Name: Generation of Patient-Derived Podocytes from Skin Biopsies (Video) | JoVE
Uploaded: 2023-05-26T13:20:00
Duration: 2 min 2 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Generation of Patient-Derived Podocytes from Skin Biopsies at JoVE.com

עבודה זו מומנה על ידי המרכז הבינתחומי למחקר קליני (IZKF) של אוניברסיטת פרידריך אלכסנדר ארלנגן-נירנברג עם מספר המענק M4-IZKF-F009 שניתן ליאנינה מולר-דייל, ועל ידי Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) תחת שם הפרויקט STOP-FSGS-Speed Translation-Oriented Progress to Treat FSGS, מענק מספר 01GM2202D שניתן ליאנינה מילר-דיל. אנו מודים לאנאלנה קראוס על התמיכה בצילום תמונות SEM.

Using Skin Biopsies to Generate Patient-Derived Podocytes

<ol>
	<li>Mundel, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rearrangements+of+the+cytoskeleton+and+cell+contacts+induce+process+formation+during+differentiation+of+conditionally+immortalized+mouse+podocyte+cell+lines.">Rearrangements of the cytoskeleton and cell contacts induce process formation during differentiation of conditionally immortalized mouse podocyte cell lines.</a> Experimental Cell Research. 236 (1), 248-258 (1997).</li><li>Grgic, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+of+podocyte+foot+processes+by+fluorescence+microscopy.">Imaging of podocyte foot processes by fluorescence microscopy.</a> Journal of the American Society of Nephrology. 23 (5), 785-791 (2012).</li><li>Grahammer, F., Schell, C., Huber, T. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+podocyte+slit+diaphragm-from+a+thin+grey+line+to+a+complex+signalling+hub.">The podocyte slit diaphragm-from a thin grey line to a complex signalling hub.</a> Nature Reviews Nephrology. 9 (10), 587-598 (2013).</li><li>Deen, W. M., Lazzara, M. J., Myers, B. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+determinants+of+glomerular+permeability.">Structural determinants of glomerular permeability.</a> American Journal of Physiology. Renal Physiology. 281 (4), F579-F596 (2001).</li><li>Schell, C., Huber, T. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+evolving+complexity+of+the+podocyte+cytoskeleton.">The evolving complexity of the podocyte cytoskeleton.</a> Journal of the American Society of Nephrology. 28 (11), 3166-3174 (2017).</li><li>Muller-Deile, J., Schiffer, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Podocyte+directed+therapy+of+nephrotic+syndrome-can+we+bring+the+inside+out.">Podocyte directed therapy of nephrotic syndrome-can we bring the inside out.</a> Pediatric Nephrology. 31 (3), 393-405 (2016).</li><li>Boehlke, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hantavirus+infection+with+severe+proteinuria+and+podocyte+foot-process+effacement.">Hantavirus infection with severe proteinuria and podocyte foot-process effacement.</a> American Journal of Kidney Diseases. 64 (3), 452-456 (2014).</li><li>Schiffer, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pharmacological+targeting+of+actin-dependent+dynamin+oligomerization+ameliorates+chronic+kidney+disease+in+diverse+animal+models.">Pharmacological targeting of actin-dependent dynamin oligomerization ameliorates chronic kidney disease in diverse animal models.</a> Nature Medicine. 21 (6), 601-609 (2015).</li><li>Kopp, J. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Podocytopathies.">Podocytopathies.</a> Nature Reviews. Disease Primers. 6 (1), 68 (2020).</li><li>Wiggins, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+spectrum+of+podocytopathies:+a+unifying+view+of+glomerular+diseases.">The spectrum of podocytopathies: a unifying view of glomerular diseases.</a> Kidney International. 71 (12), 1205-1214 (2007).</li><li>Mundel, P., Reiser, J., Kriz, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Induction+of+differentiation+in+cultured+rat+and+human+podocytes.">Induction of differentiation in cultured rat and human podocytes.</a> Journal of the American Society of Nephrology. 8 (5), 697-705 (1997).</li><li>Jat, P. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+derivation+of+conditionally+immortal+cell+lines+from+an+H-2Kb-tsA58+transgenic+mouse.">Direct derivation of conditionally immortal cell lines from an H-2Kb-tsA58 transgenic mouse.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 88 (12), 5096-5100 (1991).</li><li>Saleem, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+conditionally+immortalized+human+podocyte+cell+line+demonstrating+nephrin+and+podocin+expression.">A conditionally immortalized human podocyte cell line demonstrating nephrin and podocin expression.</a> Journal of the American Society of Nephrology. 13 (3), 630-638 (2002).</li><li>Eto, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Podocyte+protection+by+darbepoetin:+preservation+of+the+cytoskeleton+and+nephrin+expression.">Podocyte protection by darbepoetin: preservation of the cytoskeleton and nephrin expression.</a> Kidney International. 72 (4), 455-463 (2007).</li><li>Krtil, J., Platenik, J., Kazderova, M., Tesar, V., Zima, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Culture+methods+of+glomerular+podocytes.">Culture methods of glomerular podocytes.</a> Kidney &amp; Blood Pressure Research. 30 (3), 162-174 (2007).</li><li>Chittiprol, S., Chen, P., Petrovic-Djergovic, D., Eichler, T., Ransom, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Marker+expression,+behaviors,+and+responses+vary+in+different+lines+of+conditionally+immortalized+cultured+podocytes.">Marker expression, behaviors, and responses vary in different lines of conditionally immortalized cultured podocytes.</a> American Journal of Physiology. Renal Physiology. 301 (3), F660-F671 (2011).</li><li>Shih, N. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=CD2AP+localizes+to+the+slit+diaphragm+and+binds+to+nephrin+via+a+novel+C-terminal+domain.">CD2AP localizes to the slit diaphragm and binds to nephrin via a novel C-terminal domain.</a> The American Journal of Pathology. 159 (6), 2303-2308 (2001).</li><li>Yan, K., Khoshnoodi, J., Ruotsalainen, V., Tryggvason, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=N-linked+glycosylation+is+critical+for+the+plasma+membrane+localization+of+nephrin.">N-linked glycosylation is critical for the plasma membrane localization of nephrin.</a> Journal of the American Society of Nephrology. 13 (5), 1385-1389 (2002).</li><li>Sir Elkhatim, R., Li, J. Y., Yong, T. Y., Gleadle, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dipping+your+feet+in+the+water:+podocytes+in+urine.">Dipping your feet in the water: podocytes in urine.</a> Expert Review of Molecular Diagnostics. 14 (4), 423-437 (2014).</li><li>Camici, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Urinary+detection+of+podocyte+injury.">Urinary detection of podocyte injury.</a> Biomedicine &amp; Pharmacotherapy. 61 (5), 245-249 (2007).</li><li>Muller-Deile, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Overexpression+of+preeclampsia+induced+microRNA-26a-5p+leads+to+proteinuria+in+zebrafish.">Overexpression of preeclampsia induced microRNA-26a-5p leads to proteinuria in zebrafish.</a> Scientific Reports. 8 (1), 3621 (2018).</li><li>Schenk, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Removal+of+focal+segmental+glomerulosclerosis+(FSGS)+factor+suPAR+using+CytoSorb.">Removal of focal segmental glomerulosclerosis (FSGS) factor suPAR using CytoSorb.</a> Journal of Clinical Apheresis. 32 (6), 444-452 (2017).</li><li>Petermann, A., Floege, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Podocyte+damage+resulting+in+podocyturia:+a+potential+diagnostic+marker+to+assess+glomerular+disease+activity.">Podocyte damage resulting in podocyturia: a potential diagnostic marker to assess glomerular disease activity.</a> Nephron. Clinical Practice. 106 (2), c61-c66 (2007).</li><li>Vogelmann, S. U., Nelson, W. J., Myers, B. D., Lemley, K. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Urinary+excretion+of+viable+podocytes+in+health+and+renal+disease.">Urinary excretion of viable podocytes in health and renal disease.</a> American Journal of Physiology. Renal Physiology. 285 (1), F40-F48 (2003).</li><li>Petermann, A. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Podocytes+that+detach+in+experimental+membranous+nephropathy+are+viable.">Podocytes that detach in experimental membranous nephropathy are viable.</a> Kidney International. 64 (4), 1222-1231 (2003).</li><li>Sakairi, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conditionally+immortalized+human+podocyte+cell+lines+established+from+urine.">Conditionally immortalized human podocyte cell lines established from urine.</a> American Journal of Physiology. Renal Physiology. 298 (3), F557-F567 (2010).</li><li>Rauch, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Differentiation+of+human+iPSCs+into+functional+podocytes.">Differentiation of human iPSCs into functional podocytes.</a> PLoS One. 13 (9), e0203869 (2018).</li><li>Musah, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mature+induced-pluripotent-stem-cell-derived+human+podocytes+reconstitute+kidney+glomerular-capillary-wall+function+on+a+chip.">Mature induced-pluripotent-stem-cell-derived human podocytes reconstitute kidney glomerular-capillary-wall function on a chip.</a> Nature Biomedical Engineering. 1, 0069 (2017).</li><li>Takahashi, K., Okita, K., Nakagawa, M., Yamanaka, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Induction+of+pluripotent+stem+cells+from+fibroblast+cultures.">Induction of pluripotent stem cells from fibroblast cultures.</a> Nature Protocols. 2 (12), 3081-3089 (2007).</li><li>Takahashi, K., Yamanaka, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Induction+of+pluripotent+stem+cells+from+mouse+embryonic+and+adult+fibroblast+cultures+by+defined+factors.">Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors.</a> Cell. 126 (4), 663-676 (2006).</li><li>Teshigawara, R., Cho, J., Kameda, M., Tada, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanism+of+human+somatic+reprogramming+to+iPS+cell.">Mechanism of human somatic reprogramming to iPS cell.</a> Laboratory Investigation. 97 (10), 1152-1157 (2017).</li><li>Bang, J. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimization+of+episomal+reprogramming+for+generation+of+human+induced+pluripotent+stem+cells+from+fibroblasts.">Optimization of episomal reprogramming for generation of human induced pluripotent stem cells from fibroblasts.</a> Animal Cells and Systems. 22 (2), 132-139 (2018).</li><li>Okita, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+more+efficient+method+to+generate+integration-free+human+iPS+cells.">A more efficient method to generate integration-free human iPS cells.</a> Nature Methods. 8 (5), 409-412 (2011).</li><li>Musah, S., Dimitrakakis, N., Camacho, D. M., Church, G. M., Ingber, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Directed+differentiation+of+human+induced+pluripotent+stem+cells+into+mature+kidney+podocytes+and+establishment+of+a+Glomerulus+Chip.">Directed differentiation of human induced pluripotent stem cells into mature kidney podocytes and establishment of a Glomerulus Chip.</a> Nature Protocols. 13 (7), 1662-1685 (2018).</li><li>Burt, M., Bhattachaya, R., Okafor, A. E., Musah, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Guided+differentiation+of+mature+kidney+podocytes+from+human+induced+pluripotent+stem+cells+under+chemically+defined+conditions.">Guided differentiation of mature kidney podocytes from human induced pluripotent stem cells under chemically defined conditions.</a> Journal of Visualized Experiments. (161), e61299 (2020).</li><li>Vangipuram, M., Ting, D., Kim, S., Diaz, R., Schule, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Skin+punch+biopsy+explant+culture+for+derivation+of+primary+human+fibroblasts.">Skin punch biopsy explant culture for derivation of primary human fibroblasts.</a> Journal of Visualized Experiments. (77), e3779 (2013).</li><li>Hoffding, M. K., Hyttel, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrastructural+visualization+of+the+Mesenchymal-to-Epithelial+Transition+during+reprogramming+of+human+fibroblasts+to+induced+pluripotent+stem+cells.">Ultrastructural visualization of the Mesenchymal-to-Epithelial Transition during reprogramming of human fibroblasts to induced pluripotent stem cells.</a> Stem Cell Research. 14 (1), 39-53 (2015).</li><li>Bharathan, S. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Systematic+evaluation+of+markers+used+for+the+identification+of+human+induced+pluripotent+stem+cells.">Systematic evaluation of markers used for the identification of human induced pluripotent stem cells.</a> Biology Open. 6 (1), 100-108 (2017).</li><li>Scholzen, T., Gerdes, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Ki-67+protein:+from+the+known+and+the+unknown.">The Ki-67 protein: from the known and the unknown.</a> Journal of Cellular Physiology. 182 (3), 311-322 (2000).</li><li>Sun, X., Kaufman, P. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ki-67:+more+than+a+proliferation+marker.">Ki-67: more than a proliferation marker.</a> Chromosoma. 127 (2), 175-186 (2018).</li><li>Vaz, I. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chromosomal+aberrations+after+induced+pluripotent+stem+cells+reprogramming.">Chromosomal aberrations after induced pluripotent stem cells reprogramming.</a> Genetics and Molecular Biology. 44 (3), 20200147 (2021).</li><li>Reiser, J., Altintas, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Podocytes.">Podocytes.</a> F1000Research. 5, 114 (2016).</li><li>Ohmori, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impaired+NEPHRIN+localization+in+kidney+organoids+derived+from+nephrotic+patient+iPS+cells.">Impaired NEPHRIN localization in kidney organoids derived from nephrotic patient iPS cells.</a> Scientific Reports. 11 (1), 3982 (2021).</li><li>Morizane, R., Bonventre, J. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Generation+of+nephron+progenitor+cells+and+kidney+organoids+from+human+pluripotent+stem+cells.">Generation of nephron progenitor cells and kidney organoids from human pluripotent stem cells.</a> Nature Protocols. 12 (1), 195-207 (2017).</li></ol>

למחברים אין מה לחשוף.

פרוטוקול מבוסס תרבית תאים זה משלב תכנות אפיזומלי מחדש של פיברובלסטים עוריים אנושיים לתוך hiPSCs ספציפיים למטופל ולאחר מכן התמיינות לפודוציטים שמקורם ב- hiPSC. זה מאפשר לנו לחקור שינויים הקשורים למוטציות של פודוציטים מחולים עם מחלה גלומרולרית גנטית בנוגע לפגיעה בפודוציטים. הפרוטוקול לתכנות מחדש של פיברובלסטים עוריים בשיטה נטולת אינטגרציה על ידי אלקטרופורציה מעובד מעבודתם של Bang et al.32 ו- Okita et al.33. הפרוטוקול להבדיל פודוציטים מ-hiPSCs מותאם מהפרוטוקול שפורסם על ידי Musah et al.28,34,35. ישנם כבר פרסומים זמינים המתארים את הדור של פודוציטים מ hiPSCs 27,34,35. עם זאת, הפרוטוקול המסופק כאן הוא אופטימלי וזול יותר לגבי ההבחנה של hiPSCs לתוך פודוציטים. בהשוואה לפרוטוקול שפורסם על ידי Musah et al., בדקנו פרוטוקול זה על ריאגנטים ציפוי שונים, כמו ויטרונקטין, משי למינין-511, ומטריצת קרום מרתף מסיס. ניתן להוריד את ריכוזי ויטרונקטין ולמינין משי-511 ל-2.5 מיקרוגרם/מ"ל במקום 5 מק"ג/מ"ל 28,34,35. יתר על כן, ניתן היה להפחית את ריכוזי BMP7 והפעלת A - שני גורמי גדילה יקרים מאוד - ב -50%, מ -100 ננוגרם/מ"ל ל -50 ננוגרם/מ"ל.
זה מאפשר בידול זול יותר. תאי אב של נפרון מהיום השביעי עדיין התרבו, והאפשרות לקפוא הודגמה בעבר. הרחבנו תאים אלה לאחר ההפשרה ולפני התמיינות סופית בתווך בסיסי המכיל את מדיום הנשר המעובד של דולבקו (DMEM) ו-B27 למשך מספר ימים, והפחתנו את העלויות עוד יותר. בנוסף לשלבי ההתמיינות, פרוטוקול זה מתאר את הצמיחה של פיברובלסטים מביופסיות עור עם הדור הבא של hiPSCs ספציפיים למטופל באמצעות תכנות מחדש אפיזומלי. השילוב של שתי שיטות אלה מאפשר יצירת פודוציטים ספציפיים למטופל. לכן, פרוטוקול מלא שלב אחר שלב ליצירת פודוציטים ספציפיים למטופל הנגזרים מ- hiPSC מסופק כאן שלא תואר קודם לכן בפירוט כזה.
מכיוון שהפרוטוקול הכולל כולל מספר סוגי תאים שונים, חיוני לאפיין את סוגי התאים שנוצרו בשלבים שונים. התאים נמצאים בתרבית במשך תקופה ממושכת של זמן, ולכן בקרת איכות צריכה להתבצע במעברים שונים. כאשר עובדים עם hiPSCs, הזנה יומית, כמו גם התנהגות התא ניטור מורפולוגיה הוא הכרחי. יש להבטיח סטריליות של אמצעי הבידול על ידי עיקור מסנן באמצעות מסנן 0.2 מיקרומטר. הפרוטוקול כולו, מביופסיה של העור ועד פודוציטים שמקורם ב-hiPSC, אורך מספר חודשים, אך ניתן להקפיא את התאים בשלבים שונים של התהליך. ניתן להקפיא פיברובלסטים, שיבוטים נבחרים של hiPSC ותאי אב נפרון שגשוגיים לאחר 7 ימים במדיום התמיינות האב של נפרון, וליצור בנק תאים פעיל.
אף על פי שפודוציטים בריאים שמקורם ב-hiPSC מפתחים רשת נפרדת של תהליכים ראשוניים ומשניים ברגל (איור 5A,B) ומבטאים סמן ספציפי טיפוסי לפודוציטים (איור 6A-C), קשה לחקות דיאפרגמות חריץ אופייניות, כפי שניתן לראות in vivo, במודלים קלאסיים של תרביות תאים דו-ממדיות. יתר על כן, תקשורת בין-תאית עם סוגי תאים גלומרולריים אחרים אינה אפשרית בסביבה מונו-תרבותית זו.
בשל מצבם המובחן הסופי וחוסר יכולת ההתפשטות, קשה לחקור פודוציטים ex vivo. בעזרת הנצחת פודוציטים ראשוניים מותנים, ניתן להתגבר על מגבלה זו על ידי החדרת מתג רגיש לחום, וכתוצאה מכך מודל תרבית תאים שבו תאים מתרבים ב 33 ° C ו להתמיין ב 37 ° C13,14. למרות שלציפודוציטים אלה יש פוטנציאל גבוה לחקר פודוציטים, ישנן מגבלות, כמו חוסר ביטוי סמן, מורפולוגיה לא מובחנת, וכישלון ביצירת תהליכי כף רגל15,16.
ההתמיינות של פודוציטים מתאים סומטיים שמקורם בחולה מאפשרת יצירה והשוואה של פודוציטים חולים עם תאי ביקורת בריאים ex vivo. זה מאפשר לנו לחקור נזק לפודוציטים עקב מוטציות בגנים ספציפיים לפודוציטים. יתר על כן, לעבודה עם hiPSCs יש פוטנציאל ליצירת מודלים תלת מימדיים של מחלות תרבית תאים, או ליתר דיוק אורגנואידים43,44. תרבית משותפת של פודוציטים שמקורם ב-hiPSC עם תאים גלומרולריים אחרים, כמו תאי אנדותל גלומרולריים או תאים מזנגיאליים, עשויה להוביל לתובנות חדשות בנוגע לתקשורת בין-תאית בבריאות ובמחלות גלומרולריות.
יתר על כן, ניתן לבצע אפיון וטיפול בפודוציטים הספציפיים למטופל ex vivo בניתוח תפוקה גבוהה. הגישה האינדיבידואלית פותחת הזדמנות לחקור מטרות טיפוליות חדשות למוטציות ספציפיות ולבצע רפואה מותאמת אישית בעתיד.

פודוציטים הם תאי אפיתל כליות מיוחדים, פוסט-מיטוטיים, היוצרים את מחסום הסינון הגלומרולרי של הכליה יחד עם קרום המרתף הגלומרולרי (GBM), תאי אנדותל גלומרולריים וגליקוקליקס. באופן פנוטיפי, פודוציטים מורכבים מגוף תא ושלוחות קרום ראשוניות מונעות מיקרוטובול, כמו גם שלוחות משניות הנקראות תהליכי כף רגל 1,2. מחסום הסינון הגלומרולרי המסנן שתן מהדם בנוי מאנדותל פנסטרציה, GBM, וסוג מיוחד של צומת בין-תאי המחבר בין תהליכים רגליים פודוציטים שכנים, הנקרא דיאפרגמת החריץ של פודוקטיאס3. בתנאים בריאים, חלבונים גדולים יותר מאלבומין נשמרים ממחסום הסינון בשל גודלם ומטענם4.
מוטציות בגנים ספציפיים לשלד או פודוציטים, כמו גם גורמים במחזור הדם המשפיעים על מסלולי איתות פודוציטים, ידועים כגורמים להתפוגגות פודוציטים, ניתוק או אפופטוזיס, וכתוצאה מכך פרוטאינוריה וטרשת גלומרולרית. בפרט, סידור מחדש של שלד ציטוס, שינויים בקוטביות פודוציטים או נזק של תהליכים ברגל עם אובדן הקשור של צמתים חריצים הם מרכזיים5. בשל מעמדם המובחן הסופני, פודוציטים בקושי ניתן להחליף לאחר ניתוק של GBM. עם זאת, אם פודוציטים מחוברים לגליובלסטומה, הם עדיין יכולים להתאושש מהתפוגגות ולתקן תהליכי רגל בין-ספרתיים 6,7,8. הבנה נוספת של האירועים המובילים לנזקי פודוציטים בהפרעות גלומרולריות שונות עשויה לספק מטרות טיפוליות חדשות שיסייעו בפיתוח טיפולים למחלות אלה. נזק לפודוציטים הוא סימן היכר של מחלות גלומרולריות שונות, כולל גלומרולוסקלרוזיס סגמנטאלי מוקדי (FSGS), נפרופתיה סוכרתית, מחלת שינוי מינימלי וגלומרולונפרופתיה קרומית, הדורשת מודלים אמינים של פודוציטים ex vivo כדי לחקור את המנגנונים הפתולוגיים וגישות הטיפול האפשריות במחלות אלה 9,10. פודוציטים ניתן לחקור ex vivo על ידי תרבית תאים ראשונית קלאסית המבוססת על בידוד של glomeruli על ידי מסננת דיפרנציאלית11. עם זאת, בשל המצב הממוין הסופני עם יכולת התפשטות מוגבלת, רוב החוקרים משתמשים בקווי תאי ציפודוציטים עכבריים או אנושיים המבטאים גרסאות רגישות לטמפרטורה של אנטיגן T גדול SV40. לחלופין, ciPodocytes מבודדים מעכברים טרנסגניים הנושאים את הגן SV40 Tag immortalizing gene 1,12.
CiPodocytes להתרבות ב 33 ° C, אבל להיכנס לעצור צמיחה ולהתחיל להתמיין ב 37 ° C13,14. יש לזכור כי נתונים ניסיוניים המתקבלים עם תאים אלה יש לפרש בזהירות מסוימת, כמו התאים נוצרים באמצעות החדרת גן לא טבעי15. מכיוון שלתאים אלה יש גן בן אלמוות, הפיזיולוגיה התאית משתנה בגלל התרבות מתמשכת12. קווי תאי פודוציטים שנוצרו על ידי גישה זו נחקרו לאחרונה, שכן ציפודוציטים של עכברים, בני אדם וחולדות מבטאים פחות מ-5% מהסינפטודין והנפרין ברמת החלבון, כמו גם NPHS1 ו-NPHS2 ברמת ה-mRNA בהשוואה לביטוי גלומרולרי16. יתר על כן, רוב קווי תאי פודוציטים אינם מבטאים נפרין17,18. Chittiprol et al. תיארו גם הבדל משמעותי בתנועתיות התאים ובתגובות לפורומיצין ודוקסורוביצין בציפודוציטים16. פודוציטים ניתן למצוא בשתן לאחר ניתוק מהגליובלסטומה במחלות גלומרולריות שונות 19,20,21,22. פודוציטים ברי קיימא בשתן ניתן לטפח ex vivo עד 2-3 שבועות, אבל רוב התאים עוברים אפופטוזיס23,24. באופן מעניין, פודוציטים נמצאים לא רק בשתן של חולים עם מחלה גלומרולרית אלא גם בשתן של נבדקים בריאים, ככל הנראה כאשר הם מזדקנים שוב עם פוטנציאל מוגבל של שכפול בתרבית24. יתר על כן, מספר הפודוציטים שמקורם בשתן מוגבל, והתאים מתמיינים בתרבית, מראים פחות תהליכים ברגל, משנים מורפולוגיה, והכי חשוב יש להם יכולת התפשטות מוגבלת. הביטוי של גנים ספציפיים לפודוציטים נעדר, נעלם תוך מספר שבועות, או משתנה בין שיבוטים אלה של תאים. חלק מהתאים החיוביים לסמן הספציפי לפודוציטים ביטאו יחד את הסמן של תאי אפיתל צינוריים או מיופיברובלסטים ותאים מזנגיאליים, מה שמרמז על דה-דיפרנציאציה ו/או התמיינות של פודוציטים בתרבית בשתן24,25.
לאחרונה, הדור של שורות תאי ciPodocyte שמקורם בשתן של חולים ומתנדבים בריאים על ידי התמרה עם אנטיגן SV40 גדול T רגיש לחום ו- hTERT תואר26. זוהה ביטוי mRNA עבור סינפטודין, נסטין וחלבון הקשור ל-CD2, אך פודוצין mRNA נעדר בכל השיבוטים. בנוסף לבעיות עם פודוציטים בשתן, תאים אלה מכילים גם את הגן אימורטליזציה החדר, וכתוצאה מכך את החסרונות שנדונו לעיל.
לעומת זאת, לתאי גזע פלוריפוטנטיים המושרים על ידי בני אדם (hiPSCs) יש יכולת עצומה לחדש את עצמם ולהתמיין למספר סוגי תאים בתנאים מתאימים. הוכח בעבר כי hiPSCs יכולים לשמש כמקור כמעט בלתי מוגבל של פודוציטים27,28.
כאן, מתואר פרוטוקול דו-שלבי ליצירת פודוציטים ספציפיים למטופל מפיברובלסטים עוריים של ביופסיות ניקוב עור, עם תכנות אפיזומלי מחדש לאחר מכן ל-hiPSCs והתמיינות סופית לפודוציטים שמקורם ב-hiPSC (איור 1).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65364/65364fig01.jpg"> איור 1: פרוטוקול ליצירת פודוציטים שמקורם ב-hiPSC ספציפיים למטופל. סקירה גרפית של הפרוטוקול ליצירת פודוציטים ספציפיים למטופל מפיברובלסטים עוריים של ביופסיית עור על ידי תכנות מחדש ל- hiPSCs והתמיינות לפודוציטים. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65364/65364fig01large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
כצעד ראשון, פיברובלסטים עוריים סומטיים גדלו מביופסיה של ניקוב העור ותוכנתו מחדש ל-hiPSCs בשיטה נטולת אינטגרציה על ידי אלקטרופורציה עם פלסמידים המבטאים את גורמי השעתוק OCT3/4, KLF4, SOX2 ו-c-MYC 29,30,31. מושבות hiPSC שקמו נבחרו לאחר מכן והורחבו. ההתמיינות החלה עם השראת השושלת המזודרמלית על ידי הפעלת מסלול האיתות WNT, ואחריה יצירת תאי אב של נפרון שעדיין היו מסוגלים להתרבות. לבסוף, התאים התמינו לפודוציטים. בהליך זה, שינינו ושילבנו פרוטוקולים שפורסמו בעבר לתכנות מחדש אפיזומלי ליצירת hiPSCs על ידי Bang et al.32 ו- Okita et al.33, כמו גם פרוטוקול להבחנה של hiPSCs לפודוציטים על ידי Musah et al.28,34,35.
ואכן, לפודוציטים שנוצרו על ידי הפרוטוקול שלנו היה פנוטיפ קרוב יותר לפודוציטים in vivo, לגבי התפתחות רשת מובחנת של תהליכים ראשוניים ומשניים ברגל וביטוי של סמנים ספציפיים לפודוציטים, כמו סינפטודין, פודוצין ונפרין. עם השימוש בפודוציטים שמקורם ב- hiPSC, הרקע הגנטי של המטופל נשמר במהלך תכנות מחדש והתמיינות. זה מאפשר מידול מחלת פודוציטים ספציפית למטופל וגילוי של חומרים טיפוליים פוטנציאליים ex vivo במספר תאים כמעט בלתי מוגבל. יתר על כן, פרוטוקול זה הוא זעיר פולשני, חסכוני, מקובל מבחינה אתית ועשוי להקל על אפיקים חדשים לפיתוח תרופות.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>0.2 &#181;m sterile filter</td>
			<td>Rotilab</td>
			<td>P668.1</td>
			<td>for sterilization of differentiation medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>all-trans retinoic acid</td>
			<td>Stem Cell Technologies</td>
			<td>72262</td>
			<td>supplement for differentiation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>B27 supplement (50 x), serum free</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>17504044</td>
			<td>supplement for serum-free differentiation medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BG iMatrix-511 Silk</td>
			<td>biogems</td>
			<td>RL511S</td>
			<td>additional option of extracellular matrix reagent used in coating solution to coat cell culture plastics suitable for hiPSC culture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bovine serum albumin (BSA)&#160;</td>
			<td>Roth</td>
			<td>8076.4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CELLSTAR Filter Cap Cell Culture Flasks, T75, 250 mL</td>
			<td>Greiner bio-one</td>
			<td>82050-856</td>
			<td>cell culture plastics suitable for fibroblast culture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CHIR99021 (5 mg)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>252917-06-9&#160;</td>
			<td>supplement for differentiation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Corning Matrigel hESC qualified matrix&#160;</td>
			<td>Corning</td>
			<td>354277</td>
			<td>additional option of extracellular matrix reagent used in coating solution to coat cell culture plastics suitable for hiPSC culture (solubilized basement membrane matrix)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>countess Cell Counting Chamber Slides</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>C10283</td>
			<td>to count cells</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>countess II FL&#160; Automated Cell Counter</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td></td>
			<td>to count cells</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>cryoPure tubes, 2 ml, QuickSeal screw cap, white</td>
			<td>Sarstedt</td>
			<td>72380</td>
			<td>cryovials for freezing of cells</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>dimethyl sulfoxide (DMSO)&#160;</td>
			<td>Roth</td>
			<td>A994.1</td>
			<td>for fibroblast freezing medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMEM/F12 (1:1) (1 x)</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>11320074</td>
			<td>basic medium for differentiation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMEM/F12 + Glutamax</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>10565018</td>
			<td>basic medium for fibroblast medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EVOS M5000 Imaging System</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>AMF5000</td>
			<td>phase contrast microscope</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>fetal bovine serum premium, inactivated (FCS)</td>
			<td>PAN Biotech</td>
			<td>P301902</td>
			<td>serum for fibroblast medium, fibroblast freezing medium and podocyte maintenance medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>fisherbrand Electroporation Cuvettes Plus, 4 mm gap, 800 &#181;L capacity, sterile</td>
			<td>Fisherbrand</td>
			<td>FB104</td>
			<td>cuvette used for electroporation/episomal reprogramming of fibroblasts (4mm gap)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>fluoromount-G Mounting Medium, with DAPI</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>00-4959-52</td>
			<td>mounting medium containing dapi</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>gauge needle (0.6 x 30 mm)</td>
			<td>BD Microlance3</td>
			<td>300700</td>
			<td>for separation of hiPSC colonies into small pieces</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>human Recombinant Activin A Protein</td>
			<td>78001.1</td>
			<td>Stem cell technologies</td>
			<td>supplement for differentiation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>human recombinant bone morphogenetic protein 7 (BMP7)</td>
			<td>Peprotech</td>
			<td>120-03P</td>
			<td>supplement for differentiation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>human VEGF-165 Recombinant Protein</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>PHC9394</td>
			<td>supplement for differentiation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>insulin-transferrin-selenium (ITS -G) (100 x)</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>41400045</td>
			<td>supplement for podocyte maintenance medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LB medium</td>
			<td>Roth</td>
			<td>X964.1</td>
			<td>for sterility test of hiPSC culture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>lookOut Mycoplasma PCR Detection Kit</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>MP0035-1KT</td>
			<td>commercial mycoplasma detection kit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>microscope slides</td>
			<td>Diagonal GmbH &#38; Co.KG</td>
			<td>21,102</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>microtube 1.5 mL&#160;</td>
			<td>Sarstedt</td>
			<td>72706400</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>mTeSR1 Complete Kit</td>
			<td>Stem Cell Technologies</td>
			<td>85850</td>
			<td>basic medium for serum-free hiPSC culture medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>nalgene freezing container Mr.Frosty</td>
			<td>Roth</td>
			<td>AC96.1&#160;</td>
			<td>to ensure optimal freezing conditions</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>normal goat serum</td>
			<td>abcam</td>
			<td>ab 7481</td>
			<td>for preincubation solution and antibody diluent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>nunc 24 well plates</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>142485</td>
			<td>cell culture plastics suitable for hiPSC culture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>nunc 48 well plates&#160;</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>152640</td>
			<td>cell culture plastics suitable for hiPSC culture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>nunc 6 well plates&#160;</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>140685</td>
			<td>cell culture plastics suitable for hiPSC culture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>nunc EasYDish Dishes 100 mm</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>150466</td>
			<td>cell culture plastics suitable for hiPSC culture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>nunc MicroWell 96-Well, Nunclon Delta-Treated, Flat-Bottom Microplate</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>167008</td>
			<td>cell culture plastics suitable for hiPSC culture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>nutriFreez D10 Cryopreservation Medium</td>
			<td>Sartorius</td>
			<td>05-713-1E&#160;</td>
			<td>serum-free cryopreservation medium for cryopreservation of hiPSC and nephron progenitor cells</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Opti-MEM</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>11058021</td>
			<td>electroporation medium&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>pCXLE-hMLN</td>
			<td>Addgene</td>
			<td>#27079</td>
			<td>plasmid for episomal reprogramming</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>pCXLE-hOCT3/4 plasmid</td>
			<td>Addgene</td>
			<td>#27077</td>
			<td>plasmid for episomal reprogramming</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>pCXLE-hSK plasmid</td>
			<td>Addgene</td>
			<td>#27078</td>
			<td>plasmid for episomal reprogramming</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>penicillin-streptomycin</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P4333-100ML</td>
			<td>to avoid bacterial contamination</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>plastic coverslips</td>
			<td>Sarstedt</td>
			<td>&#160; 83.1840.002</td>
			<td>for immunofluorescent stainings of hiPSCs and hiPSC-derived podocytes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ROTI Histofix</td>
			<td>Roth</td>
			<td>P087.3</td>
			<td>commercial paraformaldehyde (4 %) for fixation of cells</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RPMI 1640 + L-Glutamine</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>21875034</td>
			<td>basic medium for podocyte maintenance medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>staining chamber StainTray Black lid</td>
			<td>Roth</td>
			<td>HA51.1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>stemPro Accutase Cell Dissociation Reagent</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>A1110501</td>
			<td>enzymatic cell detachment solution used for dissociation of hiPSCs</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>sterile phosphate buffered saline (PBS) (1 x)</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>14190094</td>
			<td>used for washing and coating</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>sterile water</td>
			<td>Roth</td>
			<td>T1432</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>syringe without needle 20 mL</td>
			<td>BD Plastipak</td>
			<td>300629</td>
			<td>to filter sterilize differentiation medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TC dish 100 mm</td>
			<td>Sarstedt</td>
			<td>8,33,902</td>
			<td>sterile cell culture plastics used for cutting the skin biopsy and fibroblast culture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TC dish 35 mm</td>
			<td>Sarstedt</td>
			<td>8,33,900</td>
			<td>sterile cell culture plastics used for outgrowing fibroblasts from skin biopsy</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>triton X 100</td>
			<td>Roth</td>
			<td>3051.3</td>
			<td>for preincubation solution&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>trypan Blue Stain (0.4 %) for use with the Countess Automated Cell Counter</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>T10282</td>
			<td>to count cells</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>trypsin-EDTA (10 x)&#160;</td>
			<td>Biowest</td>
			<td>X0930-100</td>
			<td>dissociation reagent used for fibroblasts and nephron progenitor cells</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>tube 15 mL</td>
			<td>Greiner bio-one</td>
			<td>188271-N</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>tube 50 mL</td>
			<td>Greiner bio-one</td>
			<td>227261</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>vitronectin ACF</td>
			<td>Sartorius</td>
			<td>05-754-0002</td>
			<td>extracellular matrix reagent used in coating solution to coat cell culture plastics suitable for hiPSC culture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Y-27632 dihydrochloride (10 mg)</td>
			<td>Tocris</td>
			<td>1254</td>
			<td>to avoid apoptosis of hiPSCs during splitting</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Primary antibodies</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>OCT4&#160;</td>
			<td>Stem Cell Technologies</td>
			<td>60093.1</td>
			<td>pluripotency marker, dilution 1:200</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SSEA-4</td>
			<td>Stem Cell Technologies</td>
			<td>60062FI.1</td>
			<td>pluripotency marker, dilution 1:100</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ki67</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab15580</td>
			<td>proliferation marker, dilution 1:300</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>synaptopodin</td>
			<td>Proteintech</td>
			<td>21064-1-AP</td>
			<td>podocyte-specific marker, dilution 1:200</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>nephrin</td>
			<td>Progen</td>
			<td>GP-N2</td>
			<td>podocyte-specific marker, dilution 1:25</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>podocin</td>
			<td>proteintech</td>
			<td>20384-1-AP</td>
			<td>podocyte-specific marker, dilution 1:100</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Secondary antibodies</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>goat anti-Guinea Pig IgG (H+L) Highly Cross-Adsorbed Secondary Antibody, Alexa Fluor 555</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>A21435</td>
			<td>secondary anditbody, dilution 1:1000</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>alexa Fluor 647 Goat Anti-Rabbit SFX Kit, highly cross-adsorbed</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>A31634</td>
			<td>secondary anditbody, dilution 1:1000</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>donkey anti-Rabbit IgG (H+L) Highly Cross-Adsorbed Secondary Antibody, Alexa Fluor 488</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>A21206</td>
			<td>secondary anditbody, dilution 1:1000</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>goat anti-Mouse IgG (H+L) Cross-Adsorbed Secondary Antibody, Alexa Fluor 555</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>A21422</td>
			<td>secondary anditbody, dilution 1:1000</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>goat anti-Mouse IgG (H+L) Cross-Adsorbed Secondary Antibody, Alexa Fluor 488</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>A11001</td>
			<td>secondary anditbody, dilution 1:1000</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

generation of patient-derived podocytes from skin biopsies

פודוציטים הם תאי אפיתל היושבים באתר השתן של מחסום הסינון הגלומרולרי התורמים לתפקוד המסנן הסלקטיבי של הגלומרולוס. מוטציות בגנים ספציפיים לפודוציטים יכולות לגרום לגלומרולוסקלרוזיס סגמנטאלי מוקדי (FSGS), ופודוציטים מושפעים גם בנפרופתיות ראשוניות ומשניות רבות אחרות. בשל אופיים המובחן, מודלים ראשוניים של תרביות תאים מוגבלים עבור פודוציטים. לכן, בדרך כלל תאים אימורטליים מותנה משמשים. עם זאת, לפודוציטים מותנים מותנים אלה (ciPodocytes) יש מספר מגבלות: התאים יכולים להתמיין בתרבית, במיוחד כאשר הם מגיעים למפגש, וכמה סמנים ספציפיים לפודוציטים מתבטאים רק מעט או לא באים לידי ביטוי כלל. זה מעמיד בסימן שאלה את השימוש בציפודוציטים ואת יישומם להגעה פיזיולוגית, פתופיזיולוגית וקלינית. כאן, אנו מתארים פרוטוקול ליצירת פודוציטים אנושיים - כולל פודוציטים ספציפיים למטופל - מביופסיה של ניקוב העור על ידי תכנות אפיזומלי מחדש של פיברובלסטים עוריים ל- hiPSCs ולאחר מכן התמיינות לפודוציטים. פודוציטים אלה דומים לפודוציטים in vivo הרבה יותר טוב מבחינת מאפיינים מורפולוגיים, כמו התפתחות תהליכים ברגל וביטוי הסמן הספציפי לפודוציטים. לבסוף, אך חשוב, תאים אלה שומרים על המוטציות של החולים, וכתוצאה מכך מודל אקס ויו משופר לחקר מחלות פודוציטים וחומרים טיפוליים פוטנציאליים בגישה אישית.

Generation of Patient-Derived Podocytes from Skin Biopsies

בעזרת פרוטוקול שלב אחר שלב זה המשלב תכנות מחדש אפיזומלי והתמיינות, ניתן ליצור פודוציטים הנושאים מוטציה של מטופל בגן רלוונטי לפודוציטים. זה מאפשר ניתוח של שינויים פודוציטים ספציפיים למחלה ex vivo. הרקע הגנטי של המטופל נשמר במהלך הפרוטוקול בכל שלבי התא השונים. בנוסף, ניתן להתגבר על המגבלה של מספר תאים לא מספיק של פודוציטים ממוינים סופניים שאינם מתרבים באמצעות פודוציטים שמקורם ב- hiPSC. אף על פי שלוקח כמה חודשים עד ש-hiPSC-פודוציטים נוצרים מפיברובלסטים עוריים שגדלו באמצעות תכנות מחדש ל-hiPSCs ולאחר מכן התמיינות לפודוציטים, אפשר להקפיא תאים בשלושה שלבים שונים של הפרוטוקול (איור 2). הקפאה אפשרית עבור פיברובלסטים, hiPSCs, ותאי אב נפרון לאחר התמיינות בתווך התמיינות אב נפרון במשך 7 ימים. לכן, הדור של בנק תאים עובדים וניסויים בקנה מידה גדול אפשרי.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65364/65364fig02.jpg"> איור 2: שלבים בודדים של הפרוטוקול באמצעות מיקרוסקופ ניגודיות פאזה. (A) פיברובלסטים עוריים שגדלו החוצה. (B) היווצרות מושבת hiPSC לאחר תכנות מחדש. (C) תרבות hiPSC נבחרת. (D) תאי מזודרם לאחר יומיים של התמיינות. (E) תאי אב של נפרון לאחר 14 יום של התמיינות בתווך התמיינות אב נפרון. (F) פודוציטים מובחנים סופיים שמקורם ב-hiPSC. פסי קנה מידה מייצגים 300 מיקרומטר (A,B,D-F) ו- 150 מיקרומטר (C). פתית השלג מדגיש שלבי הקפאה אפשריים. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65364/65364fig02large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
מכיוון שהפודוציטים שמקורם ב-hiPSC חוצים פרוטוקול ארוך עם שינויים דרסטיים לגבי סוג התא והמורפולוגיה, אפיון התא הוא חובה. מורפולוגיה של התא, כמו גודל וצורת התא, כמו גם התנהגות גדילה, ניתנת לניטור באמצעות מיקרוסקופ ניגודיות פאזה. פיברובלסטים מציגים פנוטיפ ארוך דמוי ציר בגודל של 150 מיקרומטר עד 300 מיקרומטר (איור 2A). לאחר תכנות מחדש, מושבות עם hiPSCs קטנים של 50 מיקרומטר מתרחשים. המושבות האלה מציגות גבולות ברורים ו-hiPSCs המובחנים ביחס גבוה בין גרעינים לגוף ובקצב התרבות מוגבר (איור 2C). מאחר שפודוציטים הם תאים ממוינים סופניים, קצב ההתרבות יורד עם התמיינות מתקדמת, והמורפולוגיה של התא משתנה לפודוציטים גדולים בצורת כוכב בגודל 300 מיקרומטר עם תהליכים רגליים בולטים (איור 2F).
מפגש הוא נקודה קריטית בתרבות hiPSC, והתמיינות ספונטנית יכולה להופיע כאשר מושבות גדלות צפופות מדי (איור 3). מושבות אלה יש להסיר לפני המעבר על ידי גירוד החלקים המושפעים של צלחת התרבות.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65364/65364fig04.jpg"> איור 3: דוגמאות ל-hiPSCs באיכות שונה. תמונות ניגודיות פאזה של (A) מושבות hiPSC שתוכנתו מחדש בהצלחה ו-(B) hiPSC נבחרות, כמו גם (C) התמיינות ספונטנית, (D,E) מושבות שאינן hiPSC, ו-(F) תרבות hiPSC צפופה מדי. פסי קנה מידה מייצגים 300 מיקרומטר. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65364/65364fig04large.jpg" target="_blank">לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
יש לאמת את סוגי התאים השונים של פרוטוקול זה בנוגע לביטוי של סמן מסוים. לאחר תכנות מחדש, hiPSCs מחזירים לעצמם יכולת פלוריפוטנציה ומבטאים סמני ריבוי ופלוריפוטנציה כמו SSEA4, OCT3/4 ו-Ki67 (איור 4)38,39,40. ידוע כי תכנות מחדש, כמו גם התרבות הארוכה של hiPSCs והבחנה, יכולים להוביל לקריוטיפ לא תקין, או ליתר דיוק לגרום למוטציות41. לכן, יש לעקוב אחר הרקע הגנטי של התאים בתרבית לאורך זמן ובמעברים שונים על ידי g-banding וריצוף אקסומי שלם.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65364/65364fig03.jpg"> איור 4: אפיון של hiPSCs שנוצרו על ידי צביעה אימונופלואורסצנטית. אפיון hiPSCs שנוצרו על ידי צביעה עבור (A) סמן ההתרבות Ki67, כמו גם את סמני פלוריפוטנציה (B) OCT3/4 ו- (C) SSEA4. פסי קנה מידה מייצגים 100 מיקרומטר. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65364/65364fig03large.jpg" target="_blank">לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
מבחינה מורפולוגית, פודוציטים שמקורם ב-hiPSC מופיעים בצורת כוכב ומבטאים רשת מובחנת של תהליכים ארוכים ראשוניים ומשניים ברגל בהשוואה לציפודוציטים (איור 5). פודוציטים שמקורם ב-HiPSC מבטאים חלבוני סמן ספציפיים לפודוציטים כמו סינפטודין, נפרין ופודוצין (איור 6A-C)42.
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65364/65364fig05.jpg"> איור 5: מורפולוגיה של פודוציטים שמקורם ב-hiPSC בהשוואה לציפודוציטים. השוואה של פודוציטים (A,B) שמקורם ב-hiPSC מתורם בריא ל-(C,D) ciPodocytes לגבי מורפולוגיה של תאים ופילופודיה באמצעות מיקרוסקופ ניגודיות פאזה (A,C) ומיקרוסקופ אלקטרונים סורק (B,D). פסי קנה מידה מייצגים 150 מיקרומטר (A,C) ו- 20 מיקרומטר (B,D). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65364/65364fig05large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
לכן, ההשוואה של פודוציטים שמקורם ב-hiPSC לא רק מתורמים בריאים, אלא גם מחולים עם מוטציות בגנים ספציפיים לפודוציטים, מאפשרת אפיון פרטני של המוטציה ex vivo של החולה.
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65364/65364fig06.jpg"> איור 6: אפיון סמן ספציפי לפודוציטים בפודוציטים וציפודוציטים שמקורם ב-hiPSC. השוואה של פודוציטים (A-C) שמקורם ב-hiPSC מתורם בריא ל-(D-F) ciPodocytes לגבי חלבוני סמן ספציפיים לפודוציטים סינפטודין (A,D), נפרין (B,E) ופודוצין (C,F). פסי קנה מידה מייצגים 50 מיקרומטר. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65364/65364fig06large.jpg" target="_blank">לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
טבלה 1. הרכב כל המדיה והפתרונות של תרביות תאים ששימשו במחקר. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65364/Table%201_REv2.zip" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להוריד טבלה זו.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Generation of Patient-Derived Podocytes from Skin Biopsies at JoVE.com

Generation of Patient-Derived Podocytes from Skin Biopsies (Video) | JoVE 

כתב יד זה מתאר פרוטוקול דו-שלבי ליצירת פודוציטים ספציפיים למטופל מפיברובלסטים עוריים באמצעות תכנות מחדש אפיזומלי לתאי גזע פלוריפוטנטיים המושרים על ידי בני אדם (hiPSCs) ולאחר מכן התמיינות לפודוציטים.

יצירת פודוציטים שמקורם במטופל מביופסיות עור

Podocytes are epithelial cells sitting on the urinary site of the glomerular filtration barrier that contribute to the selective filter function of the ...

אנו מתארים פרוטוקול ליצירת פודוציטים אנושיים על ידי תכנות מחדש אפיזומלי של פיברובלסטים עוריים לתאי גזע פלוריפוטנטיים המושרים על ידי בני אדם. תאים אלה דומים לפודוציטים in vivo הרבה יותר טוב מאשר פודוציטים אימורטליים במונחים של תהליכי מזון פודוציטים וביטוי של סמן ספציפי לפודוציטים. פודוציטים הם תאים ממוינים סופניים.לכן, תאים אלה אינם מתרבים עוד וניתוח פודוציטים ראשוני בתרבית תאים מוגבל. אף על פי שהבעיה של מספר תאים מוגבל התגברה על ידי שימוש בפודוציטים אימורטליים מותנים, פודוציטים אלה מציגים פנוטיפ והתנהגות לא ממוינים, המטילים ספק בשימוש בהם במחקר בסיסי. בעזרת תאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים, פודוציטים יכולים להיווצר במבחנה במספר תאים כמעט בלתי מוגבל עם מורפולוגיה טיפוסית של פודוציטים הכוללת תהליכי מזון מובחנים וביטוי של סמן ספציפי לפודוציטים.כאשר משתמשים בתאי גזע ספציפיים למטופל כדי להתמיין לפודוציטים, ניתן ללמוד את השינויים הספציפיים למחלה של התא ex vivo. במקרה שהביופסיה הראשונית של העור נלקחה מחולה עם מחלת פודוציטים גנטית. פודוציטים הנוצרים באמצעות הפרוטוקול שלנו הם תאים חולים מותאמים אישית הנושאים את המוטציה של החולה.לפיכך, תאים אלה מייצגים מודל אקס ויו משופר לחקר מחלות פודוציטים וחומרים טיפוליים פוטנציאליים בגישה אישית.