Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
* Bu yazarlar eşit katkıda bulunmuştur
Bu protokol, insan pluripotent kök hücrelerini kullanarak vasküler organoidler oluşturmak için bir yöntem sunar.
İnsan kaynaklı pluripotent kök hücrelerden (hiPSC'ler) türetilen vasküler organoidler, insan vasküler ağlarının hücre tipi çeşitliliğini ve karmaşık mimarisini özetler. Bu üç boyutlu (3D) model, vasküler patoloji modellemesi ve in vitro ilaç taraması için önemli bir potansiyele sahiptir. Son zamanlardaki gelişmelere rağmen, aşağı akış tahlilleri ve uygulamaları için çok önemli olan, tutarlı kaliteye sahip organoidlerin tekrarlanabilir şekilde üretilmesinde önemli bir teknik zorluk devam etmektedir. Burada, vasküler organoid oluşumunun hem homojenliğini hem de tekrarlanabilirliğini artıran modifiye edilmiş bir protokol sunulmaktadır. Modifiye edilmiş protokol, embriyoid vücut oluşumunu ve hücre sağkalımını iyileştirmek için mikro kuyuların ve CEPT kokteylinin (kroman 1, emricasan, poliaminler ve entegre stres yanıt inhibitörü, trans-ISRIB) kullanımını içerir. Bu protokol kullanılarak oluşturulan farklılaşmış, olgun vasküler organoidler, morfolojilerini ve karmaşık vaskülatürlerini analiz etmek için tam montajlı 3D immünofloresan mikroskobu ile karakterize edilir. Bu protokol, yüksek kaliteli vasküler organoidlerin ölçeklenebilir bir şekilde üretilmesini sağlayarak, potansiyel olarak hastalık modellemesi ve ilaç tarama uygulamalarında kullanımlarını kolaylaştırır.
Organoid ve çip üzerinde doku sistemleri de dahil olmak üzere in vitro mikrofizyolojik modeller son on yılda ortaya çıkmıştır 1,2,3. Bu üç boyutlu (3D), insan hücresinden türetilmiş sistemler, geleneksel iki boyutlu (2D) hücre kültürü ve hayvan modellerindeki, sırasıyla fizyolojik mikro çevrede birçok bileşenin eksikliği ve türler arasındaki genetik farklılıklar gibi sınırlamaları ele alır. Daha fazla fizyolojik içgörü sağlarlar ve geleneksel modellere göre hastalık modellemesi ve ilaç taraması için daha uygundurlar. Mikrofizyolojik modeller arasında, insan kaynaklı pluripotent kök hücrelerden (hiPSC'ler) türetilen organoidlerin, doğal insan dokularının mimari özelliklerini etkili bir şekilde özetlediği kanıtlanmıştır ve beyin 4,5, böbrek6, karaciğer 7,8 ve retina9 dahil olmak üzere farklı insan organlarını taklit etmek üzere geliştirilmiştir. Burada, özellikle hiPSC'lerden vasküler organoidlerin üretilmesine odaklanıyoruz ve farklı organoid numuneleri ve partileri arasındaki varyasyonları en aza indirmeyi ve böylece genel tekrarlanabilirliği iyileştirmeyi amaçlayan kolaylaştırılmış bir protokolün ana hatlarını çiziyoruz.
Vaskülatür, tüm insan organlarında fizyolojik homeostazın korunmasında çok önemli bir rol oynar. Vaskülatür oluşumu, endotel ve mural (örneğin, perisitler ve vasküler düz kas hücreleri) hücreler arasındaki etkileşimler yoluyla düzenlenen ve çeşitli uyaranlardan etkilenen vaskülogenez ve anjiyogenez süreçlerini içerir10. Penninger, Wimmer ve meslektaşları, bu iki süreci taklit eden ilk vasküler organoid üretim yöntemini11,12 geliştirdiler. Bu yöntemden üretilen organoidlerle, onların grubu12 ve biz13,14, hastalıklardaki vasküler arızaları modellemek için vasküler organoidlerin potansiyelini göstermiştir. Örneğin, son çalışmalarımızda13,14, hastalığı taklit eden vasküler organoidler ile bunların vahşi tip muadilleri arasında damar filizlenmesi ve duvar hücre bileşimi varyasyonları gibi farklı fenotipler gözlenmiştir. Bu örnekler, vasküler organoid modelin, hastalığa bağlı vasküler arızaları taklit ederek ilaç taraması için bir platform görevi görebileceğini vurgulamaktadır.
İlk vasküler organoid üretim çalışmaları11,12 üzerine inşa edilen, aynı organoid üretim partisinde sıklıkla görülen varyasyonları en aza indirmede kritik bir faktör olan homojen embriyoid cisim (EB) oluşumunu kolaylaştırmak için mikrokuyu kullanımını içeren revize edilmiş bir protokol sunulmuştur. Ek olarak, kroman 1, emricasan, poliaminler ve entegre stres yanıt inhibitörü (trans-ISRIB)15'in bir kombinasyonu olan CEPT kokteyli, EB oluşum süreci sırasında hiPSC'lerin ve farklılaşmış hücrelerin canlılığını iyileştirmek için kullanılır. Bu modifikasyon esas olarak farklı organoid numuneleri ve partileri arasındaki varyasyonları azaltmak içindir. Üniform vasküler organoidler, 1. günde endotelin ilkel tübüler ağlara dönüşmesine yardımcı olmak için vaskülogenezin indüklendiği ve ardından organoidlerde karmaşık vasküler ağlar geliştirmek için 5. günde anjiyogenez indüksiyonunun yapıldığı bu kabaca iki haftalık protokolle üretilebilir. 12-15. günlerde, üretilen organoidler hem endotel hem de duvar hücrelerinden oluşan olgun vasküler ağlar göstermelidir.
Şekil 1 , bu protokolde yer alan adımlara genel bir bakış sunmaktadır. Bu protokolde kullanılan reaktifler ve malzemeler ile ilgili detaylı bilgi Malzeme Tablosunda verilmiştir. Aksi belirtilmedikçe, tüm ortamların kullanımdan önce 37 °C'de önceden ısıtılması önerilir. Tüm hücre kültürü materyalleri ve malzemeleri ya otoklavlanmalı ya da steril olmalı ve hücre kullanımı bir biyogüvenlik kabininde yapılmalıdır. Ek olarak, olası katılaşma sorunlarını önlemek için kollajen I karışımının pH değeri dikkatlice pH 7.3'e ayarlanmalıdır.
1. İnsan iPSC bakımı
2. EB oluşumu (Gün 0)
3. Vasküler farklılaşma (Gün 1 - 5)
4. Hidrojel gömme (5. Gün)
5. 3D İmmünofloresan testi
Şekil 1A, her aşamada kullanılan temel bileşenler de dahil olmak üzere bu protokolün şemasını sunar. Farklılaşma EB oluşumu ile başladı, ardından mezoderm indüksiyonu ve vasküler soy spesifikasyonu izledi (Şekil 1B-D). Agregalar zamanla büyüdü ve daha az küresel hale geldi. Organoidler 5. günde pürüzlü kenarlar göstermeye başladı. Kollajen I-bazal membran matris kar?...
Açıklanan protokol, yüksek kaliteli vasküler organoidlerin homojen ve tekrarlanabilir üretimi için iki temel modifikasyon içerir. İlk modifikasyon, EB homojenliğinin daha iyi kontrol edilmesini sağlamak için bir mikro kuyu plakasının kullanılmasıdır. Vasküler farklılaşmanın başlangıç noktası olarak, EB'lerin boyutu, kök hücre kaderini ve farklı soylara doğru farklılaşma etkinliğini düzenlediği için kritik öneme sahiptir. EB boyutundaki değişiklikler g...
Yazarlar rekabet eden hiçbir mali çıkar beyan etmemektedir.
Columbia Üniversitesi'ndeki Herbert Irving Kapsamlı Kanser Merkezi'nin Konfokal ve Özel Mikroskopi Ortak Kaynağı'ndan gelen ve kısmen NIH Center Grant (P30CA013696) aracılığıyla finanse edilen teknik desteğe teşekkür etmek isteriz. Bu çalışma NIH (R21NS133635, Y.-H.L.; UH3TR002151, K. W. L.). Şekil 1A, BioRender kullanılarak oluşturulmuştur.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
2-Mercaptoethanol (1000x) | Gibco | 21985023 | |
Accutase | Sigma-Aldrich | A6964 | |
Alexa Fluor 488 AffiniPure F(ab')2 Fragment Donkey Anti-Rabbit IgG (H+L) | Jackson Immuno Research Labs | 711-546-152 | reconstitute with 0.25 mL 50% glycerol, store at -20 °C for up to 1 year, dilution ratio for use: 1:1000 |
Alexa Fluor 647 AffiniPure F(ab')2 Fragment Donkey Anti-Goat IgG (H+L) | Jackson Immuno Research Labs | 705-606-147 | reconstitute with 0.25 mL 50% glycerol, store at -20°C for up to 1 year, dilution ratio for use: 1:1000 |
B27 supplement minus vitamin A (50x) | Gibco | 12587010 | thaw at 4 °C, aliquot and store at -20 °C, avoid freeze-thaw cycle |
BMP4 | ProSpec | CYT-081 | reconstitute with sterile ddH2O at a concentration of 100 ng/µL, aliquot and store at -20 °C |
CD31 antibody | abcam | ab28364 | dilution ratio: 1:400 |
Centrifuge | Eppendorf | 022626001 | |
CHIR99021 | Tocris Bioscience | 4423/10 | make the stock solution at 12 mM with DMSO, and store at -20 °C for up to 1 year. |
Chroman 1 | Tocris | 7163/10 | make the stock solution at 100 µM with DMSO, and store at -20 °C for up to 1 year. |
Collagen I | Corning | 40236 | |
Confocal Microscope | Nikon | AXRMP/Ti2 | |
Corning Elplasia Plates | Corning | 4441 | |
Countess II FL automated cell counter | Thermo Fisher | AMQAF1000 | |
DMEM/F-12, GlutaMAX supplement | Gibco | 10565018 | |
DMEM/F-12, powder | Gibco | 12500062 | make 10x stock solution with biograde ddH2O and sterilize it with a 0.2 µm filter. Store at 4 °C. |
Edi042A | Cedars Sinai | ||
Emricasan | Medchemexpress LLC | HY1039610MG | make the stock solution at 1 mM with DMSO, and store at -20 °C for up to 1 year. |
ERG antibody | Cell Singali Technology | 97249 | dilution ratio: 1:400 |
Fetal Bovine Serum - Premium | Atlanta Biologicals | S11150 | thaw at 4 °C and aliquot, store at -20 °C for up to five years, or store at 4 °C for up to a month |
FGF2 | ProSpec | CYT557 | reconstitute with sterile ddH2O at a concentration of 100 ng/µL, aliquot and store at -20 °C |
Fluorodish Cell Culture Dish | World Precision Instruments | FD35-100 | |
Forskolin | Tocris Bioscience | 1099 | reconstitute with DMSO at a concentration of 12 mM, aliquot and store at -20 °C |
Gentamicin (50 mg/mL) | Gibco | 15710064 | |
GlutaMAX supplement (100x) | Gibco | 35050061 | |
Heparin, 100 kU | MilliporeSigma | 375095100KU | reconstitute with sterile ddH2O at a concentration of 4 kU/mL |
HEPES (1 M) | Gibco | 15630080 | |
Incubator | Thermo Scientific | 13998123 | |
Knockout Serum Replacement | Gibco | 10828028 | thaw at 4 °C, aliquot and store at -20°C, avoid freeze-thaw cycle |
Matrigel, GFR Basement Membrane Matrix | Corning | 356230 | thaw at 4 °C, aliquot and store at -80°C, avoid freeze-thaw cycle |
MEM Non-Essential Amino Acids Solution (NEAA, 100x) | Gibco | 11140050 | |
Molecular Biology Grade Water | Corning | 46000CV | |
mTeSR plus kit | STEMCELL Technologies | 1001130 | thaw at 4 °C, aliquot and store at -20°C, avoid freeze-thaw cycle |
N2 supplement (100x) | Gibco | 17502048 | thaw at 4 °C, aliquot and store at -20°C, avoid freeze-thaw cycle |
NaOH solution (1 M) | Cytiva HyClone | SH31088.01 | |
NeuroBasal medium | Gibco | 21103049 | |
NIS-Elements, ver 5.42 | Nikon | ||
Normal Donkey Serum | Jackson Immuno Research Labs | 17000121 | reconstitute with 10 mL sterile ddH2O, store at 4 °C for up to two weeks |
paraformaldehyde, 20% | Electron Microscopy Sciences | 15713S | dilute with PBS |
PBST, 20x | Thermofisher | 28352 | |
PDGFRβ antibody | R&D | AF385 | dilution ratio: 1:400 |
polyamine supplement (1000x) | Sigma-Aldrich | P8483 | |
Rapiclear clearing reagent, 1.49 | SUNJIN LAB | RC149001 | |
Sodium Bicarbonate (7.5%) | Gibco | 25080094 | |
Sodium deoxycholate monohydrate | Thermofisher | J6228822 | dissolve with ddH2O for 1% (wt/v) stock solution |
TBST, 20x | Thermofisher | 28360 | |
trans-ISRIB | Tocris Bioscience | 5284/10 | make the stock solution at 1 mM with DMSO, and store at -20°C for up to 1 year. |
Tritin X-100 | Sigma-Aldrich | T8787-50ML | |
Trypan Blue Stain (0.4%) | Thermo Fisher | 15250061 | |
Tween 20 | Sigma-Aldrich | P7949-100ML | |
VEGF-A | ProSpec | CYT-116 | reconstitute with sterile ddH2O at a concentration of 100 ng/µL, aliquot and store at -20°C |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiDaha Fazla Makale Keşfet
This article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır