小鼠iPSCs诱导分化为胰岛素分泌细胞及治疗糖尿病的实验研究

 目的: 利用3步法诱导方案,使小鼠诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSCs)分化为胰岛素分泌细胞(insulin-producing cells,IPCs),观察诱导效率和成熟度,并观察其对糖尿病小鼠治疗效果。方法: 本实验室通过piggyBac转座子将C57/C雄性小鼠来源胚胎成纤维细胞(mouse embryonic fibroblasts,MEFs)构建为小鼠iPSCs,利用3步法诱导方案分化为IPCs,观察细胞分化过程中的形态变化;RT-PCR和免疫荧光检测其胰岛β细胞发育相关基因和蛋白的表达;流式细胞术分析分化效率;葡萄糖刺激实验检测胰岛素和C肽分泌水平。将IPCs移植入C57/C雄性糖尿病小鼠模型左肾包膜下,监测血糖和血清中胰岛素含量28 d,观察逆转高糖血症的效果。结果: 建立的3步诱导方案可以将小鼠iPSCs诱导分化为IPCs,其表达胰岛β细胞的标志性基因(Pdx1、Ngn3、Pax6和Ins2)和蛋白(Pdx1、Nkx6.1和胰岛素),在葡萄糖刺激下可分泌胰岛素和C肽。流式细胞术结果表明诱导分化的效率达28%。移植后3 d糖尿病小鼠血糖即降低至接近正常水平,血清胰岛素含量明显升高,对葡萄糖的调控能力明显增强。病理学观察IPCs细胞移植28 d后仍存活。结论: 建立的3步诱导法可将iPSCs高效定向诱导分化为IPCs,明显缩短了诱导分化的时间,移植至近交系同性别小鼠体内可逆转糖尿病的高糖血症。     

可利用小鼠诱导多能干细胞的建立及鉴定

目的 建立小鼠诱导多能性干细胞(iPSCs)模型,为干细胞和iPSCs研究提供可利用资源。 方法 取C57BL/6J小鼠12.5d的胚胎成纤维细胞,感染含有Sox2、Oct4、Klf4和c-Myc的慢病毒进行重编程。病毒感染后12d挑取iPSCs的克隆进行扩大培养,进行碱性磷酸酶染色鉴定。体外悬滴培养检测拟胚体（EB）的形成,并皮下接种BABL/c裸鼠检测畸胎瘤形成。全反式维甲酸诱导iPSCs克隆株定向分化。PCR法进行种属鉴定并检测支原体。 结果 得到了12个碱性磷酸酶阳性的小鼠iPSCs克隆株,体外可以形成拟胚体,其中9个克隆株可以在BALB/c裸鼠体内形成畸胎瘤。全反式维甲酸可诱导iPSCs定向分化为平滑肌细胞。iPSCs克隆株种属鉴定为鼠源性,无支原体的污染,细胞资源中心入库保藏。结论 成功建立了小鼠iPSCs模型,为干细胞、iPSCs重编程机制及定向分化研究提供可利用的资源。     

诱导多能干细胞建系过程中关键转录因子的作用

通过添加OCT4、SOX2等转录因子,体外诱导细胞重编程获得诱导多能干细胞是近年干细胞领域的一大突破.OCT4、SOX2和NANOG等转录因子在启动细胞重编程、维持诱导多能干细胞多能性和决定其是否走向分化方面起了关键作用.对这些转录因子作用机制的了解,有助于细胞莺编程分子机制的进一步阐明.     

小鼠来源诱导多能干细胞定向分化为神经元的体外实验研究*

 目的： 探讨源于小鼠的诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells, iPSCs）体外定向分化为神经元的方法,为大量稳定地获得神经元及提供种子细胞治疗脊髓损伤奠定体外实验基础。方法: 源于小鼠的iPSCs在不同的诱导培养基中经悬浮、贴壁、再悬浮和再贴壁培养。免疫荧光检测iPSCs多能性标志物、神经干细胞及其分化细胞标志物的表达。RT-PCR检测神经元及胶质细胞基因表达并行神经元基因测序鉴定,流式细胞术检测iPSCs定向分化为神经干细胞及进一步分化为神经元的比例。结果: 源于小鼠的iPSCs表达干细胞多能性标志物Sox2、Oct4和SSEA1。悬浮培养可以形成类球形拟胚体;经诱导及机械分离后的细胞可形成神经球,神经球经诱导后可分化为神经元。免疫荧光显示iPSCs可诱导出表达nestin的神经球,贴壁培养的神经球可分化为分别表达微管相关蛋白2（MAP-2）、胶质细胞原纤维酸性蛋白（GFAP）及髓磷脂碱性蛋白(MBP)的神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞。RT-PCR及基因鉴定结果显示形成小鼠神经元;流式细胞术检测结果显示分化细胞中神经干细胞和神经元的比例分别为63.93%±1.47%和21.40%±1.70%。结论: 源于小鼠的诱导多能干细胞能够稳定地在体外定向分化为神经元,为脊髓损伤的治疗提供了一个可靠的细胞来源。     

卵巢早衰患者来源的诱导多能干细胞的建系、鉴定及诱导分化

 目的: 建立和鉴定卵巢早衰(又称原发性卵巢功能不全,primary ovarian insufficiency,POI)患者来源的诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSCs),研究其向原始生殖细胞分化的潜能。方法: 将表达Oct4、Sox2、c-Myc、Klf4和Lin28基因的pEB-C5和表达SV40 T抗原的pEB-Tg质粒转染POI患者的外周血单个核细胞,将其重编程为iPSCs并检测其干细胞多能性特性。添加转化生长因子β1(transfroming growth factor-β1,TGF-β1)和骨形态发生蛋白 4(bone morphogenetic protein 4,BMP4)后,应用real-time PCR和 Western blot方法分别检测原始生殖细胞标志物的mRNA及蛋白表达水平。结果: 通过碱性磷酸酶染色、细胞免疫荧光、拟胚体及畸胎瘤形成检测,证明了POI患者外周血来源的iPSCs可成功向3胚层细胞分化并保持多能性。添加TGF-β1和BMP4后,诱导组原始生殖细胞特异性标志物干细胞生长因子受体(stem cell growth factor receptor, c-Kit)、发育多能性相关蛋白 3 (developmental pluripotency-associated 3,STELLA/DPPA3)和DEAD盒多肽 4(DEAD box polypeptide 4,VASA/DDX4)的mRNA水平明显升高(P<0.05),VASA/DDX4蛋白表达水平亦明显增加(P<0.05)。结论: POI患者外周血单个核细胞在体外可被成功诱导成无外源性基因整合的iPSCs,并且具有多能分化特性,添加TGF-β1和BMP4后可向原始生殖细胞分化。     

梗阻性和非梗阻性无精子症患者睾丸组织来源iPSCs系的建立

目的利用梗阻性无精子症(OA)和非梗阻性无精子症(NOA)患者的睾丸组织建立诱导性多能干细胞(iPSCs)系,比较两者建系过程有无差别。方法分别取3例OA患者和特发性NOA患者5～6 mm~3的睾丸组织,组织块培养方法进行原代培养,传至3～4代转染仙台病毒,待细胞增殖满后转移至饲养层细胞上继续培养,第21～22天挑取克隆,建立iPSCs系并进行多能性和分化能力的鉴定。结果两株iPSCs系均成功建立,建系过程无明显差异,碱性磷酸酶(AP)染色均为阳性;八聚体结合转录因子4(OCT4)、性别决定基因相关蛋白2(SOX2)、阶段特异性胚胎抗原-4(SSEA-4)、肿瘤排斥抗原-1-60(TRA-1-60)的免疫荧光染色均为阳性;小鼠体内的畸胎瘤实验也表明获得的两株iPSCs系具有向3个胚层分化的潜能。结论利用仙台病毒非基因整合方法,OA患者和特发性NOA患者的睾丸组织均能建立iPSCs系。     

MT1-MMP 基因敲除细胞的诱导多能干细胞系的构建

目的: 观察野生型鼠和膜1型基质金属蛋白酶( MT1-MMP )基因敲除鼠的成纤维细胞重新编程为诱导多能干细胞(iPSCs)后,其细胞特性是否具有胚胎干细胞(ESCs)相似的潜能。方法: 利用逆转录病毒介导 Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4 四种基因,转染到野生型鼠和 MT1-MMP 基因敲除鼠的成纤维细胞中。iPSCs克隆形成后,用免疫细胞化学检测ESCs特异性标志的表达情况。体外将iPSCs通过"悬滴法"向内皮细胞和心肌细胞分化,以检测其分化能力。结果: 转染野生型鼠和 MT1-MMP 基因敲除鼠的成纤维细胞2周后,可见ESCs样克隆开始形成。iPSCs明显表达ESCs特异性标志物碱性磷酸酶(AP)、阶段特异性胚胎抗原-1(SSEA-1)和八聚体结合转录因子3/4(OCT3/4)。诱导分化的内皮细胞表达早期内皮标志物Flk-1/KDR;诱导分化的心肌细胞出现跳动,表达心肌标志物肌钙蛋白I。结论: 野生型鼠和 MT1-MMP 基因敲除鼠的成纤维细胞可被重新编程为iPSCs,iPSCs具有ESCs的特征及增殖分化能力,因此可能为再生医学的研究和临床上进行细胞移植治疗提供理想的种子细胞来源。     

人包皮成纤维细胞来源的多能性干细胞的建立

目的 探讨人包皮成纤维细胞重编程为诱导多能性干细胞(iPSCs)的方法.方法 利用反转录病毒携带绿色荧光蛋白(GFP)作为指示,转导到人包皮成纤维细胞中,确定最佳的病毒感染剂量,应用经典的Yamanaka方法,联合小分子物质组蛋白去乙酰化酶抑制剂丙戊酸盐( VPA)诱导人包皮成纤维细胞为多能性干细胞.通过碱性磷酸酶(AKP)染色及免疫荧光细胞化学方法,检测人胚胎干细胞多能性标记物在所建立的诱导多能性干细胞(iPSCs)中的表达,RT-PCR检测拟胚体(EB)三胚层特异基因的表达.结果 以GFP作为指示,建立了高效的反转录病毒感染体系,将人包皮成纤维细胞重编程为iPSCs;所建立的iPSCsAKP染色阳性,表达人胚胎干细胞多能性标记物OCT4、TRA-1-60和TRA-1-81,体外诱导分化后具有三胚层特异基因的表达;小分子物质VPA的添加并未显著提高重编程效率.结论 在GFP所指示的最佳病毒感染剂量下,联合小分子物质VPA成功建立了人包皮成纤维细胞来源的iPSCs.     

OCT4异构体在人胚胎干细胞和间充质干细胞中的表达

目的比较OCT4异构体(OCT4A、OCT4B、OCT4B1)及其调控因子在人胚胎干细胞(hESC)和人间充质干细胞(hMSC)中的表达。方法利用RT-PCR、免疫荧光染色、流式细胞分析及体内/外分化实验,鉴定hESC及hMSC的生物学特性;应用real-time PCR、Western blot和流式细胞分析比较OCT4异构体及其转录因子NANOG,SOX2和mRNA结合蛋白LIN28在hESC及hMSC中的表达水平。结果 OCT4异构体mRNA在hESC和hMSC中均有表达,在hESC中的表达显著高于在hMSC中,并以OCT4A的差别最为显著(P0.01);在蛋白水平,hESC表达OCT4A和OCT4B-256aa,hMSC不表达OCT4异构体蛋白。hESC高表达OCT4的调控因子NANOG、SOX2和LIN28;hMSC低表达SOX2,不表达NANOG和LIN28。结论 NANOG、SOX2和LIN28调控OCT4的表达,OCT4异构体在hESC和hMSC中的表达差异提示其可能是不同发育阶段干细胞自我更新和分化潜能等方面差别的主要因素之一。     

胚胎干细胞R1诱导成胰岛素分泌细胞团的研究

目的 建立体外培养和扩增胚胎干细胞R1(ES-R1)的最佳条件;利用多种生长因子,优化培养条件,体外定向诱导ES-R1分化为胰岛素分泌细胞(IPCs).方法 以丝裂霉索-C处理的MEF为饲养层,培养液中加白血病抑制因子(LIF),ES-R1维持未分化状态并扩增,进行碱性磷酸酶染色.胚胎干细胞(ESCs)悬浮培养制成拟胚体(EBs),对培养至第4d的EBs开始定向诱导,依次加入无血清的ITS培养液,胰岛前体细胞增殖培养液和胰岛分化培养液,每种培养液内各培养6d,获得形态功能较成熟的IPCs.采用DTZ染色、免疫荧光染色、胰岛素刺激实验等方法对IPCs进行检测.结果 ESCs在饲养层细胞上呈克隆状生长,经碱性磷酸酶染色为阳性;EBs经3种诱导液诱导成三维立体的IPCs,IPCs被DTZ染成猩红色,胰岛素和胰高血糖素阳性表达,胰岛素刺激实验阳性.结论 ES-R1在体外培养时,用MEF做饲养层,培养液中添加一定浓度的LIF,可以最好地保持未分化状态并大量增殖.用分阶段添加不同生长因子的方法诱导ES-R1定向分化生成的IPCs在形态和功能上具有胰岛的特性.     

以4种基因诱导产前诊断绒毛细胞建立诱导性多能干细胞

背景：诱导性多能干细胞因具有多能性特征,可以诱导分化为特定的细胞,包括神经细胞、造血细胞等。 目的：建立产前诊断绒毛细胞来源的诱导性多能干细胞。 方法：运用反转录病毒介导4种基因hOct4、hSox2、hc-Myc、hKlf4诱导产前诊断绒毛细胞,对建立的诱导性多能干细胞进行多能性、体内外分化能力、核型等鉴定。 结果与结论：建立的诱导性多能干细胞能维持自我更新状态,在蛋白和mRNA水平上高表达全能性的标志基因,具有体内、外分化潜能;在体外长期培养能维持正常核型。说明4种全能性基因转入绒毛细胞可获得具有多能性的诱导性多能干细胞,这为胎儿的细胞自体移植治疗提供理想来源,为产前诊断疾病机制研究提供很好的细胞模型。     

应用双胎羊水多能干细胞建立诱导分化的内对照模型

目的 快速重编程羊水细胞为多能干细胞,建立诱导分化研究的内对照模型.方法 应用逆转录病毒介导4种基因(Oct4、Sox2、c-Myc、Klf4)诱导双胎羊水细胞,筛选羊水诱导性多能干细胞(human amniotic fluid-derived cells induced pluripotent stem cells,hAFDCs-iPSCs),对其进行多能性、体内外分化能力、核型等鉴定.结果 双胎hAFDC-iPSCs能维持自我更新状态,在蛋白和mRNA水平上高表达全能性的标志基因,具有体内外分化潜能,在体外长期培养能维持正常核型.结论 双胎hAFDCs-iPSCs遗传背景相一致,可以为iPSCs的诱导分化研究提供很好的内对照模型,并为胎儿的细胞自体移植治疗提供理想来源.     

建立并鉴定一种基于人诱导多能干细胞的肝脏细胞定向分化实验方案北大核心

背景:人诱导多能干细胞是一种与胚胎干细胞特性高度类似的多能干细胞类型,具备三胚层分化潜能和持续自我更新能力。将人诱导多能干细胞定向分化成具备功能的肝脏细胞对临床肝脏替代治疗意义重大。目的:建立一种高效的基于人诱导多能干细胞的肝脏细胞定向分化实验方案。方法:利用明场显微镜、免疫荧光对人诱导多能干细胞特性进行鉴定。通过转录因子重组蛋白手段时序性调控不同信号通路,即在第0,5,10,15天顺序加入激活素A、成纤维细胞生长因子4/骨形态发生蛋白4、肝细胞生长因子、肿瘤抑制因子M,使多能干细胞经历终末内皮层、肝内胚层、肝母细胞(肝脏前体细胞)最终分化成为有功能的肝脏细胞。利用明场显微镜、实时定量PCR(qPCR)、ELISA动态观察不同阶段形态特征和分子标记物。结果与结论:①所使用的人诱导多能干细胞具备经典的诱导多能干细胞形态特征并且高表达诱导多能干细胞特异标记蛋白(SSEA4、SOX2、OCT4);②人诱导多能干细胞发生了终末内胚层、幼稚肝细胞、肝脏细胞不同阶段形态转变;③qPCR结果显示,随着肝细胞分化进展,诱导多能干细胞特异标记物(OCT4)显著下调,终末内胚层(GCS、CXCR4)和肝脏内胚层标记物(HNF4α、HNF1β)则呈现先升高再下调趋势,而肝脏细胞标记物(CYP34A、ALB)则呈现出逐渐递增趋势;④ELISA结果进一步显示,诱导15 d以后的肝脏细胞开始具备肝特异蛋白(白蛋白、尿素)分泌功能,并且随着时间延长其分泌功能进一步增加;⑤上述结果提示,成功建立人诱导多能干细胞向肝脏细胞定向分化的实验方案,为未来临床肝脏细胞替代治疗提供实验基础。     

不同分化阶段诱导性多能干细胞移植实验研究进展

诱导性多能干细胞（iPSCs）是由动物体细胞重编程得到的具有胚胎干细胞特性的全能干细胞。近年来,随着多能干细胞诱导技术的不断优化以及体外分化技术的飞速发展,多种分化状态的多能干细胞被用于移植实验。我们结合最新研究进展,阐述各种分化阶段诱导性多能干细胞用于动物移植治疗的优缺点,以及最新移植方法所存在的问题。     

把人体皮肤成纤维细胞重编程为干细胞

近年来,关于人体干细胞的研究,特别是将已分化细胞(如人皮肤的成纤维细胞)转化成人体胚胎干细胞的研究取得了突破性进展。在反转录因子OCT3/4、SOX2、C-MYC和KLF4的作用下,人皮肤的成纤维细胞可以转变为多能干细胞,具备了多种干细胞的能力,有望在多种疾病的机制研究和治疗中发挥重要的作用。本文将对这项最新的研究成果进行介绍。     

诱导多能干细胞或能调节受体机体移植组织的免疫排斥反应

据Otsuka R 2020年2月11日(Sci Rep,2020,10(1):224.doi.org/10.1038/s41598-019-57088-1)报道,日本北海道大学的科研人员利用诱导多能干细胞(iPSCs)调节机体对移植器官的免疫反应。研究发现,衍生自小鼠iPSCs的胸腺上皮细胞能调节机体对皮肤移植物的免疫反应,并延长移植物的寿命。胸腺位于胸骨后,是产生T细胞的重要器官之一,T细胞能够控制机体免疫反应,包括器官免疫排斥等,同时还与免疫自身耐受性直接相关;其还能作为机体免疫系统的重要成员,将机体自身产生的抗原视为非危险物质。诸如胚胎干细胞和iPSCs等多能干细胞能够分化为多种类型的细胞,其通常能作为机体组织移植的替代来源,但当移植供体器官或组织时,移植物就会被排斥,并最终被受体免疫系统破坏,对于多能干细胞衍生的细胞或组织而言也是如此。因此,在再生医学中,最重要的就是成功调节宿主对移植物的免疫反应。     

质粒重编程诱导多潜能干细胞及定向分化神经干细胞

目的 　探讨游离质粒载体重编程诱导小鼠胚胎成纤维细胞(mouse embryonic fibroblasts, MEFs)为非整合型诱导多潜能干细胞,并在体外定向分化为神经干细胞(neural stem cells, NSCs), 为神经干细胞移植治疗神经损伤提供稳定、安全的细胞来源。 方法　使用电转仪将质粒pEP4-EO2S-ET2K转入小鼠MEFs, 经诱导培养重编程为诱导多潜能干细胞(induced pluripotent stem cells, iPSCs), iPSCs在不同诱导培养基中经2次悬浮及贴壁培养分化为NSCs,在体内及体外实验鉴定iPSCs多向分化潜能特性及NSCs特性。 结果　体内外实验显示iPSCs具有与胚胎干细胞(embryonic stem cells, ESCs)相似的多向分化潜能, 且不整合外源性基因。iPSCs进一步分化的NSCs其相关标志基因表达与野生型NSCs相近,且较iPSCs显著增加,免疫荧光显示NSCs高表达NSC标志物 NESTIN及PAX6,在体外存活能分化为神经元、少突胶质细胞及星形胶质细胞。 结论　游离质粒能重编程诱导非整合型iPSCs, 并定向分化为神经干细胞及神经元, 是神经损伤修复的理想种子细胞。     

体外应用大鼠胰腺提取物诱导小鼠间充质干细胞分化为胰岛素产生细胞

目的 探讨大鼠胰腺提取物(RPE)是否可以使小鼠骨髓间充质干细胞(BMMSCs)分化为胰岛素产生细胞(IPCs),以及小鼠BMMSCs的分化条件,为糖尿病的干细胞治疗提供新的方法. 方法 传代纯化培养昆明小鼠的骨髓间充质干细胞,应用SD大鼠的RPE诱导分化小鼠BMMSCs为IPCs,首先取18瓶小鼠BMMSCs随机分为6组,每组3瓶,分别加入RPE 10mg/L、20mg/L、30mg/L、40mg/L、50mg/L、100mg/L,筛选出最佳的分化剂量,然后用最佳的分化剂量(50mg/L)分化BMMSCs,免疫酶细胞化学鉴定细胞内胰岛素的表达;双硫腙染色检测胰岛素产生细胞的分化和纯度.放射免疫分析检测C肽片段表达. 结果 50mg/L RPE可以使间充质干细胞分化良好,形态较规则,1周后细胞分化成熟,双硫腙染色呈现猩红色;免疫酶细胞化学和免疫荧光细胞化学显示:胰岛素表达阳性,C肽放射免疫学显示有C肽释放. 结论 RPE可以使小鼠的骨髓间充质干细胞分化为胰岛素产生细胞.     

促红细胞生成素对小鼠诱导多能干细胞源性神经干细胞向功能性神经元样细胞分化的影响

目的:探讨促红细胞生成素体外对小鼠诱导多能干细胞(iPSCs)来源的神经干细胞神经分化的影响。方法:神经干细胞培养基培养诱导iPSCs分化为神经干细胞,设4个浓度加入含促红细胞生成素的培养基,免疫细胞化学荧光鉴定神经元标志物微管相关蛋白2(MAP-2)、神经干细胞标志物巢蛋白的表达。FM 1-43染色技术观察FM 1-43染色颗粒消失的情况。结果:iPSCs在条件培养液的诱导下形成神经干细胞克隆,15 U/ml促红细胞生成素处理后神经干细胞克隆球向神经元方向分化,呈MAP-2阳性细胞。新分化的神经元有大量FM 1-43绿色阳性颗粒。结论:iPSCs体外诱导可获得神经干细胞,促红细胞生成素浓度为15 U/ml时可促进iPSCs源性神经干细胞向功能性的神经元方向分化。     

钠钙交换体启动子促进诱导多能干细胞向心肌细胞转化

背景：诱导多能干细胞治疗缺血性心脏病被认为是极具前景的方法,但目前仍未找到一种理想的诱导方式。 目的：探讨钠钙交换体(NCX1)启动子诱导多能干细胞体外分化为心肌细胞的作用。 方法：构建含钠钙交换体1启动子的pLVX-IRES-ZsGreen1慢病毒质粒,使用ViraPowerTM慢病毒包装系统共转染293FT细胞。收集病毒测定病毒滴度后感染小鼠诱导多能干细胞,并使用嘌呤霉素进行筛选。观察胚状体数量以及诱导多能干细胞的分化效率,使用RT-PCR、免疫荧光分析法检测心肌特异标记物。 结果与结论：成功构建了含钠钙交换体1启动子的pLVX-IRES-ZsGreen1慢病毒,感染小鼠诱导多能干细胞后使用流式细胞仪分选NCX1⁺/GFP⁺细胞。与NCX1^-/GFP^-细胞相比,NCX1⁺/GFP⁺细胞在4 d即出现细胞分化和跳动,NCX1+细胞GATA4/MEF2c/Nkx2.5基因表达分别是NCX1-细胞的4.2,7.5,2.5倍,免疫荧光显示CX43和心肌肌钙蛋白I呈阳性表达。结果表明,钠钙交换体1启动子可以促进小鼠诱导多能干细胞向心肌细胞分化。中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞;骨髓干细胞;造血干细胞;脂肪干细胞;肿瘤干细胞;胚胎干细胞;脐带脐血干细胞;干细胞诱导;干细胞分化;组织工程全文链接：