Name: מחבר זרקור: התקדמות ואתגרים בהתמיינות תאי β מתאי גזע פלוריפוטנטיים
Uploaded: 2024-02-02T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Author Spotlight: Advancements and Challenges in β-Cells Differentiation from Pluripotent Stem Cells at JoVE.com

אינס צ'רקאווי נתמכה על ידי מלגת סוכרת בריטניה (BDA 18/0005934) ל- GAR, שגם מודה לקרן Wellcome עבור פרס חוקר (212625/Z/18/Z), UKRI MRC עבור מענק תוכנית (MR/R022259/1), סוכרת בריטניה עבור מענק פרויקט (BDA16/0005485), CRCHUM עבור קרנות הזנק, חדשנות קנדה עבור פרס מנהיג ג'ון ר. אוונס (CFI 42649), NIH-NIDDK (R01DK135268) עבור מענק פרויקט, ו-CIHR, JDRF עבור מענק צוות (CIHR-IRSC:0682002550; JDRF 4-SRA-2023-1182-S-N). קמיל דיון וד"ר הארי ליטץ' על עזרתם ביצירת תאי גזע גזעיים אנושיים ובתרבותם, מתקן האורגנואידים NIHR Imperial BRC (מרכז המחקר הביו-רפואי), לונדון.

לפני תחילת ההבחנה, מומלץ לקבוע את המספר הנדרש של אורגנואידים דמויי איון למטרות ניסוי. בצלחת של 6 בארות, באר אחת עם מפגש של מעל 80% מורכבת בדרך כלל מ-2-2.3 מיליון hPSCs. בעוד שתחזית מדויקת מאתגרת בשל שינויים בקווי hPSC ויעילות הבידול, הערכה גסה היא פי 1.5 ממספר הבארות הראשוניות. התמיינות מכוונת יעילה מנ...

התמיינות תאי גזע פלוריפוטנטיים אנושיים לתאי β בלבלב

<ol>
	<li>Kolios, G., Moodley, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Introduction+to+stem+cells+and+regenerative+medicine.">Introduction to stem cells and regenerative medicine.</a> Respiration. 85 (1), 3-10 (2013).</li><li>Thomson, J. 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=Embryonic+stem+cell+lines+derived+from+human+blastocysts.">Embryonic stem cell lines derived from human blastocysts.</a> Science. 282 (5391), 1145-1147 (1998).</li><li>Martin, G. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Isolation+of+a+pluripotent+cell+line+from+early+mouse+embryos+cultured+in+medium+conditioned+by+teratocarcinoma+stem+cells.">Isolation of a pluripotent cell line from early mouse embryos cultured in medium conditioned by teratocarcinoma stem cells.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 78 (12), 7634-7638 (1981).</li><li>Nair, G. G., Tzanakakis, E. S., Hebrok, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Emerging+routes+to+the+generation+of+functional+&#946;-cells+for+diabetes+mellitus+cell+therapy.">Emerging routes to the generation of functional &#946;-cells for diabetes mellitus cell therapy.</a> Nature Reviews Endocrinology. 16 (9), 506-518 (2020).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diagnosis+and+classification+of+diabetes+mellitus.">Diagnosis and classification of diabetes mellitus.</a> American Diabetes Association. Diabetes Care. 32 (Supplement_1), S62-S67 (2009).</li><li>Sui, L., 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=&#946;-Cell+Replacement+in+mice+using+human+Type+1+diabetes+nuclear+transfer+embryonic+stem+cells.">&#946;-Cell Replacement in mice using human Type 1 diabetes nuclear transfer embryonic stem cells.</a> Diabetes. 67 (1), 26-35 (2018).</li><li>Rezania, 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=Reversal+of+diabetes+with+insulin-producing+cells+derived+in+vitro+from+human+pluripotent+stem+cells.">Reversal of diabetes with insulin-producing cells derived in vitro from human pluripotent stem cells.</a> Nature Biotechnology. 32 (11), 1121-1133 (2014).</li><li>Hogrebe, N. J., Maxwell, K. G., Augsornworawat, P., Millman, J. R. <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+insulin-producing+pancreatic+&#946;-cells+from+multiple+human+stem+cell+lines.">Generation of insulin-producing pancreatic &#946;-cells from multiple human stem cell lines.</a> Nature Protocols. 16 (9), 4109-4143 (2021).</li><li>Jiang, 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=Generation+of+insulin-producing+islet-like+clusters+from+human+embryonic+stem+cells.">Generation of insulin-producing islet-like clusters from human embryonic stem cells.</a> Stem Cells. 25 (8), 1940-1953 (2007).</li><li>Sui, L., Leibel, R. L., Egli, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pancreatic+&#946;-cell+differentiation+from+human+pluripotent+stem+cells.">Pancreatic &#946;-cell differentiation from human pluripotent stem cells.</a> Current Protocols in Human Genetics. 99 (1), e68 (2018).</li><li>Sui, L., 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=Reduced+replication+fork+speed+promotes+pancreatic+endocrine+differentiation+and+controls+graft+size.">Reduced replication fork speed promotes pancreatic endocrine differentiation and controls graft size.</a> JCI Insight. 6 (5), 141553 (2021).</li><li>Veres, 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=Charting+cellular+identity+during+human+in+vitro+&#946;-cell+differentiation.">Charting cellular identity during human in vitro &#946;-cell differentiation.</a> Nature. 569 (7756), 368-373 (2019).</li><li>Rutter, G. A., Georgiadou, E., Martinez-Sanchez, A., Pullen, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metabolic+and+functional+specialisations+of+the+pancreatic+&#946;-cell:+gene+disallowance,+mitochondrial+metabolism+and+intercellular+connectivity.">Metabolic and functional specialisations of the pancreatic &#946;-cell: gene disallowance, mitochondrial metabolism and intercellular connectivity.</a> Diabetologia. 63 (10), 1990-1998 (2020).</li><li>Micallef, S. 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=INS(GFP/w)+human+embryonic+stem+cells+facilitate+isolation+of+in+vitro+derived+insulin-producing+cells.">INS(GFP/w) human embryonic stem cells facilitate isolation of in vitro derived insulin-producing cells.</a> Diabetologia. 55 (3), 694-706 (2012).</li><li>Finch, P. W., Rubin, J. S., Miki, T., Ron, D., Aaronson, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+KGF+is+FGF-related+with+properties+of+a+paracrine+effector+of+epithelial+cell+growth.">Human KGF is FGF-related with properties of a paracrine effector of epithelial cell growth.</a> Science. 245 (4919), 752-755 (1989).</li></ol>

ההתמיינות המוצלחת של hPSCs לתאי β בלבלב תלויה במיטוב כל ההיבטים של תרבית שגרתית ומעבר של hPSCs שנבחרו. זה כולל להבטיח כי קו התא יש קריוטיפ נורמלי, הוא שלילי עבור זיהום מיקופלסמה, והוא ללא פלזמה או גנום וקטורי ויראלי. יתר על כן, בעת שימוש ב- hiPSCs, חשוב להימנע משימוש במעבר המוקדם ביותר שעדיין עובר תכ?...

לתאי גזע פלוריפוטנטיים אנושיים (hPSCs) יש יכולת ייחודית להתמיין לסוגי תאים שונים, מה שהופך אותם לחלופה בת קיימא לתאי β של הלבלב האנושי1. תאי גזע עובריים (hESCs) אלה מסווגים לשני סוגים: תאי גזע עובריים (hESCs), הנגזרים מהבלסטוציסט2, ותאים פלוריפוטנטיים מושרים (hiPSCs), הנוצרים על ידי תכנות מחדש של תאים סומטיים ישירות3. לפיתוח טכניקות להתמיין hPSCs לתאי β, יש השלכות חשובות הן על המחקר הבסיסי והן על הפרקטיקה הקלינית 1,4. סוכרת היא מחלה כרונית המשפיעה על >400 מיליון אנשים ברחבי העולם ונובעת מחוסר היכולת של הגוף לווסת את הגליקמיה עקב תקלה או אובדן של תאי β הלבלב5. הזמינות המוגבלת של תאי איון בלבלב להשתלה עיכבה את הפיתוח של טיפולים בתחליפי תאים לסוכרת 2,4,6,7. היכולת לייצר תאים מפרישי אינסולין המגיבים לגלוקוז באמצעות hPSCs משמשת כמודל תאי שימושי לחקר התפתחות ותפקוד איים אנושיים. זה יכול לשמש גם כדי לבחון מועמדים טיפוליים פוטנציאליים לטיפול בסוכרת בסביבה מבוקרת. יתר על כן, hPSCs יש פוטנציאל לייצר תאי איון הלבלב זהים גנטית לחולה, הפחתת הסיכון לדחייה חיסונית לאחר ההשתלה 2,4,7.
בשנים האחרונות חלה התקדמות משמעותית בשכלול תרביות hPSC ופרוטוקולי התמיינות וכתוצאה מכך יעילות מוגברת ויכולת שחזור של תהליך ההתמיינות לקראת יצירת תאי β לבלב 8,9.
הפרוטוקול הבא מתאר את השלבים החיוניים של התמיינות מכוונת של תאי β הלבלב. זה כרוך בוויסות של מסלולי איתות תאיים ספציפיים בנקודות זמן שונות. הוא מבוסס על פרוטוקול שפותח על ידי Sui L. et al.10 (2018) לייצור hPSCs לתוך תאי β הלבלב. הפרוטוקול הותאם לעדכונים האחרונים של Sui L. et al.11 (2021), כאשר המחקר האחרון מדגיש את המשמעות של שימוש בטיפול באפידיקולין (APH) כדי לשפר את ההתמיינות של תאי β. הפרוטוקול הנוכחי כולל הוספת APH למדיום בשלבים מאוחרים יותר של התהליך. כמו כן, נעשו שינויים בהרכב המדיום בשלבים המוקדמים של הבידול בהשוואה לפרוטוקול הראשוני. שינוי בולט הוא הוספת גורם גדילה קרטינוציטים (KGF) ביום 6 ונמשך עד יום 8. גורם הגדילה של קרטינוציטים (KGF) מוצג מהיום ה-6 עד היום ה-8, השונה במקצת מהפרוטוקול הראשוני10, שבו KGF לא נכלל בתווך שלב 4.
השלב הראשון והחיוני ביצירת תאים דמויי תאי β הוא התמיינות מכוונת של hPSCs לאנדודרם סופי (DE), שכבת נבט פרימיטיבית המולידה את רירית האפיתל של איברים שונים, כולל הלבלב. לאחר היווצרות DE, התאים עוברים התמיינות לתוך צינור המעי הפרימיטיבי, אשר ואחריו מפרט את גורל המעי הקדמי האחורי. המעי הקדמי האחורי מתפתח לתאי אב של הלבלב, שיש להם פוטנציאל להתמיין לכל סוגי התאים של הלבלב, כולל התאים האנדוקריניים והאקסוקריניים. השלב הבא בתהליך מערב אבות אנדוקריניים של הלבלב, מה שמוליד את התאים מפרישי ההורמונים הנמצאים באיים של לנגרהנס. בסופו של דבר, תהליך ההתמיינות מגיע לשלב הסופי שלו על ידי ייצור תאי β לבלב מתפקדים במלואם דמויי תאים 9,10. חשוב לציין כי תהליך זה מורכב ולעתים קרובות דורש אופטימיזציה של תנאי התרבית, כגון גורמי גדילה ספציפיים ורכיבי מטריצה חוץ-תאיים, כדי לשפר את היעילות והספציפיות של התמיינות 9,10. יתר על כן, יצירת תאים פונקציונליים דמויי תאי β מתאי PSC במבחנה היא עדיין אתגר גדול. המחקר המתמשך מתמקד בשיפור פרוטוקולי התמיינות ושיפור ההבשלה והתפקוד של β התאים המתקבלים9.
בפרוטוקול זה, השימוש בדיסוציאציה עדינה של תאים במהלך התרבית והמעבר של hPSCs חיוני לשמירה על יכולת הקיום והפלוריפוטנציה של התא, ומשפר באופן משמעותי את יעילות ההתמיינות לתאי β של הלבלב. בנוסף, כל מדיום ספציפי לשלב עבר אופטימיזציה קפדנית בהתאם לפרוטוקול שפותח על ידי Sui L. et al.10 כדי לקדם תפוקה גבוהה של תאים מפרישי אינסולין בצבירים הדומים מאוד לאי האנושי.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>1.5 mL TubeOne Microcentrifuge Tube</td>
			<td>Starlabs</td>
			<td>S1615-5500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>6-well Cell culture plate</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>165218</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AggreWell 400 6-well plate&#160;</td>
			<td>STEMCELL Technologies</td>
			<td>34425</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-Glucagon&#160;</td>
			<td>Sigma-aldrich</td>
			<td>G2654-100UL</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-Insulin&#160;</td>
			<td>Dako</td>
			<td>A0564</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-NKX6.1</td>
			<td>Novus Biologicals</td>
			<td>NBP1-49672SS</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-PDX1&#160;</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab84987</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aphidicolin</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>A4487</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>B-27 Supplement (50X), serum free&#160;</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>17504044</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bovine Serum Albumin, fatty acid free</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>A3803-100G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Calcium chloride dihydrate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>C3306</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Calcium/Magnesium free D-PBS</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>14190144</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cyclopamine-KAAD</td>
			<td>Calbiochem</td>
			<td>239804</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>D-(+)-Glucose,BioXtra</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>G7528</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Disodium hydrogen phosphate, anhydrous</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>94046-100ML-</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMEM plus GlutaMAX</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>10566016</td>
			<td>For Washing Medium 2: DMEM plus GlutaMAX 1% PS.&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMEM/F-12 (Dulbecco&#39;s Modified Eagle Medium/Nutrient Mixture F-12)</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>10565-018</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Epredi SuperFrost Plus Adhesion slides</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>10149870</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol</td>
			<td>VWR</td>
			<td>20821.33</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fetal Bovine Serum</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>10270098</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gamma-Secretase Inhibitor XX</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>J64904</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Geltrex LDEV-Free Reduced Growth Factor Basement</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>A1413302</td>
			<td>Geltrex 1:1 into cold DMEM/F-12 medium to provide a final dilution of 1:100.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goat Anti-Guinea pig, Alexa Fluor 555</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>A-21435</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goat Anti-Guinea pig, Alexa Fluor 647</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab150187</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goat anti-Mouse Secondary Antibody, Alexa Fluor 633</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>A-21052</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goat anti-Rabbit IgG Secondary Antibody, Alexa Fluor 568</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>A-11011</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heparin</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>H3149</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HEPES buffer</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>H3375-500G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hoechst 33342, Trihydrochloride</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>H1399</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Human FGF-7 (KGF) Recombinant Protein</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>PHG0094</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrogen chloride</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>295426</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ImmEdge Hydrophobic Barrier PAP Pen</td>
			<td>Agar Scientific</td>
			<td>AGG4582</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LDN193189</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>SML0559-5MG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnesium chloride hexahydrate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>M9272-500G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>OCT Compound 118 mL</td>
			<td>Agar Scientific</td>
			<td>AGR1180</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PBS Tablets, Phosphate Buffered Saline, Fisher BioReagents</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>7647-14-5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Penicillin-Streptomycin (PS)</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific,</td>
			<td>15070-063</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium chloride</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>7447-40-7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Recombinant Human EGF Protein</td>
			<td>R&#38;D Systems</td>
			<td>236-EG-200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rectangular cover glasses, 22&#215;50 mm</td>
			<td>VWR</td>
			<td>631-0137</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RepSox (Hydrochloride)</td>
			<td>STEMCELL Technologies</td>
			<td>72394</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RPMI 1640 Medium, GlutaMAX Supplement&#160;&#160;</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>61870036</td>
			<td>For Washing Medium 1: RPMI 1640 plus GlutaMAX 1% PS.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Shandon Immu-mount</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>9990402</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium bicarbonate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S6014-500G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium chloride</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S3014</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium dihydrogen phosphate anhydrous</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>7558-80-7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>STEMdiff Endoderm&#160;</td>
			<td>STEMCELL Technologies</td>
			<td>5110</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>StemFlex Medium</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>A3349401</td>
			<td>Thaw the StemFlex Supplement overnight at 4&#176;C, transfer any residual liquid of the supplement bottle to StemFlex Basal Medium.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stemolecule All-Trans Retinoic Acid</td>
			<td>Reprocell</td>
			<td>04-0021&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thyroid Tormone 3 (T3)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>T6397</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trypan Blue Solution, 0.4%</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>15250061</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TrypL Express Enzyme (1X)</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>12604013</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TWEEN 20</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P2287-500ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultra-Low Adherent Plate for Suspension Culture</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>38071</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UltraPure DNase/RNase-Free Distilled Water</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>10977015</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Y-27632 (Dihydrochloride)&#160;</td>
			<td>STEMCELL Technologies</td>
			<td>72302</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Zinc Sulfate</td>
			<td>Sigma-Aldrich&#160;</td>
			<td>Z4750</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

optimized protocol for generating functional pancreatic insulin-secreting cells from human pluripotent stem cells

תאי גזע פלוריפוטנטיים אנושיים (hPSCs) יכולים להתמיין לכל סוג של תא, מה שהופך אותם למקור חלופי מצוין לתאי β לבלב אנושיים. hPSCs יכולים להיות תאי גזע עובריים (hESCs) שמקורם בבלסטוציסט או תאים פלוריפוטנטיים מושרים (hiPSCs) הנוצרים ישירות מתאים סומטיים באמצעות תהליך תכנות מחדש. כאן מוצג פרוטוקול מבוסס וידאו כדי לתאר את התרבית האופטימלית ואת תנאי המעבר עבור hPSCs, לפני התמיינותם והדור הבא של תאי לבלב מייצרי אינסולין. מתודולוגיה זו עוקבת אחר תהליך בן שישה שלבים להתמיינות מכוונת של β תאים, שבו hPSCs מתמיינים לאנדודרם סופי (DE), צינור מעיים פרימיטיבי, גורל המעי הקדמי האחורי, אבות הלבלב, אבות אנדוקריניים של הלבלב, ובסופו של דבר תאי β של הלבלב. ראוי לציין כי מתודולוגיית התמיינות זו לוקחת תקופה של 27 ימים כדי ליצור תאי β הלבלב האנושי. הפוטנציאל של הפרשת אינסולין הוערך באמצעות שני ניסויים, שכללו הפרשת אינסולין ממריצה חיסונית והפרשת אינסולין מגורה גלוקוז.

Human pluripotent stem cells (hPSCs) have the unique ability to differentiate into various cell types, making them a viable alternative to human pancreatic &#946;-cells1. These hPSCs are categorized into two types: embryonic stem cells (hESCs), derived from the blastocyst2, and induced pluripotent cells (hiPSCs), generated by reprogramming somatic cells directly3. The development of techniques to differentiate hPSCs into &#946;-cells, has important implications for both fundamental research and clinical practice1,4. Diabetes mellitus is a chronic disease affecting &#62;400 million people worldwide and results from the inability of the body to regulate glycemia due to malfunction or loss of pancreatic &#946;-cells5. The limited availability of pancreatic islet cells for transplantation has hindered the development of cell replacement therapies for diabetes2,4,6,7. The ability to generate glucose-responsive insulin-secreting cells using hPSCs serves as a useful cellular model for studying human islet development and function. It can also be used to test potential therapeutic candidates for diabetes treatment in a controlled environment. Moreover, hPSCs have the potential to produce pancreatic islet cells that are genetically identical to the patient, reducing the risk of immune rejection after transplantation2,4,7.
In recent years, there have been significant advancements in the refinement of hPSC culture and differentiation protocols, resulting in increased efficiency and reproducibility of the differentiation process toward generating pancreatic &#946;-cells8,9.
The following protocol outlines the essential stages of directed differentiation of pancreatic &#946;-cells. It involves the regulation of specific cell signaling pathways at distinct time points. It is based on the protocol developed by Sui L. et al.10 (2018) for the generation of hPSCs into pancreatic &#946;-cells. The protocol was adjusted to recent updates from Sui L. et al.11 (2021), as the latest research emphasizes the significance of using aphidicolin (APH) treatment to enhance the differentiation of &#946;-cells. The current protocol includes the addition of APH to the medium during the later stages of the process. Furthermore, modifications have been made to the composition of the medium during the early stages of differentiation compared to the initial protocol. A notable change is the addition of Keratinocyte Growth Factor (KGF) on Day 6 and continuing until Day 8. The keratinocyte growth factor (KGF) is introduced from day 6 to day 8, which slightly differs from the initial protocol10, where KGF was not included in the stage 4 medium.
The first and essential step in the generation of &#946;-cell-like cells is the directed differentiation of hPSCs into definitive endoderm (DE), a primitive germ layer that gives rise to the epithelial lining of various organs, including the pancreas. After the formation of DE, the cells undergo differentiation into the primitive gut tube, which is followed by the specification of the posterior foregut fate. The posterior foregut then develops into pancreatic progenitor cells, which have the potential to differentiate into all cell types of the pancreas, including the endocrine and exocrine cells. The subsequent stage in the process involves pancreatic endocrine progenitors giving rise to the hormone-secreting cells found in the islets of Langerhans. In the end, the differentiation process reaches its final stage by producing fully functional pancreatic &#946;-cell like cells9,10. It is important to note that this process is complex and often requires optimization of the culture conditions, such as specific growth factors and extracellular matrix components, to improve the efficiency and specificity of differentiation9,10. Furthermore, generating functional &#946;-cell like cells from hPSCs in vitro is still a major challenge. Ongoing research focuses on improving differentiation protocols and enhancing the maturation and function of the resulting &#946;-cells9.
In this protocol, the use of gentle cell dissociation during the culture and passage of hPSCs is essential to maintain cell viability and pluripotency, significantly improving the efficiency of differentiation into pancreatic &#946;-cells. Additionally, each stage-specific medium has been meticulously optimized following the protocol developed by Sui L. et al.10 to promote a high yield of insulin-secreting cells in clusters that closely resemble the human islet.

מחבר זרקור: התקדמות ואתגרים בהתמיינות תאי β מתאי גזע פלוריפוטנטיים

פרוטוקול אופטימלי ליצירת תאים תפקודיים מפרישי אינסולין בלבלב מתאי גזע פלוריפוטנטיים אנושיים

Attaining a high and consistent efficiency in the differentiation process for converting pluripotent stem cells into human beta cells is a notable challenge. This challenge is influenced by the precision and the consistency with which the experimenter follows the protocol. Moreover, the amount of beta cells obtained in each experiment is quite variable, which may result in the reduced function of beta cells across multiple experiments.In the context of high leptin beta cell research in diabetes, the availability of cadaveric eyelet donors is quite limited. Consequently, the use of stem cell differentiated beta cells is offering an unlimited and abundant supply of insulin secreting cells. Beta cell differentiation is a pivotal advancement in our field, offering numerous benefits.It allows us to explore the development and function of beta cells, leading to a deeper understanding of diabetes causes and beta cell dysfunction. We aim to use this technique for our research focusing on the genetics of diabetes. Our primary objective is to focus on mutation of certain genes that can influence beta cells and eyelet function.So this protocol will facilitate the access to human eyelet derived from pre-potent stem cells with mutations of interest.

הפרוטוקול המתואר במאמר זה מציע גישה יעילה ביותר להבחנה בין תאים דמויי β לבין hPSCs10. תהליך זה משתמש במערכת תרבות דו-ממדית הניתנת להרחבה בקלות, ומאפשרת את השימוש בה בסביבות ניסוי שונות, כגון בידול למידה, פרויקטים קטנים יותר ומעבדות, ובדיקות פיילוט להערכת הפוטנציאל של קו iPSC לבידול...

Watch this Scientific Journal Video about Author Spotlight: Advancements and Challenges in β-Cells Differentiation from Pluripotent Stem Cells at JoVE.com

מאמר זה מציג פרוטוקול להתמיינות מכוונת וניתוח פונקציונלי של תאים דמויי תאי β. אנו מתארים תנאי תרבית אופטימליים ומעברים עבור תאי גזע פלוריפוטנטיים אנושיים לפני יצירת תאי לבלב מייצרי אינסולין. ההתמיינות בת ששת השלבים מתקדמת מיצירת אנדודרם סופית לתאים פונקציונליים דמויי תאי β המפרישים אינסולין בתגובה לגלוקוז.

Human pluripotent stem cells (hPSCs) can differentiate into any kind of cell, making them an excellent alternative source of human pancreatic ...

השגת יעילות גבוהה ועקבית בתהליך ההתמיינות להמרת תאי גזע פלוריפוטנטיים לתאי בטא אנושיים היא אתגר בולט. אתגר זה מושפע מהדיוק והעקביות שבה הנסיין עוקב אחר הפרוטוקול. יתר על כן, כמות תאי הבטא המתקבלת בכל ניסוי משתנה למדי, מה שעשוי לגרום לתפקוד מופחת של תאי בטא על פני ניסויים מרובים.בהקשר של מחקר תאי בטא עתירי לפטין בסוכרת, הזמינות של תורמי איילת גופות מוגבלת למדי. כתוצאה מכך, השימוש בתאי בטא ממוינים של תאי גזע מציע אספקה בלתי מוגבלת ושופעת של תאים מפרישי אינסולין. התמיינות תאי בטא היא התקדמות מרכזית בתחום שלנו, ומציעה יתרונות רבים.זה מאפשר לנו לחקור את ההתפתחות והתפקוד של תאי בטא, מה שמוביל להבנה עמוקה יותר של גורמי סוכרת ותפקוד לקוי של תאי בטא. אנו שואפים להשתמש בטכניקה זו עבור המחקר שלנו המתמקד בגנטיקה של סוכרת. המטרה העיקרית שלנו היא להתמקד במוטציות של גנים מסוימים שיכולים להשפיע על תאי בטא ותפקוד העיניים.לכן, פרוטוקול זה יקל על הגישה לאיילט אנושי שמקורו בתאי גזע טרום חזקים עם מוטציות מעניינות.

optimized-protocol-for-generating-functional-pancreatic-insulin

Research

JoVE Journal

Biology

Optimized Protocol for Generating Functional Pancreatic Insulin-secreting Cells from Human Pluripotent Stem Cells

Human pluripotent stem cells (hPSCs) can differentiate into any kind of cell, making them an excellent alternative source of human pancreatic &#946;-cells. hPSCs can either be embryonic stem cells (hESCs) derived from the blastocyst or induced pluripotent cells (hiPSCs) generated directly from somatic cells using a reprogramming process. Here a video-based protocol is presented to outline the optimal culture and passage conditions for hPSCs, prior to their differentiation and subsequent generation of insulin-producing pancreatic cells. This methodology follows the six-stage process for &#946;-cell directed differentiation, wherein hPSCs differentiate into definitive endoderm (DE), primitive gut tube, posterior foregut fate, pancreatic progenitors, pancreatic endocrine progenitors, and ultimately pancreatic &#946;-cells. It is noteworthy that this differentiation methodology takes a period of 27 days to generate human pancreatic &#946;-cells. The potential of insulin secretion was evaluated through two experiments, which included immunostaining and glucose-stimulated insulin secretion.

This article presents a protocol for directed differentiation and functional analysis of &#946;-cell like cells. We describe optimal culture conditions and passages for human pluripotent stem cells before generating insulin-producing pancreatic cells. The six-stage differentiation progresses from definitive endoderm formation to functional &#946;-cell like cells secreting insulin in response to glucose.