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Method Article
人类 iPSC 衍生的 3D 肝脏类器官构成了了解甲状腺激素对肝脏发育作用的潜在工具。
在培养物中获得稳定的肝细胞对肝脏研究构成了重大挑战。考虑到这一点,描述了一种利用人诱导多能干细胞 (hiPSC) 生成人肝类器官 (HHO) 的 3D 培养物的优化方法。HHO 的利用为了解肝脏发育、解开肝脏疾病、进行药物开发的高通量研究以及探索肝移植的潜力提供了一种有价值的方法。在前一项研究中,通过免疫荧光和定量 RT-PCR 技术监测进展,确定不同发育阶段存在各种细胞群,例如肝母细胞和两种类型的肝母细胞衍生细胞:胆管细胞或肝细胞样细胞。本报告提出了一个简单的 3D 方案,从 hiPSC 开始,以获得反映人类胚胎发育阶段的 HHO。该方案跨越 46-50 天,包括几个步骤:(i) 精心管理 hiPSC 培养以生成 HHO,(ii) 在 2D 中开始细胞分化并随后过渡到 3D,以及 (iii) 优化的解离策略,将 HHO 分解成单细胞以进行单细胞 RNA 测序。作为这种方法广泛应用的一个例子,本方案以前被用于揭示甲状腺激素信号传导在肝细胞发育中的作用。
肝脏执行多种代谢功能,例如调节葡萄糖和酮体等易用能量底物的可用性,以及解毒外源性化合物。近年来,肝病的患病率显著增加,这主要归因于非酒精性脂肪性肝炎 (NASH),如果不治疗,可能会发展为肝硬化或癌症1。因此,必须了解肝脏及其相关疾病的代谢功能,以促进有效治疗方法的开发 2,3。
三维 (3D) 培养物的出现导致了类器官模型的创建,代表了解决器官发育的功能和复杂性的开创性和创新方法4。类器官被定义为分化细胞的 3D 自组织聚集体,可模拟相应器官的功能和细胞结构5。
在过去的几十年里,无数的人肝类器官 (HHO) 方案引起了广泛的兴趣,从利用不同的人 iPSC 衍生细胞6 或单独的肝细胞样细胞7 到掺入生长因子或抑制剂的各种复杂微环境,以及在单层7 或 3D 中分化祖细胞8.这些方法适用于多种潜在目标,从高通量药物筛选9 到进一步了解肝病的潜在机制10。
在这里,根据提到的化学线索11 执行 HHO 分化的分步方案,并采用方法学适应的变化。该方案从人诱导多能干细胞 (hiPSC) 的适当处理和培养开始,详细介绍了细胞外基质凝胶作、细胞传代和分化为 HHO 的技术。该过程首先刺激 hiPSC 分化为最终内胚层 (DE)12 ,随后模拟 FGF 和 BMP 的 体内 效应,以促进后前肠 (PFG) 单层细胞的发育13。3D 结构是在第 10 天实现的,当时 PFG 细胞分化为未成熟的肝期,该期将成为肝母细胞,即胆管细胞和肝细胞的胎儿前体细胞2。最后,将 3D 结构解离成单细胞进行 RNA 测序研究。作为该方案适用性的一个例子,证明了该 HHO 模型如何有助于研究甲状腺激素作用和 2 型脱碘酶 (D2) 对肝细胞和胆管细胞发育的影响14。
1. hiPSC 的管理
注:hiPSC(CS03iCTR-n3 细胞系)是商业购买的。细胞外基质凝胶涂层和 hiPSC 培养基的适当管理是将 hiPSC 连接到板并补料的关键。在这里,描述了一个 6 孔板所需的体积。来自 6 孔板的剩余 hiPSC 不会分化为类器官,可以储存在液氮中长期储存。
2. 从 hiPSC 分化为肝脏类器官
注:根据制造商的指南进行并遵循试剂的重构。
3. 单细胞解离
注:此步骤对于单细胞 RNA 测序技术至关重要。类器官的数量可能因大小而异,解离日期越长,类器官中的细胞数量就越多。在早期,解离的类器官的数量增加,解离时间随着数量的增加而减少。在 D-14 和 D-17 处使用 10 个类器官,在 D-23 和 D-26 处使用 8 个类器官,在 D-30 和 D-45 处使用 6 个类器官进行解离。详细介绍了一组类器官的程序(图 1F)。
该方案从 hiPSC 逐步分化为 HHO 的每个阶段都是通过使用 qPCR 定量测量和免疫荧光从参考书目中的阶段特异性已知标记物来定义的(图 2)。14 描述了这两种技术的逐步步骤以及与正确分化为 HO 相关的结果。在之前的研究中,hiPSC 是通过 POU5F1 (也称为 OCT4)和 SOX2 的 mRNA 水平定义的,这是两个众所周知的山中因?...
当前协议提供了有关如何处理 hiPSC 和后续 3D 类器官培养的各种方法学细节。这包括两个主要的关键步骤:(i) 2D 培养物的分离,然后在 10 天后发育成 3D 肝脏类器官,以及 (ii) 3D 结构精细解离成单个细胞。根据现有信息,这是研究甲状腺激素作用的 3D HHO 模型的首次报告,证明了最初在 P1 肝小鼠20 中发现的成肝细胞样细胞14 中 DIO2...
Antonio C. Bianco 是 Abbvie、Acella、Aligos、Synthonics 的顾问。其他作者没有相关披露。
这项工作得到了美国国家糖尿病、消化和肾脏疾病研究所 (NIDDK -DK58538, DK65066, DK77148 的支持;ACB 的
Name | Company | Catalog Number | Comments |
10 µL Universal Pipette Tips Filtered, Low rentention, Pre-sterile | VWR | 613-6462 | All procedures |
1000 µL Universal Pipette Tips Filtered, Low rentention, Pre-sterile | VWR | 613-6470 | All procedures |
15 mL Polypropilene Conical Tube | Falcon (Corning) | 352097 | Dissociation Hepatic Organoids |
200 µL Universal Pipette Tips Filtered, Low rentention, Pre-sterile | VWR | 613-6465 | All procedures |
3,3',5-Triiodo-L-thyronine | Sigma | T2877-100 | Hepatic Organoid differentiation |
40 μm Cell Strainer | Corning | 431750 | Dissociation Hepatic Organoids |
50 mL tube | Falcon (Corning) | 352070 | All procedures |
6 well-plate Nunc Cell-Culture Treated Multidishes | Thermo fisher scientific | 140675 | hiPSC maintenance |
A83-01 | R&D Systems | 2939/10 | Hepatic Organoid differentiation |
Advanced DMEM/F12 | Gibco | 12634010 | Hepatic Organoid differentiation |
ART Wide Bore Filtered Pipette Tips | ART | 2069GPK | All procedures |
B27 supplement | Gibco | 17504044 | Hepatic Organoid differentiation |
BMP7 | R&D Systems | 354-BP-010/CF | Hepatic Organoid differentiation |
Bovine Albumin Fraction V (7.5% solution) | Gibco | 15260037 | Dissociation Hepatic Organoids |
BSA, Fraction V, Fatty Acid Free for Tissue Culture | GoldBio | A-421-100 | Dissociation Hepatic Organoids |
CHIR99021 | R&D Systems | 4423/10 | Hepatic Organoid differentiation |
Corning 96-well Clear Flat Bottom Ultra-Low Attachment | Corning | 3474 | Hepatic Organoid differentiation |
Costar 6-well Clear Flat Bottom Ultra-Low Attachment | Corning | 3471 | Hepatic Organoid differentiation |
CS03iCTR-n3 human induced Pluripotent Stem Cell line | Cedar-sinai | hiPSC maintenance | |
DAPT | R&D Systems | 2634/10 | Hepatic Organoid differentiation |
dbCAMP | Millipore Sigma | D0627-100MG | Hepatic Organoid differentiation |
Dexamethasone | R&D Systems | 1126/100 | Hepatic Organoid differentiation |
DMEM/F12 | Gibco | 11320033 | hiPSC maintenance |
DNAse I, RNase-free, HC | Thermo Fisher scientific | EN0523 | Dissociation Hepatic Organoids |
Falcon 10 mL Serological Pipet, Polystyrene, 0.1 Increments, Individually Packed, Sterile | Corning | 357551 | All procedures |
Falcon 5 mL Serological Pipet, Polystyrene, 0.1 Increments, Individually Packed, Sterile | Corning | 357543 | All procedures |
Falcon 50 mL Serological pipet, Polystyrene, 1.0 Increments, Individually Packed, Sterile | Corning | 357550 | All procedures |
Gentle Cell Dissociation Reagent (GCDR) | Stemcell Technologies | 100-0485 | Hepatic Organoid differentiation |
Glutamax supplement | Gibco | 35050061 | Hepatic Organoid differentiation |
L-Thyroxine | Sigma | T1775-1G | Hepatic Organoid differentiation |
Matrigel hESC-Qualified Matrix, LDEV-free, 5 mL | Corning | 354277 | Extracellular matrix gel |
mFreSR | Stemcell Technologies | 5855 | hiPSC cryopreservation medium |
mTeSR 5x Supplement | Stemcell Technologies | 100-0276 | hiPSC medium |
mTeSR Plus | Stemcell Technologies | 100-0276 | hiPSC medium |
Multi Platform Shaker | Fisherbrand (Thermo Fisher technologies) | 88861021 | Hepatic Organoid differentiation |
N2 supplement | Gibco | 17502048 | Hepatic Organoid differentiation |
Nicotinamide | R&D Systems | 4106/50 | Hepatic Organoid differentiation |
PBS, pH 7.4 | Gibco | 10010023 | hiPSC maintenance |
Recombinant human BMP4 | R&D Systems | 314-BP-010/CF | Hepatic Organoid differentiation |
Recombinant human EGF | R&D Systems | 236-EG-200 | Hepatic Organoid differentiation |
Recombinant human FGF basic/FGF2/bFGF | R&D Systems | 233-FB-010/CF | Hepatic Organoid differentiation |
Recombinant human FGF19 | R&D Systems | 959-FG-025/CF | Hepatic Organoid differentiation |
Recombinant human HGF | R&D Systems | 294-HG-005/CF | Hepatic Organoid differentiation |
Recombinant Human Jagged-1 Fc Chimera | R&D Systems | 1277-JG-050 | Hepatic Organoid differentiation |
Recombinant human KGF/FGF7 | R&D Systems | 251-KG-010/CF | Hepatic Organoid differentiation |
ReLeSR | Stemcell Technologies | 100-0483 | hiPSC detaching medium |
RNAse Inhibitor Ambion, cloned, 40 U/μL | Invitrogen | AM2682 | Dissociation Hepatic Organoids |
RNase Zap | Invitrogen | AM9780 | Dissociation Hepatic Organoids |
Sorvall Legend XT/XF Centrifuge Series | Thermo Fisher Scientific | 75004539 | All procedures |
STEMdiff Definitive Endoderm Kit | Stemcell Technologies | 5110 | Hepatic Organoid differentiation |
Trypan Blue solution (0.4%) | Gibco | 15250061 | Dye solution |
TrypLE Express Enzyme | Gibco | 12604013 | Cell Dissociation enzyme |
Trypsin 0.5% - EDTA (10X) | Gibco | 15400054 | Dissociation Hepatic Organoids |
Valproic acid, sodium salt | R&D Systems | 2815/100 | Hepatic Organoid differentiation |
Vari-Mix Platform Rocker | Thermo Fisher scientific | M79735Q | Dissociation Hepatic Organoids |
Y-27632 dihydrochloride | R&D Systems | 1254 | Hepatic Organoid differentiation |
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