Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
* Bu yazarlar eşit katkıda bulunmuştur
Makale verimli seçici referans belirteçlerinin analizi nüfusun homojenliği ve kimliğini değerlendirmek için flow sitometri ile takip Wnt yolu, modüle göre kardiyomiyositlere insan pluripotent kök hücreleri ayırt etmek için ayrıntılı yöntem anlatılmaktadır.
, Hasarlı kalp tamir kalp üzerinde toksik etkileri yoktur yeni tedavi ilaçlar keşfetmek ve doğru kalp hastalığı modellemek için stratejiler geliştirmek için yaklaşımlar geliştirmek için acil bir ihtiyaç vardır. Bu uygulamalar için "bir tabak içinde" kalp kası oluşturmak amacıyla insan uyarılmış pluripotent kök hücre (hiPSC) teknolojisini istismar potansiyeli yüksek coşku oluşturmak için devam ediyor. Son yıllarda, verimli insan pluripotent kök hücreleri (hPSCs) den cardiomyogenic hücreleri üretmek için yeteneği büyük ölçüde aksi erişilebilir değil, insan kardiyak gelişiminin çok erken aşamalarında modellemek için bize yeni fırsatlar sunan geliştirdi. Birçok önceki yöntemlerin tersine, kardiyomiyosit farklılaşma protokolü hücresi toplanmasını ya da A ya da aktivin BMP4 eklenmesini gerektirmeyen, burada açıklanan ve güçlü bir kardiyak troponin için yüksek seviyede pozitif olan hücre kültürleri üretir I ve T (TNNI3, TNNT2), iroquois- sınıf Homeodomain proteiniIRX-4 (Irx4), miyozin düzenleyici hafif zincir 2, ventriküler / kalp kası izoformu (MLC2v) ve miyozin düzenleyici hafif zincir 2, tüm insan embriyonik kök hücre (HESC) ve hiPSC hatları üzerinden 10 günde atriyal izoformu (MLC2a) için test tarihi. Hücreler geçirildi ve kültür içinde en fazla 90 gün muhafaza edilebilir. Strateji teknik uygulamak için basit ve maliyet-etkin. Pluripotent hücreler türetilen kardiyomiyositlerin karakterizasyonu genellikle mRNA ve protein seviyesinde, her ikisi de referans işaretlerinin analizini içermektedir. Protein analizi için, akış sitometrisi, kültürdeki hücre kalitesinin ve alt popülasyonu homojenliğinin saptanması için güçlü bir analitik araç olduğunu. Ancak, numune hazırlama teknik varyasyon anlamlı veri akış sitometri kalitesini etkileyebilir. Böylece, boyama protokolleri standardizasyon çeşitli farklılaşma stratejileri arasında karşılaştırmalar kolaylaştırmalıdır. Bu duruma göre, Irx4, MLC2v, MLC2a, TNNI3 ve TNN analizi için boyama protokolleri optimizeAkış sitometri T2 açıklanmıştır.
HESC ve hiPSC dahil hPSCs, ikinci kardiyomiyositlerde oluşmasından mekanik çalışmalar için başka şekilde erişilemez aşamalarında fikir veren çok erken insan kardiak gelişimsel süreçlerinin bir in vitro model olarak işlev görebilir. Bu model sistem kalp soy bağlılığı ve hücre kaderinin şartname kontrol moleküler yolları incelemek için eşsiz fırsatlar sunmaktadır. Son yıllarda, etkili hPSCs ikinci cardiomyogenic hücreleri üretmek için yeteneği büyük ölçüde 1-15 iyileşmiştir. Bununla birlikte, protokolleri arasında hücreler oda özgü belirteçleri (örneğin, ventrikül ve kulakçıklar) ifade eden hücreler de cardiomyogenic ve zamanlama üreten verimliliğine göre hücre çizgisi farklılıklar vardır. İdeal olarak, bu model sisteminin gelecek uygulamalar için, fonksiyonel olarak tanımlanmış hücrelerin daha homojen popülasyonları arzu edilir. Önceki yöntemlerin tersine, kardiyomiyosit farklılaşma protokolü ce gerektirmez, burada açıklananII toplanmasını ya da sağlam bir aktivin veya Kemik morfogenetik protein 4 (BMP4) ve ekleme gün TNNI3, TNNT2, Irx4, MLC2v ve MLC2a için kültürlerinden pozitif bugüne kadar test edilen bütün HESC ve hiPSC hatları üzerinden 10 hücreleri oluşturur. Bu strateji, özellikle üç boyutlu kültürler, kitle kültürü veya vücut embriyoit bazlı stratejilerin 4-9 ile karşılaştırıldığında, uygulamaya teknik olarak basittir ve son hPSCs seçici toksisite ile küçük bir molekülü tarif etmektedir bir çalışmada (Boheler ve ark tanımlandı. ) 65. Bu protokolün özellikleri, küçük molekülleri kullanarak tam olarak tanımlanmış bir ortam (fakat farklı 1,2,7,13, benzer bir şekilde,), Wnt sinyal modüle etmek üzere bir yetkili HESC matrisi (Matrigel) oluşan tek bir tabaka kullanılarak tek katmanlı kültürü içinde hPSCs farklılaşmasını içermektedir ve farklılaşma verimlilik ve hücre kimliğinin değerlendirilmesi için boyama yöntemleri sitometri optimize edilmiş akış. Önceki raporlar maliyet-etkiliğin dahil Özetle, bu protokolün avantajları karşılaştırıldıeness, tekrarlanabilirlik ve HESC ve hiPSC hatları dahil olmak üzere birden hPSC hatları arasında yer kardiyomiyositlerin üretmek için yüksek verimlilik.
Flow sitometri kültür hücrelerin kalitesini değerlendirmek ve subpopülasyonu homojenlik belirlenmesi için güçlü bir analitik araçtır, ve uygun deneysel tasarım, kantitatif ölçümler sağlayabilir. Tüm antikor bazlı stratejiler gibi, deneysel sonuçların doğru yorumlanması alt-optimal koşulları belirgin antikor verimini etkileyen gibi antikor konsantrasyonunun ve tespit ve permeabilizasyon koşulları (hücre içi antijenler hedefleme dahil) tahlil tasarım unsurları dikkatle her antikor için test gerektirir , sonuçların yorumlanması bağlanması ve bu nedenle. Niceleme gerekli ise, poliklonal antikorlar, çok epitopu tanıyan ve partiden partiye değişkenlik eğilimli gibi Önemli olarak, monoklonal antikorlar, gereklidir. Şu anda, çeşitli antikorlar, (POlyclonal ve monoklonal) ve boyama protokolleri zor protokoller arasında 1,2,9,11 cardiomyogenesis verimliliğini karşılaştırmak çok in vitro farklılaşma değerlendirilmesi için tarif edilmiştir. Tüm akış sitometresi analizleri için kullanılabilir Bu nedenle monoklonal antikorlar kullanılır. İleriye, daha iyi farklılaşma stratejileri arasında karşılaştırma izin vermelidir, özellikle kantitatif getirmedi, bu boyama protokollerin standartlaştırılması bekleniyor.
In vitro olarak cardiomyogenesis saflığını değerlendirmek için kullanılan belirteçler seçimi ve bunlara karşılık gelen antikorlar, raporlar arasında değişir. TNNT2 cardiomyogenic kaderine işlenen hücrelerin bir göstergesi olarak kabul edilmiş ve rutin olarak kalp farklılaşma protokolleri etkinliğini değerlendirmek için kullanılır. Bununla birlikte, aynı zamanda, erken TNNT2 piliç ve sıçan gelişim 16,17 sırasında iskelet kası olarak ifade edilir ve insan düz kas 18 içinde mevcut olmaktadır . Böylece, TNNT2 zorunlu in vitro olarak insan cardiomyogenesis özel bir molekül değildir. MLC2v ve MLC2a rutin olarak, sırasıyla, ventriküler ve atriyal alt tiplerinin temsili gösterge olarak kullanılır. Bununla birlikte in vitro farklılaşma bağlamında kardiyomiyosit alt-tipini belirlemek ve MLC2v MLC2a güvenerek zorluklar bu gen ürünleri, yetişkin yoluyla kalp tüp, kalp gelişimi boyunca belirli bir bölmeye sınırlı olmayabilir gerçeğinden kaynaklanmaktadır. Kemirgen kalp döngüye yılında MLC2a mRNA atriyal / içeakımın alanda baskın ve MLC2v mRNA ventrikül / çıkış yolu bölgelerde yaygındır. Ilmekli kalbinde, MLC2a ve MLC2v mRNA'larının birlikte ifadesi giriş yolu, atriyoventriküler kanal ve çıkış yoluna 19,20 görülmektedir. Doğumdan sonra 3 gün boyunca, MLC2v mRNA ventriküle sınırlıdır ve doğumdan sonra 10 gün, MLC2a neonatal sıçan kalbinde kulakçıklar 19 ile sınırlandırılmıştır. Bu nedenle, yorumlamacardiomyogenesis etkinlik ve alt-tipi kimlik sadece referans markeri seviyelerinin varlığını ve miktarını dikkate gerekir, ancak incelendiğinde farklılaşma edilen zaman noktalarından karşılık gelişimsel aşama (lar) dikkate almalıdır ilişkin verilerin. Bu hPSCs in vitro farklılaşma tarafından üretilen cardiomyogenic hücrelerin olgunlaşma aşaması en yakın, embriyonik / fetal gelişim 21-25 benzer olanlar göz önüne alındığında özellikle önemlidir. Bu nedenle, doğum sonrası kalp bir işaretin mekansal ifade dayanarak, en azından bazı durumlarda hPSC türetilen hücrelerin değerlendirilmesi için uygun olmayabilir.
In vitro kardiyomyosit kimliklerini tanımlamak için daha spesifik kriterler geliştirilmesini kolaylaştırmak için bir çaba, TNNI3 o civciv ve Zebra balığı 15,20 embriyogenezis boyunca kalp kasının sınırlı olarak in vitro cardiomyogenesis değerlendirmek için değerli bir belirteç olarak kabul edilirve insan fetusu iskelet kası 26 yoktur. TNNI1 insan cenin kalbi mevcut iken, TNNI3 normal yetişkin kalp 27,28 tek TNNI izoformu mevcuttur. Kardiyomyosit alt tip kimliğine ilişkin, Irx4 29-31 ventriküler kaderi ile hücrelerin bilgilendirici bir belirtecidir. Protein düzeyinde, Irx4 son fare 32, neonatal aşamalardan doğrusal kalp tüpten ventriküle sınırlı olduğu gösterilmiştir. Bu duruma göre, akış sitometrisi ile analiz TNNI3 ve Irx4 için optimize boyama protokolleri açıklanmıştır. Bildiğimiz kadarıyla, bu akış sitometrisi ile etkin bir biçimde antikor bazlı boyama ve insan kardiyomiyositlerde Irx4 seviyesini ölçmek için bir yöntem, ilk tanımlamasıdır.
1. Çözüm ve Medya Hazırlık
2. Plakası Kaplama
3. Pasajlanması ve Tek tabakalı Kültür ayrım hPSCs Bakım
Wnt yola¤ Seçici Modülasyon tarafından hPSCs 4. kardiyomiyosit İndüksiyon
Akış Sitometrinin için Hücrelerin 5. Koleksiyonu
6. Tespit veHücre içi antijen boyanması için Hücrelerin geçirgenliği
Birincil antikoru (klon) | İmmunogen / Epitop Tanınan | Kontrol Istotype | 100 ul içinde 1 x 10 6 hücre başına birincil antikor miktarı | Sabitleme Çözüm | Geçirgenliği arttıran çözeltiyi | İkincil antikor | 100 ul ikincil antikor miktarı / 1 x 10 6 hücre | |
Pozitif yüzde ölçümleri için | Antijen kantitasyonu için | |||||||
TNNI3 (284 (19C7) | ISASRKLQL (insan) | Fare IgG2b | 1,0 mikrogram | 3.0 ug | BD Cytofix | BD Phosflow perma III | Keçi anti-fare IgG2b-Alexa488 | 600 ng |
TNNT2 (1C11) | Tam boy saflaştırılmış doğal insan troponin T proteini. | Fare IgG1 | 1,0 mikrogram | 2.0 ug | % 4 PFA% 1 PBS | % 1 PBS içinde% 0.2 Triton X-100 | Keçi anti-fare IgG1 - Alexa 488 | 600 ng |
MLC2v (330G5) | FDPEGKG | Fare IgG2a | 2.0 ug | 3.0 ug | % 70 metanol /% 30 aseton | % 1 PBS içinde% 0.2 Triton X-100 | Keçi anti-fare IgG2a - Alexa 647 | 600 ng |
MLC2a (4E7) | E. üretilmiş, insana ait MYL7 tam uzunlukta insan yeniden birleştirici proteinin coli | Fare IgG1 | 0.5 ug | 3.0 ug | % 1 PBS içinde% 4 PFA | % 1 PBS içinde% 0.2 Triton X-100 | Keçi anti-fare IgG1 - Alexa 488 | 600 ng |
Irx4 | LQEHRKNP YPTKGEKI MLAIITKM TLTQVST | Tavşan IgG | 0.5 ug | 0.5 ug | BD Cytofix | BD Phosflow perma III | Keçi anti-raIgG PE BBIT | 600 ng |
Her birincil ve ikincil antikor için optimize konsantrasyonları ve fiksasyon ve permeabilizasyon koşulları akışı için kullanılan (monoklonal varsa) Table 1. Antikor konsantrasyonlar. Listelenen birincil antikor olan, klon sitometri analizleri. Antikor stok konsantrasyonları aynı klonun sağlayıcıları arasında değişebilir olarak, son sabit bir tahlil hacmi içinde 1 x 10 6 hücre başına her antikor konsantrasyonu, seyreltme yerine sağlanmıştır. İmmünojen, antikorun üretilmesi için kullanılan, ya da imalatçı tarafından temin edildiği gibi epitop, antikor tarafından tanınan, listede ancak deneysel burada doğrulanmadı.
7. Antikor Boyama
Akış Sitometrinin için Hücrelerin 8. hazırlanması
9. Sitometrisi Analizi
Ayrıntılı kazanım ayarlarını araçların arasında değişmektedir. Optimal veri toplama dikkate temel parametreler aşağıda açıklanmıştır.
0. günde, hücreler, kompakt morfolojisi ve hücre döküntüleri en az% 100 birleşik bulunmaktadır. Günlerde 1-2, anlamlı hücre ölümünü (% 40-50) gözlemlemek için ortak, ancak ekli hücreleri kompakt morfoloji (Şekil 1A) muhafaza edecektir. Bu süre boyunca, medya portakal ve bulanıktır. Pembe ortam aşırı hücre ölümünü göstermektedir ve bu durumda, tripan mavisi ile teyit Hücre ölümü ve% 70 aşarsa bırakmaktadır. Hücreler gün 3-4 esnasında kurtarmak ve yoğunluk artacak...
Farklılaşma protokolün başarısına için kritik farklılaşma başlamadan önce en az beş geçişler için tek hücre düzeyinde pasajlanmışlardır edilmiştir hPSCs kaliteli kültürlerinin kullanılmasıdır. Bunlar hücre hattı bağımsız farklılaşma başlangıcında% 100 konfluent, eğer benzer farklılaşma verimleri bilinen muhtelif hPSC hatlar arasında görülmektedir. Farklılaşma başlangıcında hücre kaynaşması ≤95 veya%>% 100 ise, optimumun altında verimliliği görülmektedir. Bu yüz...
Yazarlar ifşa hiçbir şey yok.
Bu araştırma NIH 4R00HL094708-03 tarafından desteklenen, AİG'nin Araştırma İşler Komitesi Yeni Fakülte Ödülü, ve Wisconsin Medical College (RLG) de Kern vakıf (başlangıç fonları); Hong Kong Tema tabanlı Araştırma Şema T13-706 / 11 (KRB) Araştırma Hibeler Konseyi; U01 HL099776, CIRM TR3-05556, CIRM DR2A-05394, ve AHA Araştırmacı Ödülü (JCW) Kuruldu; AHA Doktora Sonrası Araştırma Bursu 12POST12050254 (PWB). Biz veri toplama ve yazının dikkatli inceleme ile yardım için Wisconsin Kan Araştırma Enstitüsü Sitometrisi Çekirdeği Umut Campbell teşekkür ederim.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Cell Culture | |||
BD Matrigel, hESC-qualified matrix | BD Biosciences | 354277 | |
Accutase cell detachment solution | Stem Cell Technologies | 7920 | |
Dulbecco's phosphate buffered saline (DPBS), no calcium, no magnesium | Life Technologies | 14190-136 | |
Dimethyl sulfoxide (DMSO, Hybri-Max, sterile-filtered) | Sigma Aldrich | D2650 | |
Sodium bicarbonate | Sigma Aldrich | 53817 | |
Citric acid | Sigma Aldrich | C2404-100G | |
Y-27632 dihydrochloride selective p160ROCK inhibitor | R&D Systems | 1254 | |
L-Ascorbic acid-2-phosphate sesquimagnesium salt hydrate | Sigma Aldrich | A8960-5G | |
Sodium selenite | Sigma Aldrich | S5261-10G | |
Transferrin (Optiferrin – Defined, Animal-free, Recombinant Human) | Invitria | 777TRF029 | |
Fibroblast growth factor 2 (FGF2) | R&D Systems | 4144-TC-01M | |
Transforming growth factor beta 1 (TGFβ1) | Peprotech | 100-21 | |
DMEM/F12 with L-Glutamine and 15 mM HEPES | Life Technologies | 11330-032 | |
Insulin | Sigma Aldrich | I9278-5ML | |
CHIR-99021 HCl | Sellekchem | S2924 | |
IWR-1 | Sigma Aldrich | I0161 | |
RPMI 1640 with L-Glutamine | Life Technologies | 11875-093 | |
B-27 Supplement Minus Insulin | Life Technologies | A1895601 | |
B-27 Supplement (with Insulin) | Life Technologies | 17504-044 | |
Fetal bovine serum | Life Technologies | 10437 | |
Flow Cytometry Reagents | |||
Phosphate buffered saline (10x) | Quality Biological Inc. | 119-069-151 | |
Hank's balanced salt solution without Ca2+ and Mg2+ | Life Technologies | 14175-095 | |
BD Cytofix | BD Biosciences | 554655 | |
BD Phosflow perm buffer III | BD Biosciences | 558050 | |
16% Paraformaldehyde | Thermo Scientific | 28906 | |
Methanol | Sigma Aldrich | 179957-4L | |
Acetone | Mallenckrodt Chemicals | 2440-16 | |
Triton X-100 | Amresco | M236-10ML | |
Goat serum | Life Technologies | 16210-064 | |
Trypan blue solution, 0.4% | Life Technologies | 15250-061 | |
Materials | |||
5 ml Round bottom polystyrene tube (without cap) | Corning | 352008 | For preparation of cells for flow cytometry |
5 ml Round bottom polystyrene tube (with 35 µM cell strainer snap cap) | Corning | 352235 | For preparation of cells for flow cytometry |
2 ml rubber bulbs | Fischer Scientific | 03-448-24 | |
9" borosilicate unplugged glass Pasteur pipets | BioExpress | P-2904-2 | |
0.65 ml Microcentrifuge tubes, graduated, green | GeneMate | C-3259-G | |
1.5 ml Microcentrifuge tubes, graduated, red | GeneMate | C-3260-R | |
TC20 automated cell counter | BioRad | 145-0102 | |
Counting slides for TC20 | BioRad | 145-0011 | |
6-well Flat bottom tissue-culture treated plate | Corning | 353046 | |
20 ml Syringes | BD Plastipak | 300613 | For filter sterilization of aliquots |
Sterile syringe filters, 0.2 µm polyethersulfone | VWR | 28145-501 | For filter sterilization of aliquots |
250 ml Filter system, 0.22 µm polyethersulfone, sterilizing, low binding | Corning | 431096 | For filter sterilization of bulk media |
500 ml filter system, 0.22 µm polyethersulfone, sterilizing, low binding | Corning | 431097 | For filter sterilization of bulk media |
Antibodies and Isotype Controls | |||
Anti-TNNI3 (clone: 284 (19C7)) | Abcam | ab19615 | Primary antibody |
Anti-TNNT2 (clone: 1C11) | Thermo Scientific | MA1-16687 | Primary antibody |
Anti-MYL2 (MLC2v, clone: 330G5) | Synaptic Systems | 310111 | Primary antibody |
Anti-MYL7 (MLC2a, clone: 4E7) | Abcam | AB131661 | Primary antibody |
Anti-IRX4 | Bioss | BS-9464R | Primary antibody |
Alexa Fluor 488 Goat anti-mouse IgG1 | Life Technologies | A21121 | Secondary antibody |
Alexa Fluor 647 Goat anti-mouse IgG2a | Life Technologies | A21241 | Secondary antibody |
Alexa Fluor 488 Goat anti-mouse IgG2b | Life Technologies | A21141 | Secondary antibody |
Phycoerythrin(PE) Goat anti-rabbit IgG | R&D Systems | F0110 | Secondary antibody |
Mouse IgG1 | BD Biosciences | 557273 | Isotype Control |
Mouse IgG2a | eBiosciences | 16-4724-81 | Isotype Control |
Rabbit IgG-PE | R&D Systems | IC105P | Isotype Control |
TaqMan Probesets for qRT-PCR | |||
ACTB | Life Technologies | Hs01060665 | |
Brachyury T | Life Technologies | Hs00610080 | |
CASQ2 | Life Technologies | Hs00154286 | |
IRX4 | Life Technologies | Hs01100809 | |
ISL1 | Life Technologies | Hs00158126 | |
MESP1 | Life Technologies | Hs01001283 | |
MYH11 (SMMHC) | Life Technologies | Hs00224610 | |
MYH6 | Life Technologies | Hs01101425 | |
MYL2 (MLC2v) | Life Technologies | Hs00166405 | |
MYL7 (MLC2a) | Life Technologies | Hs01085598 | |
MYOG | Life Technologies | Hs01072232 | |
NKX2.5 | Life Technologies | Hs00231763 | |
NPPA | Life Technologies | Hs01081097 | |
POU5F1 | Life Technologies | Hs04260367 | |
SOX17 | Life Technologies | HS00751752 | |
TNNI1 | Life Technologies | Hs00913333 | |
TNNI2 | Life Technologies | Hs00268536 | |
TNNI3 | Life Technologies | HS00165957 | |
TNNT2 | Life Technologies | Hs00165960 |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır