2013년 3월 5일
만능 인간 줄기 세포의 neuronal 차별화 (hPSCs)에 대한 프로토콜은 종종 시간이 소요되어 있으며 상당한 세포 배양 기술을 필요로합니다. 여기, 우리는 통제 된 방식으로 인간의 뉴런의 간단 신속하고 효율적인 생성을 허용하는 multititre 판 형식으로 작은 분자 기반의 차별화 절차를 적응하고 있습니다.
다음 실험의 전반적인 목적은 멀티 타이터 플레이트 형식을 사용하여 인간 다능성 줄기세포(H PSCs)를 뉴런으로 분화시키는 것입니다. 이는 H PSCs의 단일 세포 현탁액을 수확하여 V-바닥 96-웰 플레이트에 분주함으로써 하룻밤 동안 배아체(EBs)를 형성하여 수행합니다.
다음으로, 신경외배엽 형성을 유도하기 위해 분화 배지가 담긴 U자형 초저부착 플레이트로 EBS를 옮깁니다. 그 후, 뉴런의 성장을 촉진하기 위해 Matrigel이 코팅된 디시에 EBS를 플레이팅합니다. 8일경에 면역형광법을 통해 전형적인 뉴런 마커의 존재를 보여주는 결과를 얻을 수 있습니다.
인간 다능성 줄기세포를 뉴런으로 분화시키기 위한 염색 프로토콜은 종종 복잡하고 지루합니다. 저희는 우연히 인간 다능성 줄기세포로부터 뉴런을 만드는 매우 간단한 절차를 발견했습니다.
기술적인 관점에서 기존 방법 대비 이 기술의 주요 장점은 수행이 쉽고 신속하며 비용 효율적이라는 점입니다. 동시에, 실험실의 Dr MI Z가 해당 절차를 시연할 예정입니다. 서면 프로토콜에 명시된 대로 EB 형성 배지와 분화 배지를 준비하십시오.
matrigel이 코팅된 플레이트에서 meth 조건화 배지와 같은 무피더 조건으로 h PSC를 배양하거나, 화학적으로 정의된 배양 시스템을 사용하여 sub confluent 상태의 활발한 성장 조건에서 배양합니다. 멸균된 플라스틱 피펫 팁과 실체 현미경을 사용하여 자연적으로 분화된 콜로니를 기계적으로 제거합니다. 남아 있는 미분화 콜로니를 PBS로 세척하고, 1x rock inhibitor가 포함된 Accutane을 사용하여 단일 세포로 해리합니다.
200 G에서 2분 동안 원심분리하여 단일 세포를 펠렛으로 만든 후, 소량의 EB 형성 배지에 다시 현탁합니다. 혈구계수기를 사용하여 세포 농도를 결정합니다. 나머지 EB 형성 배지에 세포를 추가로 넣어 mL당 40,000에서 80,000 cells 사이의 농도가 되도록 조절합니다.
멀티채널 피펫을 사용하여 96웰 V-bottom 플레이트의 각 웰에 100 µL씩 분주하여, 웰당 4,000~8,000개의 세포가 들어가도록 합니다. 스윙-아웃 플레이트 원심분리기를 사용하여 400 G에서 1분 동안 원심분리하여 모든 세포를 웰 바닥으로 모읍니다. 세포를 인큐베이터로 옮기고 하룻밤 동안 배양하여 EBS를 형성시킨 후, 다음 날 실체현미경으로 확인합니다.
EBS를 수집하여 2 mL의 분화 배지가 들어 있는 3.5 cm 박테리아 배양 접시에 소량씩 옮깁니다. 접시를 부드럽게 회전시켜 세포를 세척합니다. 초저부착 U-바텀 플레이트의 각 웰에 분화 배지 100 µL를 추가합니다.
실체 현미경 아래의 바닥 96 웰 플레이트입니다. 세척 접시에서 96 U 웰로 EBS를 소량씩 옮깁니다. 4일째에 신경외배엽이 형성될 수 있도록 EBS를 4일 동안 배양합니다.
분화 배지로 세포를 세척하고, 12-웰 플레이트와 같이 매트리젤이 코팅된 멀티 타이터 플레이트의 각 웰에 세포를 하나씩 분주합니다. 뉴런이 방해 없이 성장할 수 있도록 세포가 웰 내에 균등하게 분포되어야 합니다. 실온에서 EBS가 매트리젤에 느슨하게 부착될 때까지 약 10분 동안 둡니다.
그 다음 플레이트를 인큐베이터로 조심스럽게 옮깁니다. 뉴런은 향후 4일 동안 플레이팅된 EBS로부터 방사형으로 성장하게 됩니다. 이전 연구에서 우리는 다른 많은 연구 결과와 마찬가지로, H PSCs 유래 EBS를 단순히 H HPCs를 저부착 디쉬에 정기적으로 분할하여 응집체를 다시 플레이팅함으로써 생성할 수 있음을 보여주었습니다.
이는 보통 세포 크기의 분포가 넓어지는 결과로 이어집니다. 또 다른 문제는 부유 상태로 유지된 EB가 서로 응집되는 경향이 있어 크기 불균일성이 더욱 심화된다는 점입니다. 이를 방지하기 위해 단일 hPSC를 저부착 웰(low attachment wells)에 분주하였으나, EB가 형성되지 않고 세포 사멸이 일어났습니다. 하지만 세포 생존 분자인 Y 2 7 6 3 2를 hESC로부터의 EB 형성을 촉진하는 것으로 알려진 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol)과 함께 사용함으로써, 단일 세포 hESC 부유액으로부터 하룻밤 사이에 EB를 형성할 수 있었습니다.
편리하게도, 이 다중 역가 플레이트 형식에서는 웰당 세포 수를 다르게 배치함으로써 EB 크기를 정밀하게 조절할 수 있었습니다. 기존 방식과 달리, EB를 초저부착 96-웰 플레이트로 옮긴 후 F-G-F-E-R-K-T-G, TGF beta SMA two 및 BP SMA one 억제제로 구성된 소분자 칵테일을 사용하여 신경외배엽 형성을 유도하였으며, 이후 세포를 매트리젤(matrigel) 위에 도말하여 뉴런을 생성시켰습니다. 약 8,000개의 세포로 EB 형성을 시작했을 때 뉴런 분화 능력이 가장 뛰어났으며, 이는 도말된 EB로부터 뚜렷한 뉴런 돌기 성장이 나타나는 특징을 보였습니다.
분주 후 괴사된 EB 중심부가 감소하였으며, B rrnr 3A 및 beta III tubulin과 같은 감각 및 범신경세포 표지자의 높은 발현이 확인되었습니다. 전반적인 신경 분화 효율은 기존의 절차와 유사한 것으로 보이며, 이는 현재까지 HSC와 HI PSC 모두에 적용 가능합니다. 세 개의 독립적인 HPSC 라인인 HES 및 HIPS 세포가 다중 웰 절차에서 성공적으로 테스트되었으나, 일반적으로 세포주에 따른 변동성과 분화 효율의 차이는 배제할 수 없습니다.
이 그림은 단일 세포로 플레이팅되어 약 60%의 효율로 성공적으로 분화된 4일 차 해리된 단일 신경외배엽 세포를 보여줍니다. 멀티 티터 플랫폼에서 EBS를 다루는 것은 처음에 약간의 교육이 필요하지만, 시간이 지나면 꽤 쉽다는 것을 알게 될 것입니다.
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이 기사는 다중 타이터 플레이트 형식을 사용하여 인간 다능성 줄기세포(hPSCs)를 뉴런으로 분화시키는 프로토콜을 제시합니다. 이 방법은 분화에 대한 통제를 유지하면서 과정을 단순화하여 빠르고 효율적으로 만듭니다.
This protocol enables rapid, scalable generation of functional neurons from human pluripotent stem cells in a multi-titre plate format, addressing the need for efficient, reproducible neuronal models in early-stage drug discovery. By eliminating multi-step precursor expansion and using a chemically defined, small-molecule-based approach, it reduces technical complexity and supports mid-throughput screening applications. The method provides a de-risked source of human sensory-like neurons for target validation and phenotypic screening campaigns.
The method fits within the early discovery continuum, supporting target validation through rapid neuronal differentiation and enabling lead identification via compound screening in a format compatible with automated liquid handling and imaging platforms.