delivery of NPCs has turned into effective, low invasive, and therapeutically very efficacious protocol to deliver stem cells in the brain and spinal cord of rodents and nonhuman primates affected by experimental chronic inflammatory damage of the central nervous system.

만성 EAE와 마우스의 신경 줄기 / 전구 세포의 전신 주입

Neural stem/precursor cells (NPCs) are a promising stem cell source for transplantation approaches aiming at brain repair or restoration in regenerative ...

면역학 및 감염병학

Generation of Induced Neural Stem Cells from Peripheral Mononuclear Cells and Differentiation Toward Dopaminergic Neuron Precursors for Transplantation Studies

Parkinson&#39;s disease (PD) is caused by degeneration of dopaminergic (DA) neurons at the substantia nigra pars compacta (SNpc) in the ventral mesencephalon (VM). Cell replacement therapy holds great promise for treatment of PD. Recently, induced neural stem cells (iNSCs) have emerged as a potential candidate for cell replacement therapy due to the reduced risk of tumor formation and the plasticity to give rise to region-specific neurons and glia. iNSCs can be reprogrammed from autologous somatic cellular sources, such as fibroblasts, peripheral blood mononuclear cells (PBMNCs) and various other types of cells. Compared with other types of somatic cells, PBMNCs are an appealing starter cell type because of the ease to access and expand in culture. Sendai virus (SeV), an RNA non-integrative virus, encoding reprogramming factors including human OCT3/4, SOX2, KLF4 and c-MYC, has a negative-sense, single-stranded, non-segmented genome that does not integrate into host genome, but only replicates in the cytoplasm of infected cells, offering an efficient and safe vehicle for reprogramming. In this study, we describe a protocol in which iNSCs are obtained by reprogramming PBMNCs, and differentiated into specialized VM DA neurons by a two-stage method. Then DA precursors are transplanted into unilaterally 6-hyroxydopamine (6-OHDA)-lesioned PD mouse models to evaluate the safety and efficacy for treatment of PD. This method provides a platform to investigate the functions and therapeutic effects of patient-specific DA neural cells in vitro and in vivo.

The protocol presents the reprogramming of peripheral blood mononuclear cells to induce neural stem cells by Sendai virus infection, differentiation of iNSCs into dopaminergic neurons, transplantation of DA precursors into the unilaterally-lesioned Parkinson&#39;s disease mouse models, and evaluation of the safety and efficacy of iNSC-derived DA precursors for PD treatment.

말초 단핵 세포에서 유도 된 신경 줄기 세포의 생성 및 이식 연구에 대 한 도파민성 신경 전구체로 분화

Parkinson&#39;s disease (PD) is caused by degeneration of dopaminergic (DA) neurons at the substantia nigra pars compacta (SNpc) in the ventral ...

A Neurite Outgrowth Assay and Neurotoxicity Assessment with Human Neural Progenitor Cell-Derived Neurons

Neurite outgrowth assay and neurotoxicity assessment are two major studies that can be performed using the presented method herein. This protocol provides reliable analysis of neuronal morphology together with quantitative measurements of modifications on neurite length and synaptic protein localization and abundance upon treatment with small molecule compounds. In addition to the application of the presented method in neurite outgrowth studies, neurotoxicity assessment can be performed to assess, distinguish and rank commercial chemical compounds based on their potential developmental neurotoxicity effect.
Even though cell lines are nowadays widely used in compound screening assays in neuroscience, they often differ genetically and phenotypically from their tissue origin. Primary cells, on the other hand, maintain important markers and functions observed in vivo. Therefore, due to the translation potential and physiological relevance that these cells could offer neurite outgrowth assay and neurotoxicity assessment can considerably benefit from using human neural progenitor cells (hNPCs) as the primary human cell model.
The presented method herein can be utilized to screen for the ability of compounds to induce neurite outgrowth and neurotoxicity by taking advantage of the human neural progenitor cell-derived neurons, a cell model closely representing human biology.&#34;

The presented protocol describes a method for a neurite outgrowth assay and neurotoxicity assessment of small molecule compounds.

인간 신경 전구 세포 유래 뉴런을 가진 Neurite 아웃growth 분석 및 신경 독성 평가

Neurite outgrowth assay and neurotoxicity assessment are two major studies that can be performed using the presented method herein. This protocol provides ...

Differentiation of Porcine Induced Pluripotent Stem Cells (piPSCs) into Neural Progenitor Cells (NPCs)

iPSC-derived neurons are attractive in vitro models to study neurogenesis and early phenotypic changes in mental illness, mainly when most animal models used in pre-clinical research, such as rodents, are not able to meet the criteria to translate the findings to the clinic. Non-human primates, canines, and porcine are considered more adequate models for biomedical research and drug development purposes, mainly due to their physiological, genetic, and anatomical similarities to humans. The swine model has gained particular interest in translational neuroscience, enabling safety and allotransplantation testing. Herein the generation of porcine iPSCs is described along with its further differentiation into neural progenitor cells (NPCs). The generated cells expressed NPC markers Nestin and GFAP, confirmed by RT-qPCR, and were positive for Nestin, b-Tubulin III, and Vimentin by immunofluorescence. These results show the evidence for the generation of NPC-like cells after in vitro induction with chemical inhibitors from a large animal model, an interesting and adequate model for regenerative and translational medicine research.

Differentiation of Porcine Induced Pluripotent Stem Cells piPSCs into Neural Progenitor Cells NPCs

This protocol describes a method for chemical differentiation and culture of neural progenitor cells derived from porcine induced pluripotent stem cells (piPSCs).

iPSC-derived neurons are attractive in vitro models to study neurogenesis and early phenotypic changes in mental illness, mainly when most animal models ...

Derivation of Adult Human Fibroblasts and their Direct Conversion into Expandable Neural Progenitor Cells

Generation of&#160;induced pluripotent stem cell (iPSCs) from adult skin fibroblasts and subsequent differentiation into somatic cells provides fascinating prospects for the derivation of autologous transplants that circumvent histocompatibility barriers. However, progression through a pluripotent state and subsequent complete differentiation into desired lineages remains a roadblock for the clinical translation of iPSC technology because of the associated neoplastic potential and genomic instability. Recently, we and others showed that somatic cells cannot only be converted into iPSCs but also into different types of multipotent somatic stem cells by using defined factors, thereby circumventing progression through the pluripotent state. In particular, the direct conversion of human fibroblasts into induced neural progenitor cells (iNPCs) heralds the possibility of a novel autologous cell source for various applications such as cell replacement, disease modeling and drug screening. Here, we describe the isolation of adult human primary fibroblasts by skin biopsy and their efficient direct conversion into iNPCs by timely restricted expression of Oct4, Sox2, Klf4, as well as c-Myc. Sox2-positive neuroepithelial colonies appear after 17 days of induction and iNPC lines can be established efficiently by monoclonal isolation and expansion. Precise adjustment of viral multiplicity of infection and supplementation of leukemia inhibitory factor during the induction phase represent critical factors to achieve conversion efficiencies of up to 0.2%. Thus far, patient-specific iNPC lines could be expanded for more than 12 passages and uniformly display morphological and molecular features of neural stem/progenitor cells, such as the expression of Nestin and Sox2. The iNPC lines can be differentiated into neurons and astrocytes as judged by staining against TUJ1 and GFAP, respectively. In conclusion, we report a robust protocol for the derivation and direct conversion of human fibroblasts into stably expandable neural progenitor cells that might provide a cellular source for biomedical applications such as autologous neural cell replacement and disease modeling.

Generation of induced pluripotent stem cells provides fascinating prospects for the derivation of autologous transplants. However, progression through a pluripotent state and laborious re-differentiation still hinders clinical translation. Here we describe the derivation of adult human fibroblasts and their direct conversion into induced neural progenitor cells and the subsequent differentiation into neural lineages.

성인 인간 섬유 아세포의 유도 및 확장 신경 전구 세포에 자신의 직접 변환

Generation of&#160;induced pluripotent stem cell (iPSCs) from adult skin fibroblasts and subsequent differentiation into somatic cells provides ...

신경과학

GM-Free Generation of Blood-Derived Neuronal Cells

Many human&#160;neurological disorders are caused by degeneration of neurons and glial cells in the brain. Due to limitations in pharmacological and other therapeutic strategies, there is currently no cure available for the injured or diseased brain. Cell replacement appears as a promising therapeutic strategy for neurodegenerative conditions. To this day, neural stem cells (NSCs) have been successfully generated from fetal tissues, human embryonic cells (ES) or induced pluripotent stem cells (iPSC). A process of dedifferentiation was initiated by activation of the novel human GPI-linked glycoprotein, which leads to generation of pluripotent stem cells. These blood-derived pluripotent stem cells (BD-PSCs) differentiate in vitro into cells with a neural phenotype as shown by brightfield and immunofluorescence microscopy. Ultrastructural analysis of these cells by means of electron microscopy confirms their primitive structure as well as neuronal-like morphology and subcellular characteristics.

We present a genetically modified-free (GM-free) method to obtain cells with a neuronal phenotype from reprogrammed peripheral blood cells. Activation of a signaling pathway linked to novel human GPI-linked protein reveals an efficient GM-free method for obtaining human pluripotent stem cells.

혈액 유래 신경 세포의 GM 무료 생성

Many human&#160;neurological disorders are caused by degeneration of neurons and glial cells in the brain. Due to limitations in pharmacological and other ...

In vitro Modeling for Neurological Diseases using Direct Conversion from Fibroblasts to Neuronal Progenitor Cells and Differentiation into Astrocytes

Research on neurological disorders focuses primarily on the impact of neurons on disease mechanisms. Limited availability of animal models severely impacts the study of cell type specific contributions to disease. Moreover, animal models usually do not reflect variability in mutations and disease courses seen in human patients. Reprogramming methods for generation of induced pluripotent stem cells (iPSCs) have revolutionized patient specific research and created valuable tools for studying disease mechanisms. However, iPSC technology has disadvantages such as time, labor commitment, clonal selectivity and loss of epigenetic markers. Recent modifications of these methods allow more direct generation of cell lineages or specific cell types, bypassing clonal isolation or a pluripotent stem cell state. We have developed a rapid direct conversion method to generate induced Neuronal Progenitor Cells (iNPCs) from skin fibroblasts utilizing retroviral vectors in combination with neuralizing media. The iNPCs can be differentiated into neurons (iNs) oligodendrocytes (iOs) and astrocytes (iAs). iAs production facilitates rapid drug and disease mechanism testing as differentiation from iNPCs only takes 5 days. Moreover, iAs are easy to work with and are generated in pure populations at large numbers. We developed a highly reproducible co-culture assay using mouse GFP+ neurons and patient derived iAs to evaluate potential therapeutic strategies for numerous neurological and neurodegenerative disorders. Importantly, the iA assays are scalable to 384-well format facilitating the evaluation of multiple small molecules in one plate. This approach allows simultaneous therapeutic evaluation of multiple patient cell lines with diverse genetic background. Easy production and storage of iAs and capacity to screen multiple compounds in one assay renders this methodology adaptable for personalized medicine.

We describe a protocol to reprogram human skin-derived fibroblasts into induced Neuronal Progenitor Cells (iNPCs), and their subsequent differentiation into induced Astrocytes (iAs). This method leads to fast and reproducible generation of iNPCs and iAs in large quantities.

섬유아세포에서 신경 전구세포로의 직접 변환을 이용한 신경질환 시험관 모델링 및 성상세포로의 분화

Research on neurological disorders focuses primarily on the impact of neurons on disease mechanisms. Limited availability of animal models severely ...

Establishment of an Electrophysiological Platform for Modeling ALS with Regionally-Specific Human Pluripotent Stem Cell-Derived Astrocytes and Neurons

Human pluripotent stem cell-derived astrocytes (hiPSC-A) and neurons (hiPSC-N) provide a powerful tool for modeling Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) pathophysiology in vitro. Multi-electrode array (MEA) recordings are a means to record electrical field potentials from large populations of neurons and analyze network activity over time. It was previously demonstrated that the presence of hiPSC-A that are differentiated using techniques to promote a spinal cord astrocyte phenotype improved maturation and electrophysiological activity of regionally specific spinal cord hiPSC-motor neurons (MN) when compared to those cultured without hiPSC-A or in the presence of rodent astrocytes. Described here is a method to co-culture spinal cord hiPSC-A with hiPSC-MN and record electrophysiological activity using MEA recordings. While the differentiation protocols described here are particular to astrocytes and neurons that are regionally specific to the spinal cord, the co-culturing platform can be applied to astrocytes and neurons differentiated with techniques specific to other fates, including cortical hiPSC-A and hiPSC-N. These protocols aim to provide an electrophysiological assay to inform about glia-neuron interactions and provide a platform for testing drugs with therapeutic potential in ALS.

We describe a method for differentiating spinal cord human induced pluripotent-derived astrocytes and neurons and their co-culture for electrophysiological recording.

지역별 인간 만능줄기세포 유래 성상세포 및 뉴런을 이용한 ALS 모델링을 위한 전기생리학적 플랫폼 구축

Human pluripotent stem cell-derived astrocytes (hiPSC-A) and neurons (hiPSC-N) provide a powerful tool for modeling Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) ...