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Une population très pure de mégacaryocytes peut provenir de cordon dérivés du sang CD34+ cellules. Une méthode pour CD34+ la différenciation des cellules d’isolement et mégacaryocyte est décrite ici.
Production de plaquettes se produit principalement dans la moelle osseuse dans un processus appelé Thrombopoïèse. Au cours de la Thrombopoïèse, cellules progénitrices hématopoïétiques différencient aux précurseurs de plaquettes de forme appelés mégacaryocytes, qui se différencient en phase terminale pour libérer les plaquettes des processus longs cytoplasmiques appelés proplaquettes. Mégacaryocytes sont rares cellules confinés à la moelle osseuse et sont donc difficiles à récolter en nombre suffisant pour utilisation en laboratoire. Une production efficace de mégacaryocytes humaines peut être obtenue in vitro en cultivant CD34+ des cellules dans des conditions appropriées. Le protocole détaillé ici décrit l’isolement des CD34+ cellules par cellule magnétique de tri des échantillons de sang de cordon ombilical. Les mesures nécessaires pour produire des mégacaryocytes extrêmement purs, matures dans des conditions sans sérum sont décrites. Détails des analyses phénotypiques de la différenciation du mégacaryocyte et détermination des proplaquettes production formation et plaquettes sont également fournis. Effecteurs qui influencent la différenciation mégacaryocyte et/ou formation proplaquettes, tels que les anticorps antiplaquettaires ou mimétiques de la thrombopoïétine, peuvent être ajoutés à des cellules cultivées à examiner la fonction biologique.
Isolement d’un nombre suffisant de mégacaryocytes humains primaires (MK) pour une utilisation régulière de laboratoire n’est pas possible en raison de leur faible fréquence dans la moelle osseuse, où ils représentent ~0.01% de cellules nucléées1. Une alternative commode est l’ex vivo de l’expansion et la différenciation des souches hématopoïétiques et des cellules progénitrices en présence de facteurs de croissance spécifiques. Un certain nombre de cytokines dont stem cell factor (SCF ; c-kit ligand) et interleukine (IL) -3 et IL-11 ont été utilisés dans les systèmes de culture pour produire MKs. thrombopoïétine (TPO) est le facteur de croissance et la différenciation plus efficace pour les cultures megakaryocytic et est efficace seul ou avec d’autres cytokines, telles que le SCF et l’IL-32. TPO peut agir sur les populations de cellules souches se traduire par la prolifération et la maturation de MKs2.
Plaquettes produits MK de protubérances cytoplasmiques appelées proplaquettes et, in vivo, environ 1 x 1011 plaquettes sont formés tous les jours pour soutenir les numérations plaquettaires de 150-400 x 109/l. plaquettes production in vitro est jusqu'à 1000 -plier plus bas que in vivo estime à3, et cela a donné lieu à nombreuses conditions de culture à l’aide de CD34+ cellules progénitrices hématopoïétiques pour améliorer MK et plaquettes production in vitro. La source initiale de CD34+ cellules utilisées pour la différenciation MK était de sang périphérique humain4. Autres sources de cellules incluent la moelle osseuse5,6, les cellules souches embryonnaires et induits pluripotentes cellules souches (ESC/iPSC)7et cordon ombilical sang (UCB)8,9,10 . La moelle osseuse humaine CD34+ 11 et la souris lignée négative la moelle osseuse des cellules5 produits MK et plaquettes in vitro; Néanmoins, le manque de disponibilité de la moelle osseuse humaine limite son utilisation comme source de CD34+ cellules. En revanche, ESC et iPSC représentent une source illimitée de cellules pour la production de plaquettes in vitro . Production de plaquettes de ces cellules nécessite des cellules nourricières tels que les cellules murines OP9 et de plus longues périodes de culture. Plaquettes dérivées dans des conditions sans chargeur semblent être moins fonctionnel12. iPSC-dérivé des plaquettes sont susceptibles d’être d’utilisation en milieu clinique, puisqu’ils peuvent être étendus à grande échelle. Ce processus nécessite transduction LENTIVIRAUX médiée par des facteurs de transcription et à long terme de la culture de cellule13.
UCB est une source accessible de CD34+ cellules qui peuvent être facilement utilisés dans les paramètres de recherche. TPO seul peut favoriser la différenciation du cordon de dérivés du sang CD34+ cellules et cela donne lieu à MKs extrêmement pur, mature sans besoin de supplémentation de sérum ou de co-culture avec des cellules nourricières. Autres cytokines telles que le SCF peut diminuer la différenciation de l’UCB CD34+ cellules, tandis que Flt-3 ligand et IL-11 favorisent la production de mégacaryocytes immatures14. Ce protocole décrit la production de cultures de MK très pures de sang de cordon ombilical CD34+ cellules dans des conditions de milieu sans sérum.
Ce protocole a été approuvé par la South Eastern Sydney Human Research Ethics Committee et ratifiée par le University of New South Wales' Human Research Ethics Committee. Sang de cordon ombilical provenant de donneurs sains a été fourni par le cordon sang Bank de Sydney (Sydney, NSW, Australie). Volumes d’environ 100 mL ont été utilisés pour cette procédure.
NOTE : Les travaux dans une placard à l’aide d’une technique aseptique de biosécurité classe II. Décontaminer l’extérieur du sac de sang de cordon avec l’éthanol à 70 %. Utiliser des instruments stériles (ciseaux, pince à épiler) pour cette procédure.
1. préparation des cellules sanguines et l’isolement des CD34 de cordon de cellules+
2. pureté cocher de CD34 isolé des cellules+
3. mégacaryocyte différenciation
4. proplaquettes décompte, énumération plaquettaire et l’Activation des plaquettes
Ce protocole permet la préparation de cultures très pures de MK de cordon dérivés du sang CD34+ cellules. Le pourcentage de CD34+ des cellules dans le cordon sang est d’environ 1,3 %15 (Figure 1 a) et le nombre total de cellules mononucléées (étape 1.8) s’étend de 90-300 x 106 unitaire de l’UCB. La pureté du CD34 + / CD45 + cellules après isolement s’étend de 90 à 99 % (Figure 1 b). MK (défini comme CD41+ cellules) sont observées au début de CD34 sans sérum+ cell cultures en présence de rhTPO. Jour 7, le pourcentage de mature MK (CD41+ et CD42a+ cellules) est généralement de 30 à 40 % (Figure 1). Les plus hauts niveaux du CD41+ et CD42a+ doubles cellules positives (90 à 99 %) sont observées entre les jours de 10 et 12 de la différenciation (Figure 1). La variabilité observée dépend principalement la source de sang de cordon et la pureté de la CD34+/CD45+ cellules isolées à l’étape 1.17. Le rendement du MK mature sur les plages de jour 10 de 5 à 10 par CD34 d’entrée+ cellulaire. Mature MK (CD41+/CD42b+) observées sous fluorescentes microscopie sont indiquées dans la Figure 2 a. MK cultivée apparaissent sous forme de grosses cellules multinucléées habituellement (Figure 2 a, pointes de flèches). Contenu granulaire de MK dépendait de vWf (vert) et CD62p (p-sélectine, rouge) coloration (Figure 2 b). La distribution de ploïdie chez MKs cultivées est montrée dans la Figure 2.
Proplaquettes sont longs, perles fibres ou filaments qui s’étendent de l’organe de MK. Proplaquettes peut être plusieurs centaines de micromètres de long16 et contenir des directions générales et des régions distendues. Une caractéristique proplaquettes-roulement MK est illustrée en Figure 2D. Le pourcentage des proplaquettes-roulement MK (pbMK) était de 1,3 ± 0,17 %.
Les plaquettes peuvent être analysées et comptés comme décrit dans le protocole. Comme le montre la Figure 3 b, la plupart des plaquettes dans le surnageant de culture cellulaire relèvent de la porte analyse de périphérique des plaquettes sanguines et sont positifs pour le marqueur de plaquettes CD41 (Figure 3 b). Le rendement plaquettaire de cette méthode s’échelonne de 19 à 42 plaquettes par Marc plaquettes produites en culture peut être activé par les agonistes de plaquettes comme ADP tel que déterminé par une liaison de l’anticorps monoclonal PAC1 activation spécifique (Figure 3) .
Figure 1 : Flow cytometry parcelles de CD34+ de cellules d’isolement et différenciation de MK en culture. (A) les cellules mononucléaires (contrôlés comme indiqué sur le panneau de gauche) purifiées à partir de sang de cordon humain (étape 1.8) ont été colorées avec de l’anticorps anti-CD34-PE pour déterminer le pourcentage de la CD34+ des cellules de l’échantillon (1,3 %, panneau de droite). (B) après la séparation, la fraction positive (étape 1.17) était marquée avec les anticorps anti-CD34-PE et anti-CD45 de PerCP. Le CD34 enrichi+ population est indiquée sur la figure (98,1 %, panneau de droite, quadrant supérieur droit). (C) analyse phénotypique du MK différenciées in vitro de cellules CD34 + pendant 7 jours, ou 11 jours ont été colorées avec les anticorps anti-CD41 et anti-CD42a. MK mature sont positifs pour les deux CD41+ et CD42a+ (quadrant supérieur droit). S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 2 : MK coloration, ploïdie et formation proplaquettes in vitro. (A) les images fluorescentes du jour 11 MK colorées avec des anticorps de CD42b-APC et anti-CD41-PE. Les noyaux ont été colorés au DAPI. Pointe de flèche jaune indique plusieurs nucléaire MKs. Barème bar, 30 µm. (B) Fluorescent images du jour 14 MK colorées avec anti vWf (vert), anti-CD62p (rouge) et les anticorps anti-CD42b-APC (magenta). Les noyaux ont été colorés au DAPI. Barre d’échelle, de la stratégie de blocage représentant 15 µm (C) montrant la répartition de la ploïdie des CD41+ événements. Le graphique (panneau inférieur) montre la distribution des classes de ploïdie (n = 4), barres d’erreur, SD. (D) la morphologie caractéristique des proplaquettes-roulement MK est montrée. Le corps de MK est indiqué par la flèche. Les processus long cytoplasmiques s’étendant de la MK (proplaquettes) sont indiqués par les flèches. Il peut être difficile dans certains secteurs/domaines de vue si un ou deux MK produisent ces extensions proplaquettes. Cela devrait être considéré comme un portant des proplaquettes Marc Images prises avec un microscope inversé, objectif 10 X. Echelle, 50 µm. s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 3 : Abondance des plaquettes produites in vitro et plaquettes activation. (A) les plaquettes humaines de plasma riche en plaquettes servaient à établir la grille analytique avec échelle logarithmique pour dispersion vers l’avant et latérale (gauche). Le panneau de droite montre des cellules provenant de cultures de MK. Plaquettes produits in vitro sont observées dans la grille analytique définie pour les plaquettes humaines. Cellules et perles de comptage sont indiqués sur la figure. PLT, plaquettes (B) plaquettes produites in vitro ont été colorées avec les anticorps anti-CD41. Les plaquettes humaines de plasma riche en plaquettes ont été utilisées pour définir la grille analytique en utilisant l’échelle logarithmique pour la marche avant et la diffusion latérale et de comparer le profil dans le portail CD41-FITC. C-FITC, FITC isotype contrôler plaquettaire (C) activation après un traitement par ADP à une concentration finale de 20 µM. les plaquettes humaines de plasma riche en plaquettes ont été utilisée comme contrôle (panneaux supérieurs). Plaquettes produits en culture sont affichés dans le panneau du bas. La liaison de PAC1 anticorps indique l’activation des plaquettes. C-FITC, contrôle d’isotype FITC. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Le protocole décrit ici est adapté pour une production constante de MK et de plaquettes dans la culture du sang de cordon ombilical. Ces cellules peuvent servir à étudier les divers processus tels que l’effet de drogues ou d’activités biologiques sur MK prolifération, différenciation, proplaquettes formation et production de plaquettes.
Une variété de combinaisons de cytokines et de milieux de culture ont été présentés dans la littérature. Addition de cytokines telles que le facteur des cellules souches, Flt-3 ligand, IL-3 et IL-6 supports CD34+ la prolifération cellulaire. Cependant, cette expansion entraîne réduite pureté MK dans la culture14. La méthode présentée ici, à l’aide de sérum et rhTPO seul, ne permet pas de nette augmentation du nombre des cellules progénitrices, mais permet unilineage megakaryocytic prolifération et la différenciation et une production constante de MK (CD41 90-99 %+ Les cellules positives doubles CD42a+ ) sans contamination des autres lignées. La période de culture pour la formation de MK est 10 à 12 jours sans avoir besoin pour supporter stromales ou cellules nourricières. Cela se compare favorablement à d’autres méthodes nécessitant une plus grande culture périodes (plus de 20 jours)17,18. Le rendement plaquettaire le présent protocole est 19-42 plaquettes par MK ou jusqu'à 420 plaquettes par CD34 d’entrée+ cellulaire. La plupart résultat protocoles en plaquettes inférieur donne18,19.
Bien que le rendement est élevé par rapport aux autres méthodes, les grandes sources de cellules CD34 sont nécessaires pour produire un nombre suffisant de plaquettes pour un usage thérapeutique. MK de sang de cordon arrivent à maturité à un taux plus bas, sont généralement plus petite (des classes inférieures de ploïdie) et ont réduit la capacité de production de plaquettes20. Néanmoins, UCB frais est généralement une ressource plus accessible, et cela représente un avantage important pour les chercheurs. Autres méthodes qui peuvent produire des rendements supérieurs de MK et de plaquettes avec des objectifs thérapeutiques ont été également décrites13,17.
Il y a certaines sources de variabilité à examiner : A) qualité de l’unité de sang de cordon. Seulement le sang ombilical recueilli dans les 24 heures doit être utilisé comme source de CD34+ cellules. Unités de sang de cordon contenant des caillots devraient aussi être éliminées. B) pourcentage de CD34+ des cellules dans la fraction de cellules mononucléées (étape 1.8) : en utilisant des fractions de cellules mononucléées contenant moins de 0,3 % CD34+ cellules peuvent entraîner des rendements faibles de relativement faible pureté CD34+ cellules. Ces cellules ne sont pas recommandés pour la différenciation de MK. Il est essentiel de laisser le drain liquide par la seule force de gravité (par exemple, les étapes 1.13, 1.14, 1,16). En cas de blocage de la colonne, il est recommandé de supprimer la colonne de l’aimant, pousser les cellules doucement avec le piston de la seringue dans un nouveau tube et recharger sur une nouvelle colonne équilibrée.
Un certain nombre de conditions affecte la fonction et le nombre de plaquettes. La thrombopénie se réfère à une baisse marquée du nombre de plaquettes qui peut conduire à des saignements internes et externes. Auto immune orageux de la thrombocytopénie immune (ITP) et thrombocytopénie induite par le médicament (DITP) est des causes bien connues de thrombocytopénie21,22. Autres maladies auto-immunes comme le lupus érythémateux disséminé et l’arthrite rhumatoïde peuvent également avoir des effets néfastes sur les plaquettes. Causes de non immuns de thrombocytopénie comprennent le traitement du cancer, traumatisme grave, infections, insuffisance médullaire et la chirurgie. En raison de la forte utilisation des plaquettes par des patients sous chimiothérapie ou recevant des transplantations de cellules souches, la transfusion plaquettaire a cessé d’augmenter ces dernières décennies. Recherche MK et plaquettes aidera sans aucun doute dans le développement de la production de plaquettes à grande échelle pour des applications cliniques. Disponibilité de in vitro produit fonctionnel plaquettes préviendrait les pénuries de plaquettes et permettre aux patients réfractaires, les transfusions de plaquettes. Différenciation de MK et plaquettes production in vitro sont des outils essentiels pour l’étude et la compréhension des états pathologiques et les mécanismes physiologiques qui conduisent à la formation de plaquettes.
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Les auteurs tiennent à souligner le soutien de l’Australian Health and Medical Research Council (projet subvention 1012409 liée au BHC).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Cell Culture Reagents | |||
Recombinant Human TPO | Miltenyi Biotec | 130-094-013 | |
StemSpan SFEM II | Stem Cell Technologies | 9605 | Serum-free media for CD34+ cells |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
CD34 Isolation Reagents | |||
CD34 MicroBead kit ultrapure | Miltenyi Biotec | 130-100-453 | This kit includes the FcR human IgG blocking reagent and CD34 microbeads. These beads contain the anti-CD34 antibody clone QBEND/10. Use a different anti-CD34 clone for purity check (e.g. clone 8G12). |
Lymphoprep | Alere Technologies | 1114545 | Lymphocyte separation media (density 1.077 g/mL) |
Sterile separation buffer (SB) | Miltenyi Biotec | 130-091-221 | This buffer contains phosphate buffered saline (PBS), pH 7.2 containing 0.5% bovine serum albumin and 2 mM EDTA. It can be prepared using sterile, cell culture grade components. De-gas before use because air bubbles can block the column. |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Flow Cytometry and Cell Staining Reagents | |||
PE Mouse anti-Human CD34 | BD Biosciences | 340669 | Clone 8G12. This can be used for CD34 purity check. Final antibody concentration 1:10 dilution. |
PerCP mouse anti-human CD45 | BD Biosciences | 347464 | 1:10 dilution |
PerCP isotype control | BD Biosciences | 349044 | 1:10 dilution |
FITC Mouse anti-Human CD41a | BD Biosciences | 340929 | Final antibody concentration 1:5 dilution. |
APC Mouse anti-Human CD42b | BD Biosciences | 551061 | This antibody can also be used to detect mature MK (the percentage of positive cells in usually lower than with anti CD42a). Final antibody concentration 1:10 dilution. |
Alexa Fluor 647 Mouse anti-Human CD42a | AbD Serotec | MCA1227A647T | Currently distributed by Bio-Rad. Final antibody concentration 1:10 dilution. |
Alexa Fluor 647 Mouse Negative Control | AbD Serotec | MCA928A647 | Currently distributed by Bio-Rad. Isotype control antibody |
Anti von Willebrand factor rabbit polyclonal | Abcam | AB6994 | 1:200 dilution |
V450 mouse anti-humna CD41a | BD Biosciences | 58425 | 1: 20 dilution |
V450 isotype control | BD Biosciences | 580373 | 1:20 dilution |
PAC1-FITC antibody | BD Biosciences | 340507 | 1:10 dilution |
Anti CD62p mouse monoclonal | Abcam | AB6632 | 1:200 dilution |
Alexa Fluor 488 goat anti rabbit IgG | Invitrogen | A11008 | 1:100 dilution |
Alexa Fluor 594 goat anti mouse IgG | Invitrogen | A11020 | 1:100 dilution |
Ig Isotype Control cocktail-C | BD Biosciences | 558659 | Isotype control antibody |
Propidium iodide | Sigma Aldrich | P4864 | |
CountBright Absolute Counting Beads | Molecular Probes, Invitrogen | C36950 | Counting beads |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Materials | |||
LS columns | Miltenyi Biotec | 130-042-401 | Smaller and larger columns are also commercially available |
MidiMACS Separator magnet | Miltenyi Biotec | 130-042-302 | |
MACS MultiStand | Miltenyi Biotec | 130-042-303 | |
Falcon 5mL round bottom polypropylene FACS tubes, with Snap Cap, Sterile | In Vitro technologies | 352063 | |
Glass slides | Menzel-Glaser | J3800AMNZ | |
Mounting media with DAPI | Vector Laboratories | H-1200 | Antifade mounting medium with DAPI |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Equipment | |||
Inverted microscope | Leica | DMIRB inverted microscope | |
Fluorescent microscope | Zeiss | Vert.A1 | |
Cell analyser | BD Biosciences | FACS Canto II | |
Cytospin centrifuge | ThermoScientific | Cytospin 4 | |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Software | |||
Cell analyser software | BD Biosciences | FACS Diva Software | |
Single cell analysis software | Tree Star | FlowJo | |
Fluorescent microscope software | Zeiss | Zen 2 blue edition |
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