Method Article
* These authors contributed equally
פרוטוקול זה מציג השוואה בין שני פרוטוקולי אינדוקציה שונים להבחנה בין תאי גזע עיסת שיניים אנושית (hDPSCs) כלפי שושלות הלבלב במבחנה: הפרוטוקול האינטגרטיבי והפרוטוקול הלא אינטגרטיבי. הפרוטוקול האינטגרטיבי מייצר יותר תאים המייצרים אינסולין (IPCs).
נכון ל-2000, ההצלחה של השתלת אי הלבלב באמצעות פרוטוקול אדמונטון לטיפול בסוכרת מסוג I עדיין נתקלה בכמה מכשולים. אלה כוללים את המספר המוגבל של תורמי לבלב cadaveric ואת השימוש ארוך הטווח של מדכאי חיסון. תאי גזע מזנכימליים (MSCs) נחשבו למועמד פוטנציאלי כמקור חלופי ליצירת תאים דמויי איון. הדו"חות הקודמים שלנו המחישו בהצלחה את הקמתם של פרוטוקולי אינדוקציה להבחנה בין תאי גזע עיסת שיניים אנושית (hDPSCs) לתאים מייצרי אינסולין (IPCs). עם זאת, יעילות האינדוקציה השתנתה מאוד. במאמר זה, אנו מדגימים את ההשוואה של יעילות אינדוקציה בלבלב hDPSCs באמצעות אינטגרטיבית (מניפולציה מיקרו-וירונימנטלית וגנטית) ופרוטוקולי אינדוקציה לא אינטגרטיביים (מניפולציה מיקרו-וירונימנטלית) לאספקת IPCs שמקורם ב- hDPSC (hDPSC-IPCs). התוצאות מצביעות על יעילות אינדוקציה ברורה הן עבור גישות האינדוקציה במונחים של מבנה מושבה תלת מימדי, תשואה, סמני mRNA הלבלב, ורכוש פונקציונלי על אתגר גלוקוז מרובה מינון. ממצאים אלה יתמכו בהקמה עתידית של IPCs ופלטפורמת ייצור שושלת לבלב ישימים קלינית.
סוכרת היא דאגה גלובלית מתמשכת. דו"ח של הפדרציה הבינלאומית לסוכרת (צה"ל) העריך כי השכיחות העולמית של סוכרת תגדל מ-151 מיליון בשנת 2000 ל-415 מיליון בשנת 20151,2. המחקר האחרון המבוסס על אפידמיולוגיה חזה כי שכיחות הסוכרת העולמית המשוערת תגדל מ -451 מיליון בשנת 2017 ל -693 מיליון בשנת 20451. ההצלחה של השתלת אי הלבלב באמצעות פרוטוקול אדמונטון הודגמה לראשונה בשנת 2000, כאשר הוכח לשמור על ייצור אינסולין אנדוגני ולייצב את המצב הנורמוגליקמי בסוג I חולי סוכרת3. עם זאת, היישום של פרוטוקול אדמונטון עדיין מתמודד עם בעיה צוואר בקבוק. המספר המוגבל של תורמי לבלב cadaveric הוא הבעיה העיקרית שכן כל חולה עם סוכרת מסוג I דורש לפחות 2-4 תורמי איון. יתר על כן, השימוש ארוך הטווח של סוכנים מדכאי חיסון עלול לגרום לתופעות לוואי מסכנות חיים4,5. כדי להתמודד עם זה, הפיתוח של טיפול פוטנציאלי לסוכרת בעשור האחרון התמקד בעיקר ביצירת תאים יעילים לייצור אינסולין (IPCs) ממקורות שונים של תאי גזע6.
תאי גזע הפכו לטיפול אלטרנטיבי במחלות רבות, כולל סוכרת מסוג I, אשר נגרמת על ידי אובדן של תאי בטא. השתלת IPCs היא השיטה המבטיחה החדשה לשליטה גלוקוז בדם בחולים אלה7. במאמר זה מוצגות שתי גישות ליצירת IPCs, פרוטוקולי אינדוקציה אינדוקטיביים ולא אינטגרטיביים. פרוטוקול האינדוקציה חיקה את התהליך ההתפתחותי הטבעי של הלבלב כדי לקבל את IPCs8,9בוגרים ופונקציונליים .
עבור מחקר זה, hDPSCs התאפיינו בציטומטריית זרימה עבור זיהוי סמן משטח MSC, פוטנציאל בידול מרובה שורות, ו- RT-qPCR כדי לקבוע את הביטוי של מאפיין גזענות וסמני גנים נפוצים (נתונים שאינם מוצגים)8,9,10. hDPSCs הושרו לקראת אנדודרם סופי, אנדודרם הלבלב, אנדוקריני הלבלב, ותאי בטא הלבלב או IPCs (איור 1), בהתאמה7. כדי לגרום לתאים, גישת אינדוקציה בת שלושה שלבים שימשה לפרוטוקול עמוד השדרה. פרוטוקול זה נקרא פרוטוקול לא אינטגרטיבי. במקרה של פרוטוקול אינטגרטיבי, גורם שעתוק הלבלב החיוני, PDX1, התבטא יתר על המידה ב- hDPSCs ואחריו אינדוקציה של PDX1 בלחץ יתר ב- hDPSCs באמצעות פרוטוקול בידול של שלושה שלבים. ההבדל בין פרוטוקול לא אינטגרטיבי ואינטגרטיבי הוא ביטוי יתר של PDX1 בפרוטוקול אינטגרטיבי ולא בפרוטוקול הלא-אינטגרטיבי. ההבחנה בלבלב הושוותה בין הפרוטוקולים האינטגרטיביים והלא אינטגרטיביים במחקר זה.
עבודה זו בוצעה בהתאם להצהרת הלסינקי ואושרה על ידי ועדת האתיקה לחקר האדם, הפקולטה לרפואת שיניים, אוניברסיטת צ'ולאלונגקורן. DPSCs אנושי (hDPSCs) היו מבודדים מרקמות עיסת שיניים אנושיות שחולצו הן premolars והן שיניים שיניים עקב בעיות שיני בינה. הסכמה מדעת התקבלה מהמטופלים על פי פרוטוקול מאושר (HREC-DCU 2018/054).
1. פרוטוקול אינדוקציה אינדוקטיבי
2. פרוטוקול אינדוקציה לא אינטגרטיבי
הערה: הפרוטוקול הלא-אינטגרטיבי הוא פרוטוקול עמוד השדרה להעברת ה- IPCs עם תהליך האינדוקציה בן שלושת השלבים כגישת אינדוקציה מיקרו-ויראלית8,9.
במאמר זה הושוו התוצאות של שני פרוטוקולי האינדוקציה. הדיאגרמות של שני פרוטוקולי האינדוקציה מודגמות באיור 2A, C. בשני הפרוטוקולים, ההערכה בוצעה תחת מיקרוסקופ אור, ותמונות נותחו עם ImageJ. hDPSCs הצליחו ליצור מבנים דמויי מושבה מהיום הראשון של אינדוקציה בשני פרוטוקולי האינדוקציה. המורפולוגיה של המושבה הייתה עגולה וצפופה, וכל המושבות צפו בכלי התרבות לאורך כל תקופת האינדוקציה(איורים 2B,D). כמו כן נקבעה ספירת המושבות הכוללת של שני הפרוטוקולים; התוצאה הראתה כי ספירת המושבות הכוללת במקרה של פרוטוקול אינדוקציה אינדוקטיבי הייתה מעט גבוהה יותר בהשוואה לפרוטוקול האינדוקציה הלא-אינטגרטיבי (איור 2E). עם זאת, ההבדל לא היה מובהק סטטיסטית. יתר על כן, התפלגות גודל המושבה בשני פרוטוקולי האינדוקציה הוערכה גם היא (איור 2F). על פי התוצאות שלנו, מושבות קטנות עד בינוניות נוצרו על אינדוקציה אינטגרטיבית, אשר היה חשוב להפחתת הליבה הנמק בתוך המושבה.
ניתוח סמן גנים הלבלב נערך באמצעות RT-qPCR על פי הפרסום האחרון שלנו10. מידע על רשימת הפריימרים המשמשים במחקר זה נכלל בטבלה 1. ערך ה- mRNA הוצג כביטוי mRNA יחסי על-ידי נרמול ל- RNA ריבוזומלי של 18S והפקד באמצעות הנוסחה של 2(-ΔΔCt). תוצאות מחקר זה גילו כי פרוטוקול האינדוקציה האינטגרטיבי הניב מושבות עם ביטוי גבוה של סמני לבלב מאוחרים, כולל ISL-1, MAF-A, GLUT-2, אינסולין, ו- GLP-1R (איור 3), מה שמרמז על בידול של hDPSCs ל- IPCs. ההערכה התפקודית של hDPSC-IPCs תוארה גם היא (איור 4) במחקר זה. הפרשת C-פפטיד מגרה גלוקוז8,9 בדיקת הועסקה באמצעות ערכת ELISA. התוצאות הראו כי פרוטוקולי האינדוקציה האינטגרטיביים והלא אינטגרטיביים הניבו מושבות שהצליחו להפריש C-פפטיד.
איור 1: דיאגרמה של בידול MSC כלפי IPCs. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 2:מורפולוגיה, ספירת מושבות כוללת והתפלגות גודל המושבה של IPCs באמצעות שני פרוטוקולים שונים. דיאגרמה של הפרוטוקול האינטגרטיבי על ידי ביטוי יתר של גורם תמלול חיוני, PDX1, ואחריו פרוטוקול אינדוקציה תלת תלול (A). מורפולוגיה של hDPSCs transfected בכל שלב של אינדוקציה (B). דיאגרמה של לא אינטגרטיבית כפרוטוקול עמוד שדרה (C). מורפולוגיה של hDPSC-IPCs באמצעות הפרוטוקול הלא אינטגרטיבי (D). התפלגות גודל המושבה הכוללת (E) וגודל המושבה (F) של שני פרוטוקולים שונים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 3: ניתוח ביטוי גנים בלבלב של hDPSC-IPCs שהתקבל משני פרוטוקולים שונים. ביטוי ה- mRNA של אנדודרם הלבלב (PDX1 ו- NGN-3) (A), סמני אי הלבלב (ISL-1, MAF-A, GLUT-2 ו- INSULIN) (B), וסמן הקשור ללבלב (GLP-1R) (C) נותח. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 4: ניתוח פונקציונלי של hDPSC-IPCs שהתקבל משני פרוטוקולים שונים. הפרשת C-פפטיד בכל פרוטוקול אינדוקציה, פרוטוקולים אינטגרטיביים (A) ולא אינטגרטיביים (B), נקבעו על ידי בדיקת הפרשת C-פפטיד מגורה גלוקוז (GSCS). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור משלים 1: ניתוח PDX1 mRNA לאחר התמרה PDX1. מוצג ניתוח ביטוי PDX1 mRNA לאחר 48 שעות של התמלת PDX1 ב- MOI 20 ב- hDPSCs מוצג. נא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
גנים | מספר גישה | פריימר קדמי | אורך | Tm | |
פריימר הפוך | (bp) | (°C) | |||
PDX-1 | NM_000209.4 | 5' – AAGCTCACGTGGAAAGG – 3' | 145 | 57.89 | |
5' – GGCCGTGATGTACTTGTTG – 3' | 52.38 | ||||
NGN-3 | NM_020999.3 | 5' – CggTAGAAAGGATGACGCCT – 3' | 138 | 59.54 | |
5' – GGTCACTTCGTCTTCCGAGG – 3' | 60.11 | ||||
ISL-1 | NM_002202.2 | 5' – TCCCTATGTGTTGGTTGCGG - 3' | 200 | 60.32 | |
5' – TTGGCGCATTTGATCCCGTA – 3' | 60.39 | ||||
MAF-A | NM_201589.3 | 5' – GCACATTCTGGAGAGCGAGA – 3' | 102 | 59.83 | |
5' – TTCTCTTTGTACAGGTCCCG – 3' | 58.74 | ||||
גלוט-2 | NM_000340.1 | 5' – GGTTTGTAACTTATGCCTAAG – 3' | 211 | 52.25 | |
5' – GCCTAGTTATGCATTGCAG – 3' | 54.24 | ||||
אינסולין | NM_000207.2 | 5' – CCGCAGCCTTTGTGAACCACA – 3' | 215 | 64.34 | |
5' – TTCCACAATGCCACGCTTCTGC – 3' | 64.45 | ||||
GLP-1R | NM_002062.4 | 5' – TCGCTGTGAAAATGAGGAGGA – 3' | 189 | 59.38 | |
5' – TCACTCCCGCTCTGTTTTTG – 3' | 60.25 | ||||
שנות ה-18 | NR_003286.2 | 5' – GTGATGCCCTTAGATGTCC – 3' | 233 | 55.04 | |
5' – CCATCCAATCGGTAGTAGC – 3' | 54.86 |
טבלה 1: מידע פריימר.
השגת ייצור IPCs גבוה יותר מ- MSCs ממלאת תפקיד חיוני בטיפול בסוכרת. השלבים הקריטיים של הפרוטוקול האינטגרטיבי מסתמכים על איכות התאים שישמשו להעברתם ולאיכות התאים המועברים. דרישות תאים מסוימות שיש לבדוק עבור טרנסולציה מוצלחת מבטיחות את תקינות התא, ניהול בנקאות התאים והתאים נמצאים במצב פעיל במיטוטי. יתר על כן, ניטור הכדאיות של תאים transduced גם ממלא תפקיד חשוב. טרנסדוקציה פחות מוצלחת נגרמת על ידי הכדאיות הירודה של התאים מגורה12. עבור הפרוטוקולים הלא אינטגרטיביים, המראה המורפולוגי והמושבות הצפות צריכות להיות מושגות מכיוון שהן קשורות להבשלת בידול הלבלב9.
במונחים של שינוי ופתרון בעיות של הטכניקה עבור פרוטוקול אינדוקציה אינדוקטיבי, תאים בריאים ואיכותיים ניתן להשיג באמצעות תאים במעברים 3-5 ו 70%-80% מפגש, בעוד איכות התאים transduced יש לפקח על ידי בדיקה שגרתית של איכות התאים מגורה לפני המעבר לשלב הבא. ממצא זה נמצא בקורלציה עם מחקר קודם שהזכיר כי מספר גורמים המשפיעים על היעילות של התמרה מסתמכים על בריאות התא, מפגש התאים ומספר המעברים13. במחקר זה, הפרוטוקול הלא אינטגרטיבי עם תהליך אינדוקציה של שלושה שלבים עדיין מתמודד עם מגבלות, בעיקר לגבי גודל המושבה ויצירת מספר המושבה. תוצאה זו עולה בקנה אחד עם המחקר הקודם שלנו8,9. כדי להתגבר על בעיה זו, אנו מציעים לבדוק את איכות התאים, כמו גם את איכות כלי התרבות ההתקשרות הנמוכה.
המגבלה של טכניקה זו היא המורכבות של פרוטוקול האינדוקציה האינטגרטיבית, שנבעה משימוש בשתי פלטפורמות רצופות שונות. יתר על כן, MOI גבוה יותר אינו מרמז על יעילות גבוהה יותר של transduction. במחקר דומה באמצעות התמרה lentivirus, MOI גבוה יותר לא יכול להשיג יעילות transduction טובה יותר. המחברים מציעים להשתמש אדג'ובנט כגון פרוטמין סולפט14. המגבלות של שימוש בפרוטוקולים שאינם אינטגרטיביים קשורות לנושאים טכניים כגון טכניקות הטיפול לייצור וקציר של המושבה וגדלים שונים ומבנים מורפולוגיים של IPCs המיוצרים.
גורם התמלול החיוני, PDX1, היה משמעותי, ובכך היה בעל תפקיד פוטנציאלי במחויבות של אינדוקציה MSC כלפי IPCs בוגר15,16,17,18. השינוי של פרוטוקול עמוד השדרה באמצעות PDX1- overexpressed hDPSCs ואחריו פרוטוקול אינדוקציה של שלושה שלבים כוון בעיקר לייצור מוצלח בתפוקה גבוהה של IPCs בוגרים ופונקציונליים19,20,21. הממצאים של פרוטוקול זה שיקפו כי אינדוקציה MSC כלפי IPCs בוגרים נדרש ביטוי טרום אנדודרמי של PDX19. ההערכה המורפולוגית הראתה כי המבנה 3D שאינו מצורף של מושבות ניתן להשיג בשני הפרוטוקולים באמצעות כלי התקשרות נמוכה. מבנה זה היה חשוב להשגת ההתבגרות של בידול הלבלב7,9,22,23. בנוסף, על פי הערכת גודל המושבה, הפרוטוקול האינטגרטיבי הביא למגמה חיובית של מספר המושבה הכולל וייצור מושבה קטן עד בינוני, אשר יכול למנוע ליבה נמקית של המושבה. לכן, זה יהיה מועיל להשתלה נוספת7,19,21,24,25. עלייה של סמני גן הלבלב בשלב מאוחר (ISL-1, MAF-A, GLUT-2, אינסולין, ו- GLP-1R) נצפתה בפרוטוקול זה. סמני הגן הלבלב בשלב מאוחר בפרוטוקול האינדוקציה האינטגרטיבית היו גבוהים יותר בהשוואה לפרוטוקול עמוד השדרה. התגלה כי ביטוי יתר של PDX1 הגדיל את מספר אבות הלבלב, כלומר, תוצאה טובה יותר מבחינת ההתקדמות של התפתחות הלבלב באמצע עד מאוחר ניתן להשיג19,26,27,28. יתר על כן, כדי להבהיר את הפונקציה של IPCs, בדיקת GSCS בוצעה. h hDPSC-IPCs שהופקו משני הפרוטוקולים הפרש C-פפטיד, דבר המצביע על המושבות הפעילות מבחינה תפקודית.
כדי לסכם את היישומים העתידיים של הטכניקה המשמשת במחקר זה, שני פרוטוקולי אינדוקציה הלבלב הצליחו ליצור את IPCs במבחנה. במונחים של ספירת המושבות הכוללת, ייצור מושבה קטנה עד בינונית, וביטוי סמן הלבלב, הפרוטוקול האינטגרטיבי הראה מגמה מועילה להיווצרות IPC, ותומך ביישום MSC נוסף בטיפולי סוכרת מבוססי תאי גזע לפרקטיקות אנושיות ווטרינריות7,29,30,31,32.
למחברים אין מה לחשוף.
SK, WR, ו- QDL נתמכו על ידי תא גזע וטרינרי ויחידת המחקר הביו-הנדסה, קרן הקרן להנדסה של Ratchadaphiseomphot, אוניברסיטת צ'ולאלונגקורן. TO ו- PP נתמכו על ידי קידום אקדמי Chulalongkorn לתוך פרויקט המאההשנייה שלה. מדעי מדעי המוח נתמכו על ידי מענק תמיכה במחקר של הפקולטה למדעי הווטרינריה, קידום אקדמי Chulalongkorn לתוך פרויקט המאה השנייה שלה, תאי גזע וטרינריים ויחידת מחקרביו-הנדסה, קרן קרן ראטצ'אדאפיססומפוט, אוניברסיטת צ'ולאלונגקורן וקרן המחקר הממשלתית.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Cell Culture | |||
Antibiotic-Antimycotic | Thermo Fisher Scientific Corporation, USA | 15240062 | |
Corning® 60 mm TC-treated Culture Dish | Corning® | 430166 | |
Dulbecco’s Modified Eagle Medium (DMEM) | Thermo Fisher Scientific Corporation | 12800017 | |
Fetal bovine serum (FBS) | Thermo Fisher Scientific Corporation | 10270106 | |
GlutaMAX™ | Thermo Fisher Scientific Corporation | 35050061 | |
Phosphate buffered saline (PBS) powder, pH 7.4 | Sigma-Aldrich | P3813-10PAK | One pack is used for preparing 1 L of PBS solution with sterile DDI |
Trypsin-EDTA (0.25%) | Thermo Fisher Scientific Corporation | 25200072 | |
Lentiviral Vector Carrying PDX1 Preparation | |||
Amicon® Ultra-15 Centrifugal Filter | Merck Millipore, USA | UFC910024 | |
Human pWPT-PDX1 plasmid | Addgene | 12256 | Gift from Didier Trono; http://n2t.net/addgene:12256; RRID: Addgene_12256 |
Millex-HV Syringe Filter Unit, 0.45 µm | Merck Millipore | SLHV033RB | |
pMD2.G plasmid | Addgene | 12259 | Gift from Didier Trono; http://n2t.net/addgene:12259; RRID: Addgene_12259 |
Polybrene Infection / Transfection Reagent | Merck Millipore | TR-1003-G | |
psPAX2 plasmid | Addgene | 12260 | Gift from Didier Trono; http://n2t.net/addgene:12260; RRID: Addgene_12260 |
Three-step Induction Protocol | |||
Activin A Recombinant Human Protein | Merck Millipore | GF300 | |
Beta-mercaptoethanol | Thermo Fisher Scientific Corporation | 21985-023 | |
Bovine serum albumin (BSA, Cohn fraction V, fatty acid free) | Sigma-Aldrich | A6003 | |
Glucagon-like peptide (GLP)-1 | Sigma-Aldrich | G3265 | |
Insulin-Transferrin-Selenium (ITS) | Invitrogen | 41400-045 | |
Nicotinamide | Sigma-Aldrich | N0636 | |
Non-Essential Amino Acids (NEAAs) | Thermo Fisher Scientific Corporation | 11140-050 | |
Non-treated cell culture dish, 60mm | Eppendorf | 30701011 | |
Sodium butyrate | Sigma-Aldrich | B5887 | |
Taurine | Sigma-Aldrich | T0625 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved