人类诱导多能干细胞(iPS细胞)在再生医学领域蕴含着巨大的希望,尤其是immune-compatible细胞疗法。最重要的安全问题,必须解决“诱导多能性”细胞的临床应用包括前代“footprint-free”和“xeno-free”“诱导多能性”细胞。在这项研究中,我们试图检查是否一个细胞外基质(ECM)建立xeno-free文化系统,我们最近建立了可以一起microRNA-enhanced信使rna重组方法一代临床安全的“诱导多能性”细胞。该方法的显著特点是使用xeno-free / feeder-free文化系统“诱导多能性”细胞的生成和扩张,而不是传统的劳动密集型的文化系统使用人类馈线细胞或人类feeder-conditioned介质和增强mRNA-mediated重组通过小分子核糖核酸的交付。引人注目的是,我们观察到早期的“诱导多能性”细胞的出现殖民地(~ 11天),实质性的重组效率(0.2 ~ -0.3%),和高的百分比ESC-like殖民地之间的总殖民地(~ 87.5%),表明加强动力学和重编程效率。因此,合并后的方法建立在这项研究提供了一个宝贵的平台的产生和扩张(即临床安全。、集成和xeno-free)“诱导多能性”细胞,促进immune-matched细胞疗法在不久的将来。
发现诱导多能干细胞(iPS细胞)开设了一个新的途径缺失和immune-compatible细胞替代疗法(
最初的方法用于介绍重组基因对人类成纤维细胞依赖逆转录病毒、慢病毒载体,导致不受欢迎的随机转基因插入染色体(
因此,生成“诱导多能性”细胞的方法没有染色体整合外源重组基因发展迅速。这些方法包括游离质粒转染(
其中三个integration-free方法,信使rna转染方法显示几个独特的优势。例如,在游离质粒转染相比,信使rna转染完全避免染色体整合的可能性。此外,与游离质粒转染和仙台病毒感染,信使rna转染不需要长时间使消除挥之不去的外源基因表达由于短半衰期的mRNA。然而,17连续每日转染的mrna的要求(
要考虑的另一个重要的问题关于“诱导多能性”细胞的临床应用是这些细胞的生成和扩展严格xeno-free条件下。Xeno-free文化防止xenopathogen传输和免疫并发症引起的非人抗原(
在这项研究中,我们试图建立这样一个方法结合先前建立细胞外基质(ECM)建立xeno-free / feeder-free人类多能干细胞(hPSC)文化系统(
这项研究是通过盆唐CHA CHA大学医院的伦理委员会,大韩民国(申请号:KNC12005)。成人真皮成纤维细胞(美国ScienCell研究实验室,卡尔斯巴德,CA)在DMEM培养(WelGENE、大邱、韩国)补充10%胎牛血清的边后卫,2毫米谷酰胺(表达载体)和1 x青霉素和链霉素(P / S)(美国所有从表达载体,卡尔斯巴德,CA)。
人类“诱导多能性”细胞培养在vitronectin XF(美国麦迪逊Primorigen生物科学)涂布文化菜肴使用我们最近建立了xeno-free / feeder-free hPSC培养基与少量修改
修改后的mRNA-based重组试剂用于本研究一种礼物Stemgent, Inc .(美国Cambridge, MA)。该系统由微rna鸡尾酒的解决方案(20 uM)含有小分子核糖核酸执行重组功能,包括mir302a-d和mir367,和一个包含mRNA的mRNA鸡尾酒Oct4、Sox2, Klf4,原癌基因,和Lin28摩尔化学计量学3:1:1:1:1,分别。每个信使rna是包括100 ng /浓度
生成“诱导多能性”细胞,首先,成人真皮成纤维细胞被播种密度
总RNA分离使用NucleoSpin RNA II工具包(Macherey-NagelGmbH & Co .公斤,Duren,德国)根据制造商的指示。从1互补DNA合成(互补)
测试他们的多能性,“诱导多能性”细胞殖民地机械分离和培养悬浮在培养皿(SPL Lifesciences、Pocheon、韩国)胚状体的身体(EB)介质(DMEM / F12, 10%击倒SR XenoFree CTS, 1 x NEAA 1 x P / S,和0.1毫米
约
G-banding分析iPS细胞收获从T-25烧瓶进行SamKwang医学实验室(Smlab,首尔,韩国)。
确认“诱导多能性”细胞确实源自“诱导多能性”细胞生成,使用的成纤维细胞基因组DNA的DNA指纹“诱导多能性”细胞和成纤维细胞比较基因信息中心在韩国(首尔,韩国)。
人类成纤维细胞的基因组DNA, H9-hESCs,“诱导多能性”细胞提取使用Exgene组织SV工具包(GeneAll生物技术,首尔,韩国)和DNA治疗与亚硫酸氢EpiTech工具包(试剂盒GmbH是一家现代化、希尔登,德国)亚硫酸氢转换根据制造商的指示。“CpG-rich”人类Oct4和Nanog基因的启动子区域放大使用S1表中列出的特定PCR引物。PCR扩增产品subcloned到助教克隆载体(RBC生物科学公司,新台北市,台湾),并进行测序分析。
总RNA样本准备使用NucleoSpin RNA II工具包(Duren Mahcerey-Nagel GmbH & Co . KG,德国)根据制造商的协议。全球基因表达的分析进行Macrogen, Inc .(首尔,韩国)使用2
在我们的实验中,我们试图生成xeno-free和integration-free iPS细胞通过结合基于ECM (vitronectin) xeno-free / feeder-free hPSC文化系统mRNA-mediated重组方法。信使rna重组方法在本研究中被修改,使用微rna鸡尾酒重编程效率提高。微鸡尾酒转染成纤维母细胞的两倍,在天1和5细胞后播种。Oct4、Sox2 Klf4,原癌基因,Lin28信使rna转染到成纤维细胞连续11天开始播种后2天。mesenchymal-to-epithelial过渡的现象(遇到)天3和5(图之间的明显
rna介导的一代“诱导多能性”细胞使用ECM-based xeno-free / feeder-free hPSC媒介。(一)实验设计的示意图表示。成人真皮成纤维细胞被播种6-well板(
综上所述,我们的研究结果显示,效率高,加速我们的重编程过程动力学。
通过多次积极的“诱导多能性”细胞碱性磷酸酶染色,早期的标志(图的未分化细胞
“诱导多能性”细胞数多能细胞组织化学染色标记。mRNA-iPSCs生成和培养15章节xeno-free / feeder-free hPSC系统积极应用多能细胞标记Oct4、Sox2, SSEA4 Tra1-60, tra1 - 81。此外,殖民地沾常用的未分化细胞碱性磷酸酶标记(
接下来,我们检查了几个标记的未分化细胞的表达水平在两个诱导多能干细胞生成在这项研究中,为和urine-derived iPS细胞(UNFiPSC1)积极控制。此外,hESC-derived EBs被用作-控制(图
存在“诱导多能性”细胞的分析。(一)分析了mRNA-iPSCs多个代表lineage-specific标记的表达。H9-hESCs和urine-derived iPS细胞生成使用游离质粒的方法(UNFiPSC1) [
我们进一步分析了mRNA-iPSCs使用DNA微阵列表达模式。散点图和热图分析的全基因组基因表达谱表明,基因表达模式为mRNA-iPSCs非常相似的数据
mRNA-iPSCs的全基因组基因表达分析。(a - b)散点图分析表明,全球mRNA-iPSCs的基因表达模式相似H9-hESCs (a)。然而,mRNA-iPSCs之间的基因表达模式显然是不同的和他们父母的细胞,成纤维细胞(b)。(c)的热图分析表明100 hESC-enriched基因的表达模式和100年人类fibroblast-enriched基因(补充表4)mRNA-iPSCs H9-hESCs类似,但不是成纤维细胞。(d e) PluriTest分析表明,mRNA-iPSCs和其他先前建立iPS细胞(UNFiPSC1和ANiPSC1) (
PluriTest,生物信息学分析的基于基因表达谱的多能性,表明mRNA-iPSCs多能,类似于为其和其他“诱导多能性”细胞,建立了包括UNFiPSC1和ANFiPSC1之前(
我们执行重亚硫酸盐测序分析研究甲基化胞嘧啶鸟嘌呤二核苷酸的模式(论文认定)两种代表pluripotency-associated基因的启动子,Oct4 Nanog。能够很好的证明,反向启动子甲基化与基因表达(
分析甲基化的Oct4 Nanog推动者和mRNA-iPSCs染色体异常的。(一)重亚硫酸盐测序数据表明的推动者
细胞遗传学分析Giemsa-banded中期mRNA-iPSCs总值显示没有异常的染色体,即使长时间使通道(图35
检查是否mRNA-iPSCs获得多能性的细胞自发分化成三个胚芽层的衍生品
多能性的分析
当移植到NOD / SCID小鼠,mRNA-iPSCs发展成为畸胎瘤组成的各种细胞类型来源于三个胚芽层(分泌上皮(外胚层),软骨(中胚层)和肠道(E4)上皮(内胚层))(图
综上所述,这些研究结果清楚地表明,mRNA-iPSCs生成并培养在xeno-free feeder-free hPSC文化系统表现出多能性。
人类iPS细胞临床试验针对视网膜疾病正在进行(
方法中产生“诱导多能性”细胞染色体整合,信使rna转染显示重要的优势,如染色体的完整避免集成。与游离转染方法,使用信使rna转染方法不需要检查转基因插入染色体。此外,信使rna转染可以快速去除外源遗传物质的细胞重新编程后,减少了不必要的负面影响的挥之不去的转基因。
然而,这种方法与某些相关问题之前,必须解决其临床应用:(1)原协议mRNA-mediated重组需要17日转染完成重组(
在这项研究中,我们建立了一个更简单、更方便的方法生成和传播xeno-free和integration-free iPS细胞的信使rna转染方法结合我们之前开发的xeno-free feeder-free hPSC文化系统。这两个系统运作协调地在xeno-free iPS细胞的生成和扩展。本研究中使用的信使rna转染方法改进从原始协议通过添加两种转染的microRNA鸡尾酒在重组阶段。这两个与微rna转染鸡尾酒被认为是加速动力学和重组的效率。符合这个概念,我们发现ESC-like殖民地开始播种的细胞在11天后,由沃伦比结果报道et al。(~ 17天)
我们的方法的另一个重要特性是使用相同(或相似)的xeno-free / feeder-free hPSC培养基iPS细胞重编程和传播,这使得iPS细胞生成和扩张过程更简单、更方便。简单的方法将提前生产的良好生产规范(GMP)年级xeno-free iPS细胞细胞疗法。
“诱导多能性”细胞生成的效率使用信使rna重组方法被报道显著变量(0.04 - -4.4%)
本研究中使用的介质是一个完全定义,xeno-free, feeder-free hPSC培养基。在这里,我们表明,这种媒介高度兼容修改信使rna转染方法“诱导多能性”细胞的生成和扩展。因此,这种组合的ECM-based xeno-free / feeder-free hPSC文化系统的一个改进版本信使rna转染方法提供了一个快速、高效和labor-effective平台代footprint-free xeno-free iPS细胞,临床应用安全。
在这里,我们报告(即治疗安全。,xeno-free and footprint-free) iPS cells can be efficiently generated and expanded by combining our previously developed ECM-based xeno-free/feeder-free hPSC culture system with an improved mRNA reprogramming method, facilitating the use of a labor- and time-effective platform for future iPS cell-mediated cell therapy.
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
Kang-In李,李舒英对本文有同等的贡献。