Name: in vitro and in vivo bioluminescence reporter gene imaging of human embryonic stem cells
Uploaded: 2008-05-02T17:59:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about In vitro and in vivo Bioluminescence Reporter Gene Imaging of Human Embryonic Stem Cells at JoVE.com

Dank Tim Doyle, PhD und der Stanford Center for In Vivo Imaging für die Unterstützung bei Biolumineszenz-Bildgebung. Auch dank Ngan Huang, PhD für die gemeinsame Nutzung ihrer Technik auf Stammzell-Co-Injektion mit Matrix-Lösung. Schließlich Felt dank Steve, Ph.D. für die Unterstützung bei tierärztliche Pflege der Tiere.

<ol><li> Bau von Double Fusion Reporter Gene <ol><li> Um Biolumineszenz-Bildgebung des menschlichen embryonalen Stammzellen durchzuführen, müssen Sie zunächst Zellen, die stabil exprimieren, einem Luciferase-Reportergen wie Glühwürmchen-Luciferase durch einen konstitutiven Promotor wie Ubiquitin oder EF1A getrieben zu erhalten. </li><li> Der Schwerpunkt dieses Protokoll ist auf Reportergen-Anwendungen, so detaillierten Verfahren nicht vorgesehen sind hier. Allerdings ist unser Labor die allgemeine Strategie zu einer doppel...

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	<li>Passier, R., 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=Increased+cardiomyocyte+differentiation+from+human+embryonic+stem+cells+in+serum-free+cultures.">Increased cardiomyocyte differentiation from human embryonic stem cells in serum-free cultures.</a> Stem Cells. 23, 772-780 (2003).</li><li>Laflamme, 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=Cardiomyocytes+derived+from+human+embryonic+stem+cells+in+pro-survival+factors+enhance+function+of+infarcted+rat+hearts.">Cardiomyocytes derived from human embryonic stem cells in pro-survival factors enhance function of infarcted rat hearts.</a> Nature biotechnology. 25, 1015-1024 (2007).</li><li>Baharvand, 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=Neural+differentiation+from+human+embryonic+stem+cells+in+a+defined+adherent+culture+conditi.">Neural differentiation from human embryonic stem cells in a defined adherent culture conditi.</a> Int J Dev Biol. 51, 371-378 (2007).</li><li>Schulz, T. 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=Directed+neuronal+differentiation+of+human+embryonic+stem+cells.">Directed neuronal differentiation of human embryonic stem cells.</a> BMC Neurosci. 4, (2007).</li><li>Jiang, J. <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. 17, 17 (2007).</li><li>Swijnenburg, R. J., van der Bogt, K. E. A., Sheikh, A. Y., Cao, F., Wu, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Clinical+hurdles+for+the+transplantation+of+cardiomyocytes+derived+from+human+embryonic+stem+cells:+role+of+molecular+imaging.">Clinical hurdles for the transplantation of cardiomyocytes derived from human embryonic stem cells: role of molecular imaging.</a> Current Opinion in Biotechnology. 18, 38-45 (2007).</li><li>Herschman, H. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+imaging:+looking+at+problems,+seeing+solutions.">Molecular imaging: looking at problems, seeing solutions.</a> Science. 302, 605-608 (2003).</li><li>Lippincott-Schwartz, J., Patterson, G. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+and+use+of+fluorescent+protein+markers+in+living+cells.">Development and use of fluorescent protein markers in living cells.</a> Science. 300, 87-91 (2003).</li><li>Contag, P. R., Olomu, I. N., Stevenson, D. K., Contag, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bioluminescent+indicators+in+living+mammals.">Bioluminescent indicators in living mammals.</a> Nature medicine. 4, 245-247 (1998).</li><li>Bhaumik, S., Gambhir, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+imaging+of+Renilla+luciferase+reporter+gene+expression+in+living+mice.">Optical imaging of Renilla luciferase reporter gene expression in living mice.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 99, 377-382 (2002).</li><li>Tisi, L. 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=Development+of+a+thermostable+firefly+luciferase.">Development of a thermostable firefly luciferase.</a> Analyica Chimica Acta. 457, 115-123 (2002).</li><li>Ray, P., Tsien, R., Gambhir, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Construction+and+validation+of+improved+triple+fusion+reporter+gene+vectors+for+molecular+imaging+of+living+subjects.">Construction and validation of improved triple fusion reporter gene vectors for molecular imaging of living subjects.</a> Cancer Res. 67, 3085-3093 (2007).</li><li>Cao, F., 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=In+vivo+visualization+of+embryonic+stem+cell+survival,+proliferation,+and+migration+after+cardiac+delivery.">In vivo visualization of embryonic stem cell survival, proliferation, and migration after cardiac delivery.</a> . Circulation. 113, 1005-1014 (2006).</li><li>Cao, F., 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=Molecular+Imaging+of+Embryonic+Stem+Cell+Misbehavior+and+Suicide+Gene+Ablation.">Molecular Imaging of Embryonic Stem Cell Misbehavior and Suicide Gene Ablation.</a> Cloning and Stem Cells. 9, 107-117 (2007).</li><li>Ray, P., De, A., Min, J. J., Tsien, R. Y., Gambhir, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+tri-fusion+multimodality+reporter+gene+expression+in+living+subjects.">Imaging tri-fusion multimodality reporter gene expression in living subjects.</a> Cancer Res. 64, 1323-1330 (2004).</li><li>Wu, J. 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=Proteomic+analysis+of+reporter+genes+for+molecular+imaging+of+transplanted+embryonic+stem+cells.">Proteomic analysis of reporter genes for molecular imaging of transplanted embryonic stem cells.</a> Proteomics. 6, 6234-6249 (2006).</li><li>Eiges, R., 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=Establishment+of+human+embryonic+stem+cell-transfected+clones+carrying+a+marker+for+undifferentiated+cells.">Establishment of human embryonic stem cell-transfected clones carrying a marker for undifferentiated cells.</a> Curr Biol. 11, 514-518 (2001).</li><li>Mohr, J. C., de Pablo, J. J., Palecek, S. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electroporation+of+human+embryonic+stem+cells:+Small+and+macromolecule+loading+and+DNA+transfection.">Electroporation of human embryonic stem cells: Small and macromolecule loading and DNA transfection.</a> Biotechnol Prog. 22, 825-834 (2006).</li><li>Siemen, 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=Nucleofection+of+human+embryonic+stem+cells.">Nucleofection of human embryonic stem cells.</a> Stem Cells Dev. 14, 378-383 (2005).</li><li>Lakshmipathy, U., 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=Efficient+transfection+of+embryonic+and+adult+stem+cells.">Efficient transfection of embryonic and adult stem cells.</a> Stem Cells. 22, 531-543 (2004).</li><li>Ma, Y., Ramezani, A., Lewis, R., Hawley, R. G., Thomson, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-Level+Sustained+Transgene+Expression+in+Human+Embryonic+Stem+Cells+Using+Lentiviral+Vectors.">High-Level Sustained Transgene Expression in Human Embryonic Stem Cells Using Lentiviral Vectors.</a> Stem Cells. 21, 111-117 (2003).</li><li>Menendez, P., Wang, L., Chadwick, K., Li, L., Bhatia, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Retroviral+transduction+of+hematopoietic+cells+differentiated+from+human+embryonic+stem+cell-derived+CD45(neg)PFV+hemogenic+precursors.">Retroviral transduction of hematopoietic cells differentiated from human embryonic stem cell-derived CD45(neg)PFV hemogenic precursors.</a> Molecular therapy. 10, 1109-1120 (2004).</li><li>Thyagarajan, 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=Creation+of+engineered+human+embryonic+stem+cell+lines+using+phiC31+integrase.">Creation of engineered human embryonic stem cell lines using phiC31 integrase.</a> Stem cells. 26, 119-126 (2008).</li><li>Liew, C. -. G., Draper, J. S., Walsh, J., Moore, H., Andrews, P. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Transient and Stable Transgene Expression in Human Embryonic Stem Cell. , .</li></ol>

Im Vergleich zu anderen Verfahren wie PET und MRI hat Biolumineszenz begrenzte räumliche Auflösung und reduzierten Gewebepenetration aufgrund der relativ schwachen Energie der emittierten Photonen (2-3 eV); aus diesen Gründen hat es bislang nicht anwendbar in großen Tieren. Allerdings hat Biolumineszenz den Vorteil, dass Low-Cost, High-Throughput-und non-invasive, so dass es sehr wünschenswert, in vivo Stammzellen Tracking bei Kleintieren. Non-Biolumineszenz Reporter-Gene wie PET und Fluoreszenz-Konstrukte können in Verbindung mit Luc...

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		<div>
		<table border="1">
		<thead>
		<tr>
		<th>Material Name</th>
		<th>Type</th>
		<th>Company</th>
		<th>Catalogue Number</th>
		<th>Comment</th>
		</tr>
		</thead>
		<tbody>
		
<tr>
<td>Dulbecco's Modified Eagle's Medium (DMEM)</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>HyClone</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>BD Matrigel&#x2122; Basement Membrane Matrix</td>
<td>Growth factor reduced (optional: phenol-red free)</td>
<td>BD Biosciences</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>mTeSR1 Maintenance Medium for Human Embryonic Stem Cells</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>StemCell Technologies</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Phosphate Buffered Saline (PBS)</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>D-Luciferin Firefly, potassium salt</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Biosynth AG</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Collagenase IV solution</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Dissolve 30 mg Collagenase Type IV in 30 mL DMEM-F12 media. Sterile filter and store at 4 degrees (Celsius).</td>
</tr>
<tr>
<td>Baked Pasteur pipets</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>6-well tissue culture-treated plates</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>TPP</td>
<td>92006</td>
<td>&nbsp;</td>		</tbody>
		</table>
		</div>

in vitro and in vivo bioluminescence reporter gene imaging of human embryonic stem cells

Die Entdeckung von menschlichen embryonalen Stammzellen (hES) hat sich dramatisch die Werkzeuge zur Verfügung, um Mediziner in der regenerativen Medizin interessiert erhöht. Allerdings hat die direkte Injektion von hESCs, und Zellen aus hES differenziert, in lebende Organismen bisher durch erhebliche Zelltod, Teratom-Bildung und Host Immunabwehr behindert. Das Verständnis der in vivo hESC Verhalten nach der Transplantation erfordert neuartige bildgebende Verfahren in Längsrichtung Monitor hESC Lokalisation, Ausbreitung und Lebensfähigkeit. Die molekulare Bildgebung hat Ermittler einen hohen Durchsatz, kostengünstig und empfindliche Methode für die Verfolgung von in vivo Proliferation über Tage, Wochen und sogar Monate. Dieser Fortschritt hat sich das Verständnis der räumlich-zeitlichen Kinetik hESC Engraftment, Proliferation und Teratom-Bildung in lebenden Probanden erhöht. Ein wichtiger Fortschritt in der molekularen Bildgebung hat die Ausweitung der nicht-invasiven Reportergen-Assays von Molekular-und Zellbiologie in in vivo multimodalen Bildgebung Plattformen. Diese Reporter-Gene unter der Kontrolle von technischen Promotoren und Enhancer, die die Vorteile der Wirtszelle s Transkriptionsmaschinerie sind in Zellen mit einer Vielzahl von Vektor-und Nicht-Vektor-Methoden eingeführt. Einmal in der Zelle kann Reportergene entweder konstitutiv oder nur unter bestimmten biologischen oder zellulären Bedingungen transkribiert werden, abhängig von der Art des verwendeten Promotor. Transkription und Übersetzung von Reporter-Genen in bioaktive Proteine ​​wird dann mit empfindlichen, nicht-invasive Instrumente (zB CCD-Kameras) mit Signal-Erzeugung Sonden wie D-Luciferin detektiert. Um zu vermeiden, die Notwendigkeit für exzitatorische Licht zur Gewinnung von Stammzellen in vivo verfolgen, wie es für die Fluoreszenz-Bildgebung erforderlich, für Biolumineszenz Reportergen Imaging-Systeme nur eine exogen verabreichtes Sonde Lichtemission zu induzieren. Firefly Luciferase aus dem Leuchtkäfer Photinus pyralis abgeleitet, kodiert ein Enzym, das D-Luciferin katalysiert die optisch aktiven Metaboliten, Oxyluciferin. Optische Aktivität kann dann mit einem externen CCD-Kamera überwacht werden. Stabil transduzierten Zellen, dass der Reporter tragen im Rahmen ihrer chromosomalen DNA-Konstrukt passieren das Reporter-Konstrukt DNA auf Tochterzellen, so dass für die Längs-Überwachung hESC Überleben und Proliferation in vivo. Darüber hinaus, weil die Expression des Reportergens Produkt zur Signalerzeugung erforderlich ist, wird einzig gangbare Eltern und Tochterzellen erzeugen Biolumineszenzsignal; apoptotischen oder tote Zellen nicht. In diesem Video werden die spezifischen Materialien und Methoden für die Verfolgung von Stammzellen die Proliferation und Teratom-Bildung mit Biolumineszenz-Bildgebung erforderlich beschrieben werden.

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In vitro and in vivo Bioluminescence Reporter Gene Imaging of Human Embryonic Stem Cells

Mit dem wachsenden Interesse an Stammzelltherapien, sind molekulare Bildgebungsverfahren ideal für die Überwachung Stammzellen Verhalten nach der Transplantation. Luciferase Reporter Gene nicht-invasive, repetitive Beurteilung der das Überleben der Zelle, den Standort und Verbreitung in vivo ermöglicht. Dieses Video wird gezeigt, wie man hESC Proliferation in einer lebenden Maus zu verfolgen.

In vitro und in vivo Biolumineszenz Reporter Gene Imaging von humanen embryonalen Stammzellen

The discovery of human embryonic stem cells (hESCs) has dramatically increased the tools available to medical scientists interested in regenerative ...

Research

JoVE Journal

Biology

Derivation of Human Embryonic Stem Cells by Immunosurgery

Gewinnung menschlicher embryonaler Stammzellen durch Immunosurgery

The ability of human embryonic stem cells to self-renew and differentiate into all cell types of 
the body suggests that they hold great promise for both ...

Forschung

Biologie

Probing for Mitochondrial Complex Activity in Human Embryonic Stem Cells

Probing für Mitochondriale komplexe Aktivität in humanen embryonalen Stammzellen

Mitochondria are cytoplasmic organelles that have a primary role in cellular metabolism and homeostasis, regulation of the cell signaling network, and ...

In vitro Labeling of Human Embryonic Stem Cells for Magnetic Resonance Imaging

In-vitro-Markierung von humanen embryonalen Stammzellen für Magnetic Resonance Imaging

Human embryonic stem cells (hESC) have demonstrated the ability to restore the injured myocardium. Magnetic resonance imaging (MRI) has emerged as one of ...

Culture and Maintenance of Human Embryonic Stem Cells  

Kultur und Wartung von humanen embryonalen Stammzellen

Human embryonic stem (hES) cells must be monitored and cared for in order to maintain healthy, undifferentiated cultures. At minimum, the cultures must be ...

Freezing and Thawing Human Embryonic Stem Cells

Einfrieren und Auftauen humanen embryonalen Stammzellen

Since James Thomson et al developed a technique in 1998 to isolate and grow hES in culture, freezing cells for later use and thawing and expanding cells ...

Video Bioinformatics Analysis of Human Embryonic Stem Cell Colony Growth

Video bioinformatischen Analyse von humanen embryonalen Stammzellen Colony Growth

Because video data are complex and are comprised of many images, mining information from video material is difficult to do without the aid of computer ...

Differentiation of Embryonic Stem Cells into Oligodendrocyte Precursors

Differenzierung von embryonalen Stammzellen in Oligodendrozyten Precursors

Oligodendrocytes are the myelinating cells of the central nervous system. For regenerative cell therapy in demyelinating diseases, there is significant ...

Efficient Derivation of Human Cardiac Precursors and Cardiomyocytes from Pluripotent Human Embryonic Stem Cells with Small Molecule Induction

Effiziente Ableitung von Human Cardiac Vorstufen und Kardiomyozyten aus pluripotenten humanen embryonalen Stammzellen mit Small Molecule Induction

To date, the lack of a suitable human cardiac cell source has been the major setback in regenerating the human myocardium, either by cell-based ...

Reprogramming Human Somatic Cells into Induced Pluripotent Stem Cells (iPSCs) Using Retroviral Vector with GFP

Reprogramming Human Somatic Cells into Induced Pluripotent Stem Cells iPSCs Using Retroviral Vector with GFP

Reprogrammierung menschlichen Körperzellen in induzierte pluripotente Stammzellen (IPSCs) mit retroviralen Vektoren mit GFP

Human embryonic stem cells (hESCs) are pluripotent and an invaluable cellular sources for in vitro disease modeling and regenerative medicine1. It has ...

Isolation of Ribosome Bound Nascent Polypeptides in vitro to Identify Translational Pause Sites Along mRNA

Isolation of Ribosome Bound Nascent Polypeptides in vitro to Identify Translational Pause Sites Along mRNA

Isolierung von Ribosom gebunden Nascent Polypeptide<em&gt; In-vitro-</em&gt; Identifizieren Translational Pause Standorten entlang mRNA

The rate of translational elongation is non-uniform. mRNA secondary structure, codon usage and mRNA associated proteins may alter ribosome movement on the ...