このコンテンツを視聴するには、JoVE 購読が必要です。 サインイン又は無料トライアルを申し込む。
Method Article
ヒトiPS細胞由来の3D肝臓オルガノイドは、甲状腺ホルモンが肝臓の発達に及ぼす作用を理解するための潜在的なツールとなります。
培養中の安定した肝細胞を得ることは、肝臓研究にとって大きな課題です。このことを念頭に置いて、ヒト人工多能性幹細胞(hiPSC)を利用してヒト肝オルガノイド(HHO)の3D培養物を生成する最適化された方法が示されています。HHOsの利用は、肝臓の発達を理解し、肝疾患の解明、医薬品開発のためのハイスループット研究の実施、肝移植の可能性の探求に貴重なアプローチを提供します。前者の研究では、免疫蛍光法と定量的RT-PCR技術を用いて進行をモニタリングし、肝芽細胞や肝芽球由来細胞の2種類の肝芽細胞(胆管細胞または肝細胞様細胞)など、さまざまな細胞集団の存在を異なる発生段階にわたって同定しました。このレポートでは、ヒト胚発生の段階を反映したHHOを取得するためのhiPSCから始まる簡単な3Dプロトコルを紹介します。46〜50日間にわたるこのプロトコルには、(i)HHOを生成するためのhiPSC培養の綿密な管理、(ii)2Dでの細胞分化の開始とその後の3Dへの移行、(iii)HHOをシングルセルRNAシーケンシングのためのシングルセルに分解するための最適化された解離戦略など、いくつかのステップが含まれます。このアプローチの広範な応用の実例として、本プロトコルは、肝細胞の発達における甲状腺ホルモンシグナル伝達の役割を解明するために以前に適用されました。
肝臓は、グルコースやケトン体などの容易に利用可能なエネルギー基質の利用可能性を調節したり、生体異物化合物を解毒したりするなど、さまざまな代謝機能を果たしています。近年、肝疾患の有病率が大幅に増加していますが、これは主に非アルコール性脂肪性肝炎(NASH)に起因しており、治療しないと肝硬変やがんに進行する可能性があります1。したがって、肝臓の代謝機能とその関連疾患を理解することは、効果的な治療法の開発を促進するために不可欠です2,3。
3次元(3D)培養の出現により、オルガノイドモデルが誕生し、臓器発生の機能性と複雑さに取り組むための画期的で革新的なアプローチとなっています4。オルガノイドは、それぞれの臓器の機能と細胞構造を模倣する分化した細胞の3D自己組織化凝集体として定義されます5。
過去数十年にわたり、多様なヒトiPS細胞由来細胞6 または肝細胞様細胞のみ の利用7から、成長因子または阻害剤の様々な複雑な微小環境の組み込み、および単層7 または3D8への分化前駆細胞の組み込みまで、無数のヒト肝オルガノイド(HHO)プロトコルが広範な関心を集めてきました.これらのアプローチは、ハイスループットの薬物スクリーニング9 から、肝疾患の根底にあるメカニズム10へのさらなる洞察を得ることまで、多数の潜在的な目的に役立ちます。
ここでは、前述の化学的手がかり11 に基づくHHO分化の段階的なプロトコルが、方法論的に適応したバリエーションで実行されます。このプロトコールは、ヒト人工多能性幹細胞(hiPSC)の適切な取り扱いと培養から始まり、細胞外マトリックスゲルの操作、細胞継代、およびHHOへの分化の技術について詳しく説明します。このプロセスは、ヒトiPS細胞の確定的内胚葉(DE)12 への分化を刺激することから始まり、続いてFGFおよびBMPの in vivo 効果を模倣して、後前腸(PFG)単層細胞13の発達を促進する。3Dアーキテクチャは、PFG細胞が未熟な肝相に分化し、胆管細胞と肝細胞の胎児前駆細胞である肝芽細胞になる10日目に達成されます2。最後に、3D構造を1つの細胞に解離して、RNAシーケンシング研究を行います。このプロトコルの適用可能性の一例として、このHHOモデルが甲状腺ホルモンの作用と肝細胞および胆管細胞の発達に関する2型デヨージナーゼ(D2)の研究にどのように役立つかが実証された14。
1. ヒトiPS細胞の管理
注:hiPSC(CS03iCTR-n3細胞株)は市販されています。細胞外マトリックスゲルコーティングとhiPSC培地の適切な管理は、hiPSCをプレートに付着させ、供給するための鍵となります。ここでは、1枚の6ウェルプレートに必要な容量について説明しました。6ウェルプレートに残ったヒトiPS細胞は、オルガノイドに分化しませんが、液体窒素で保存して長期保存することができます。
2. hiPSCから肝臓オルガノイドへの段階的な鑑別
注:試薬の再構成は、製造元のガイドラインに従って実施され、それに従って行われました。
3. シングルセル解離
注:このステップは、シングルセルRNAシーケンシング技術にとって重要です。オルガノイドの数はサイズによって異なり、解離日が古いほど、オルガノイド内の細胞の量が多くなります。以前は、解離したオルガノイドの数が増加し、解離時間は同量で減少しました。解離は、D-14とD-17に10個のオルガノイド、D-23とD-26に8個のオルガノイド、D-30とD-45に6個のオルガノイドで行いました。オルガノイドの1つのクラスターの手順は詳細です(図1F)。
このプロトコルの hiPSC から HHO への段階的な分化の各段階は、qPCR による定量的測定と、参考文献からのステージ特異的な既知のマーカーの免疫蛍光法を使用して定義されました (図 2)。両方の手法の段階的なステップと、HOへの正しい分化に関連して達成された結果は、14に描かれました。これまでの研究では、HIPSCは、山中?...
現在のプロトコルでは、ヒトiPS細胞の取り扱い方法とその後の3Dオルガノイド培養について、さまざまな方法論的な詳細が提供されています。これには、(i)2D培養物の分離と10日後の3D肝臓オルガノイドへの発育、および(ii)3D構造の単一細胞への繊細な解離という2つの主要な重要なステップが含まれます。入手可能な情報に基づくと、これは甲状腺ホルモンの作用を研...
アントニオ・C・ビアンコは、Abbvie、Acella、Aligos、Synthonicsのコンサルタントです。他の著者は関連する開示を持っていません。
この研究は、国立糖尿病・消化器・腎臓病研究所(NIDDK -DK58538, DK65066, DK77148;ACB)です。
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 |
このJoVE論文のテキスト又は図を再利用するための許可を申請します
許可を申請This article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2023 MyJoVE Corporation. All rights reserved