作者贡献 CK、EW 和 WW 设计了猪研究。MK、VZ、NK、BK 和 EW 生成了 DMD 猪并饲养了该群体。LF、AB、KK、RH 和 CK 进行了猪的转导、结构和功能分析。PH、CJ 和 EM 进行了高分辨率电生理映射并分析了数据。TB、KK、RH、IJ、KV、VJ、FAR、SR 和 SK 进行了猪组织的表达测定和组织学分析。,. FG、WW 生成了 intein-split Cas9 和 gRNA,HB、AG、SK、GS 和 FG 对 DNA 样本进行了测序和分析以进行基因组编辑和脱靶研究。TB、TZ 和 AW 生成并饲养了 AAV9 载体。SL、TZ 和 MO 在体外和体内引入了 G2 优化。AS 生成并分析了 dTomato 猪以进行 AAV-Cre 转导。 AM 和 K.-LL 构思并监督了 iPSC 研究,并提供了资金支持。ABM、DS、TH 和 SS 使用 iPSC 及其肌肉衍生物进行了所有实验。BC 生成、表征和分化了 iPSC 系。ABM 生成同源 hDMDΔ51-52 hiPSC。DS、RD 和 TD 分析了数据。TF 和 FF 进行了质谱分析。CMS、AD 和 DS 在心脏切片上进行了体外实验并分析了数据。SK 和 MW 提供了人类患者血液用于重新编程和概念建议。CK 和 AM 撰写了论文。所有作者都对稿件进行了评论和编辑。
摘要:近年来,使用原代T细胞的免疫疗法在某些病理中彻底改变了医疗护理,但是与挑战性细胞基因组版,不足的细胞数量产生,仅使用自体细胞以及缺乏产品标准化有关的局限性限制了其临床使用。通过提供可自我更新的T细胞来源,可以从人类多能干细胞(HPSC)从人多能干细胞(HPSC)产生的T细胞提供巨大的优势,这些源可以很容易地在遗传上进行修饰并促进使用标准化通用的普遍存在的非现成的同种细胞产物和快速临床访问。尽管有潜力,但在进入临床环境之前,必须更好地理解与HPSC区分的T细胞的可行性和功能。在这项研究中,我们从T细胞(T-IPSC)产生了人类诱导的多能干细胞,从而保留已经重新组合的TCR,具有与人类胚胎干细胞(HESC)相同的特性。基于这些细胞,我们通过高效率,造血祖细胞(HPSC)分化了能够自我更新和分化为任何细胞血型的能力,除了DN3A胸腺祖细胞与几个T-IPSC线外。为了更好地理解分化,我们分析了不同细胞类型的转录组亲纤维,并证明与HIPSC分化的HPSC具有与脐带血造血干细胞(HSC)非常相似的pro纤维(HSC)。此外,分化的T细胞祖细胞在胸腺淋巴细胞的DN3A阶段具有类似的胸腺细胞。因此,利用这种方法,我们能够再生治疗性人类T细胞的前体,以便可能治疗多种疾病。
1. 意大利帕维亚大学合成生理学实验室 2. 意大利米兰人类科技城 3. 意大利都灵大学“Guido Tarone”分子生物技术中心 * 通讯作者:francesco.pasqualini@unipv.it;moises.disante@unipv.it 摘要 在活细胞成像中测量细胞结构和功能以及细胞周期进程一直很有挑战性,因为荧光泛素细胞周期指示剂 (FUCCI) 和大多数表型传感器都使用绿色 (GFP) 和红色 (RFP) 荧光蛋白。我们介绍了 CALIPERS,一种用于表型分析实验和再生研究的细胞周期感知活细胞成像方法。CALIPERS 使用一种名为 FUCCIplex 的定制 FUCCI 传感器,该传感器与基于 GFP 和 RFP 的传感器进行光谱多路复用。为了证明 CALIPERS 的广泛应用范围,我们用上皮和人类诱导性多能干细胞多色报告基因系在增殖、迁移、心脏药物检测和再生医学研究中对其进行了验证。正文组学和成像技术的融合为基础科学 1,2 、药物检测 3 和再生医学 4 中的细胞表型的高级评估提供了动力。此外,参考人类诱导性多能干细胞 (hiPSC) 和多谱系分化的强大协议(例如心肌细胞、hiPSC-CM)增强了可重复性 5 ,并将表型分析工作扩展到类器官 6,7 和器官芯片 8,9。然而,细胞周期 (CC) 可能会混淆这些研究,因为随着细胞在分裂后生长(G1 期)、复制其 DNA(S)、在随后的分裂前生长(G2)或分裂(M)10 ,基因表达、形态和行为会发生变化。这在分子表型分析中得到了很好的解决,因为由于同时测量许多 CC 基因/蛋白质 11 ,大多数组学研究都具有 CC 感知能力。然而,基于成像的 CC 感知表型分析具有挑战性。通过对 G1/S/G2/M 标记物进行特定染色,可以使化学固定样品的结构表型分析具有 CC 感知能力 12 。然而,功能表型分析只有通过活细胞成像 13,14 才有可能,目前很难使用标准荧光显微镜同时评估 CC 以及细胞结构和功能。事实上,绿色和红色荧光蛋白 (GFP、RFP) 为荧光泛素细胞周期指标 (FUCCI) 10 和大多数表型传感器 15 提供动力。在这里,我们引入了一个可复用的 FUCCI 传感器 FUCCIplex,并展示了 CC 感知实时成像,用于人类上皮细胞(HaCaT,图 1)和 hiPSC(图 2)中的表型分析实验和再生研究(CALIPERS)。为了创建 FUCCIplex,我们将 fastFUCCI 传感器 16 中的 GFP 和 RFP 替换为 miRFP670(iRFP)和 mTurquoise2(CFP)。因此,FUCCIplex 细胞的细胞核在 G1 中包含 CFP,在 G1-S 过渡期包含 CPF 和 iRFP,在 S/G2/M 期仅包含 iRFP(图 1a)。为了展示 CALIPERS,我们在 HaCaT 细胞中共表达了 FUCCIplex 和肌动蛋白结合肽 RFP-LifeAct 17,并使用 40 小时以上的活细胞荧光成像来追踪细胞在每个 CC 期所花费的时间(图 1b 和补充视频 1 和 2)。我们证实 HaCaT 细胞约 40% 的时间处于 G1 期,其余时间处于 S/G2/M 期,这与使用 FUCCIplex 或 DNA 标记在静态图像和流式细胞术实验中测得的 CC 期占有率一致(图 1c-d 和扩展图 1)。此外,我们开发了一个开源插件,可将 CFP 和 iRFP 强度转换为 FUCCIphase 信号,该信号可追踪 CC 完成百分比并实现 CC 感知的形态和运动分析(图 1e、补充视频 3 和扩展图 2)。
抽象背景:HPSC来源的内皮和造血细胞(ECS和HCS)是组织工程的有趣细胞来源。尽管它们紧密的空间和时间胚胎发育,但当前的HPSC分化方案仅专门用于这些谱系之一。在这项研究中,我们产生了一种可以在两种谱系的体外分化的血红素内皮人群。方法:通过CD144 + - 胚胎体(HPSC-EBS),将两条hESC和一条HIPSC线分化为血红素内皮人群,HPSC-EC和爆炸菌落(HPSC-BC)。HPSC-EC的特征是内皮菌落形成测定,LDL摄取测定,TNF-α的内皮激活,一氧化氮检测和基于基质的管子的形成。造血集落形成细胞分析是从HPSC-BCS进行的。有趣的是,我们确定了以CD144和CD45的表达为特征的HPSC-BC种群。HPSC-EC和HPSC-BC;在小鼠背侧皮肤折室上的缺血性组织损伤模型和造血重建的HPSC-ECS和HPSC-EB-CD144 +的免疫抑制小鼠中,体内实验已通过缺血性组织损伤模型实现。进行转录组分析以确认hESC衍生细胞群体的内皮和造血认同,通过将它们与未分化的hESC进行比较(例如,HPSC-EC与HPSC-EB-CD144 +),并针对人类胚胎肝(EL)内皮,血红蛋白和造血细胞亚群。结果:在无血清条件下进行84小时HPSC-EBS形成后,获得了血红素内皮种群,并根据CD144表达分离。在人间注射HPSC-EB-CD144 +的hPSC-EB-CD144 +有助于免疫缺陷小鼠中CD45 +人类细胞的一代,这表明HPSC-EB-CD144 +内血液发电性ECS存在。HPSC-EB-CD144 +的内皮分化在体外的功能性EC> 95%。HPSC-EC参与了小鼠缺血模型中体内新容器的形成。在体外,HPSC-EB-CD144 +的造血分化产生了> 90%CD43 + HPSC-BC的中间群体,能够产生髓样和红系菌落。最后,转录组分析分别证实了HPSC-EB-CD144 +,HPSC-ECS和HPSC-BC的血液层,内皮和造血认同,以及
转基因株系采用第二代 CRISPRa 系统,该系统携带与异源三聚体 VPR 反式激活因子融合的核酸酶缺陷型 dCas9,该异源三聚体 VPR 反式激活因子由 VP64、p65 和 RTA 结构域组成。该系统可用于解释任何所需细胞类型的内源性调控机制。使用基于 CRISPR/Cas9 的基因组编辑方法,我们以 AAVS1 人类基因组位点为目标,分别引入先前描述的 dCas9VPR-tdTomato(Schoger 等人,2020 年)和嘌呤霉素盒,这些盒受 CAG 和 EF1a 启动子的控制(图 1 A)。采用优化的核转染方案转染 LhiPSC-GR1.1 细胞。转染后,选择具有 tdTomato 表达的细胞并通过 PCR 进行基因分型(图 1B,引物结合如图 1A 所示,黑色引物仅扩增野生型 (WT) 片段;绿色引物扩增插入的构建体)。随后,扩增、分析和冷冻保存两个阳性克隆(#2 和 #3)。DNA 测序数据证实了 AAVS1 基因座中的正确和纯合敲入转基因整合(图 1C,显示为克隆#2)。PCR 结果显示,在筛选的 15 个克隆中,11 个克隆含有纯合插入(命名为 CRISPRa 细胞),1 个克隆是杂合的,3 个克隆不含有插入而是含有 WT 完整基因座(用作对照细胞)(数据未显示)。通过分析 PCR 和测序预测的前五个脱靶位点进行脱靶分析;在这些位点中均未发现任何编辑事件。对照电穿孔和非电穿孔 (参考) 系用于比较 (补充图 1A)。所有系的支原体检测均为阴性。通过基于 SNP 的核型分析和标准 G 带证明了 CRISPRa 克隆 #2 和 #3 以及对照细胞的基因组完整性。未检测到数值或结构异常的证据 (图 1D)。与核转染 (图 1Ei) 和非核转染对照相比,细胞生长和形态正常。与对照 hiPSC 相比,CRISPRa 中的 dCas9 和 tdTomato 表达证实了转基因表达,如 Western blot (补充图 1B,显示克隆 #2 和 #3) 和共聚焦显微镜 (图 1Eii,显示克隆 #2,n = 3 个不同传代) 所示。通过免疫荧光分析干性标记 OCT4 的表达(图 1 Eiii)和流式细胞术分析(显示 94.2% OCT4 和 99.9% TRA1-60 阳性细胞(图 1 Eiv)(显示克隆 #2))来评估多能性。通过在 CRISPRa 和对照系中形成胚状体 (EB) 和定向分化来测试向所有三个胚层的自发分化能力。免疫荧光分析证实了 AFP、β-III-Tu bulin 和 α-平滑肌肌动蛋白 (ACTA2) 的表达,进一步支持内胚层、外胚层和中胚层的命运(图 1 F,显示克隆 #2 和 #3)。转录水平分析表明配对盒 3 ( PAX3 ) 和微管相关蛋白 2 ( MAP2 ) 的表达表明外胚层分化;T-box 转录因子 T ( TBXT ) 表明中胚层命运,而 α-Feto-Protein ( AFP ) 表明内胚层分化(补充图 1 C,显示克隆 #2 和 #3)。我们研究了 CRISPRa 系用于研究通过定向 2D 分化产生的心肌细胞的适用性,这种分化产生了自发跳动的细胞(视频作为补充材料提供),具有强大的 α-辅肌动蛋白 2 (ACTN2) 和心脏肌钙蛋白 T (TNNT2) 心脏标志物表达((补充图 1D,显示为克隆#2)。最后,我们通过确定与心脏肥大和代谢稳态有关的 KLF15 表达的诱导来测试 CRISPRa 系的功能。我们发现,与转染了非靶向 gRNA 的各自亲本系相比,设计用于结合 KLF15 转录起始位点 (TSS) 的 44 bp 5'-上游序列的单个指导 RNA 能够显着增强 CRISPRa 系(克隆#2 和#3)中 KLF15 的转录。对照细胞没有显示独立于转染的 gRNA 的活化(图 1G)。总之,使用完全表征的 hiPSC 系,我们生成了具有纯合靶向插入、正常核型和多能性的人类 CRISPRa 系,并显示出其激活
摘要:合成了两种四边缘取代有叔丁基磺酰基并与锌(II)或铂(II)离子配位的酞菁衍生物,并随后研究了它们的光学和光化学性质,以及在细胞、组织工程和动物模型中的生物活性。我们的研究表明,这两种合成的酞菁都是活性氧 (ROS) 的有效生成器。PtSO 2 t Bu 表现出出色的生成单线态氧的能力(Φ Δ = 0.87 − 0.99),而 ZnSO 2 t Bu 除了 1 O 2 之外(Φ Δ = 0.45 − 0.48)还能有效生成其他 ROS,尤其是· OH。考虑到未来的生物医学应用,还确定了测试的酞菁对生物膜的亲和力(分配系数;log P ow )及其与血清白蛋白的主要相互作用。为了方便生物给药,我们利用 Pluronic 三嵌段共聚物开发了这些酞菁的水分散性配方,以防止自聚集并改善其向癌细胞和组织的输送。结果表明,当酞菁被掺入可定制的聚合物胶束中时,细胞摄取和光毒性显著增加。此外,在 hiPSC 递送的类器官和携带 CT26 肿瘤的 BALB/c 小鼠中研究了封装酞菁在体内分布的改善和光动力学功效。这两种光敏剂都表现出很强的抗肿瘤活性。值得注意的是,血管靶向光动力疗法 (V-PDT) 导致 84% 的 ZnSO 2 t Bu 治疗小鼠和 100% 的 PtSO 2 t Bu 治疗小鼠的肿瘤完全消除,并且治疗后长达五个月内迄今未观察到复发。对于 PtSO 2 t Bu 而言,效果明显更强,可提供更广泛的光剂量范围,以实现有效的 PDT。关键词:高级细胞模型、抗癌活性、类器官、光动力疗法 (PDT)、酞菁、活性氧 (ROS)、血管靶向光动力疗法 (V-PDT) ■ 简介
癫痫的科学摘要药物治疗仍然非抑制作用,大约三分之一的患者在医学上是难治性的。有效疗法的开发需要新颖的实验系统来建模癫痫发育。一个非常有前途的新平台是人类脑器官(或简单的器官),即3D培养物,其中由人类胚胎或诱导多能干细胞(HESC或HIPSC)产生特定的脑样结构。类器官概括了人脑的许多结构特征,并为各种神经系统疾病提供了独特的见解。我们生成了“融合”器官结构,其中兴奋性神经元促进性皮层(CX)和抑制性神经元间的神经节启动(GE)种群整合了整合,从而产生了建模神经回路组装和癫痫发育的理想平台。使用这种技术,我发现hESC衍生的融合器可以在包括复杂振荡(复杂的振荡)中显示内神经元间调节的自发神经网络活动。我进行的单细胞RNA测序表明,融合对于中间神经元细胞的存活也至关重要,因为未使用的GE类器官显示出年龄增加的中间神经元簇的逐渐丧失,与融合不同。i还表明,来自RETT综合征患者的HIPSC衍生的融合器官,一种与癫痫高度相关的遗传疾病,具有癫痫样活性和网络振荡的变化,而网络振荡与同基因控制器可以改变。我通过用抗塞氏剂药物丙戊酸钠或p53抑制剂pifithrin-α治疗来挽救了其中一些异常。这些数据表明,融合器官模型增强了中间神经元的生存,体外概括了与癫痫相关的异常,并为治疗验证和发现提供了新的平台。基于这些数据和最新的初步发现,我建议扩展这种方法,以模拟大脑区域特定细胞变化以及严重发育和癫痫性脑病(DEE)的生理表型。i最近从SCN8A基因中具有癫痫相关突变的患者中产生了融合CX+GE和海马+GE(H+GE)类器官。scn8a编码电压门控钠通道Na V 1.6和SCN8A中功能突变的增益导致毁灭性的DEE,称为早期婴儿癫痫性癫痫性脑病13(EIEE13)。胎儿癫痫发作的报道使脑器官特别适合模型EIEE13。我的初步数据提出了高度过度过度的表型,其特征是SCN8A突变体CX+GE GE融合体中活机体两种光子成像和高振幅局部场电位(LFPS)的突发性。有趣的是,SCN8A突变体H+GE融合并没有显示出相同的过度表现表型,而是缺乏锋利的波浪波纹(SWR)振荡。SWR被认为是与海马记忆巩固相关的间神经元依赖性振荡。基于这些数据,我假设SCN8A突变体脑过度刺激性是由皮质兴奋性神经元驱动的,而海马中的SCN8A突变导致SWR振荡活性中的间神经元依赖性缺陷。目标1:确定scn8a突变体性过度刺激性表型中GE衍生的抑制性抑制作用与CX衍生的兴奋性神经元的作用。假设CX兴奋性神经元中SCN8A GOF突变引起的皮质兴奋性将通过对“未粘合”与“混合”融合的钙成像和LFP记录进行测试。在混合融合中,CX或GE将是SCN8A突变体,另一半将是无突出的。目标2:确定地球衍生的抑制性中间神经元在海马锋利波浪波动中的作用。假设SCN8A GOF突变仅限于GE衍生的中间神经元将足以消除H+GE融合器官中的SWR振荡,将通过在AIM 1。在利用新兴,有前途和人类细胞的技术来模拟癫痫病时,该提案有可能提供对癫痫病理生理学的开创性见解。此外,这些研究还集中在EIEE13的病理生理变化上,这与治疗癫痫的治疗任务一致。使用癫痫患者IPSC衍生的类器官,其潜力用于个性化和特定于患者的疾病建模,与以患者为中心的护理的治愈任务保持一致。
3D生物打印技术的开发为替代器官或组织的替代和药物测试模型的开发提供了新的方向。在不同的印刷支架中测试细胞粘附,增殖和分化,用于创建功能性3D生物印刷结构,这可能是建立针对神经退行性疾病的患者特异性体外模型的可能性。本论文旨在通过探索影响细胞粘附,不同水凝胶和合适的印刷条件的因素来建立3D生物印刷的脊髓模型,以进行ALS的药物研究。在论文I中,我们比较了BC的粘附和细胞存活率在具有不同刚度和不同的化学覆盖的支架的表面上取消了尺寸,并发现了物理和化学因子对细胞粘附,增殖和通过比较的差异的影响,可以用作探索3D打印物与内部细胞混合的条件的参考。在论文II中,选择了基于明胶的水凝胶作为打印脚手架的主要材料。通过以不同浓度的交叉链链链接的不同浓度的明胶测试BC的存活率,我们选择了一种适合细胞活力,细胞分化和生物明显性的方案。不幸的是,当将该方案应用于HIPSC时,它可以在打印后获得细胞的活力,但是仅在脚手架表面观察到细胞分化,因为印刷结构中间的细胞缺乏与周围培养基的接触。论文III表明,BCS吸引了来自其共同培养的3D打印支架中主动脉环的内皮细胞,并指导了内皮细胞的迁移方向。同样,在损伤DRTZ处植入后,他们通过增加血管体积和血管直径来帮助血管化。在论文IV中,我们通过降低明胶的浓度并添加带有cintrofin和gliafin的MSP来改善纸张衍生的MN的纸张II方案。测试了两种可以在培养过程中保留印刷结构的可打印方法,并根据生物INK制备期间的细胞活力选择了一种可以进一步打印。较低的明胶浓度有助于更好地进入周围的培养基,并在支架内实现运动神经元的分化。
摘要 X 型胶原蛋白是一种由肥大性软骨细胞产生的非纤维胶原蛋白,被认为与生长板软骨的钙化过程有关。然而,小鼠中 Col10a1 基因的纯合缺失对生长板形成或骨骼发育无显著影响。为了研究 X 型胶原蛋白在人类软骨细胞中的作用,我们使用双 sgRNA CRISPR/Cas9 系统建立了具有杂合(COL10A1 + / )或纯合(COL10A1 / )COL10A1 基因缺失的人类诱导多能干细胞 (hiPSC)。建立了几个突变克隆,并通过先前报道的 3D 诱导方法将其分化为肥大性软骨细胞。亲本与突变细胞系在分化过程中无明显差异,均分化为具有肥大性软骨细胞特征的细胞,提示X胶原蛋白对于人软骨细胞体外肥大性分化而言并非必不可少。为探究X胶原蛋白缺乏对体内的影响,将增殖期或肥大前期的软骨细胞颗粒移植到免疫缺陷小鼠体内。增殖期颗粒衍生组织显示软骨细胞呈带状分布,并转变为模拟生长板的骨组织,且骨的比例在 COL10A1 / 组织中趋于较大。肥大前期颗粒衍生组织产生具有软骨内骨化特征的骨小梁结构,亲本与突变体衍生组织之间无明显差异。对处于肥大期的软骨细胞颗粒进行转录组分析显示,与亲本细胞颗粒相比,COL10A1 / 颗粒中增殖期基因表达较低,钙化期基因表达较高。这些体外和体内数据表明,胶原蛋白 X 对于人类 iPSC 衍生软骨细胞的肥大分化和软骨内骨化是可有可无的,尽管它可能促进分化过程。因此,COL10A1 / iPSC 系可用于研究胶原蛋白 X 在软骨细胞分化中的生理作用。© 2023 作者。JBMR Plus 由 Wiley Periodicals LLC 代表美国骨矿研究学会出版。
心脏和内胚层联盟:多层类器官1 2 Wai Hoe ng†,1,芭比娃娃瓦尔格斯†,1,Hongpeng Jia 2,XI Ren‡,1 3 4 1生物医学工程系,Carnegie Mellon University,Carnegie Mellon University,Carnegie Mellon University,Pittsburgh,Pittsburgh,Pennsylvania。6 2美国马里兰州巴尔的摩市约翰·霍普金斯大学医学院外科部。8†等于贡献9‡信函10 11信函的作者:12 Xi Ren,博士学位。 13 Carnegie Mellon University, Scott Hall 4N111 14 5000 Forbes Avenue, Pittsburgh, PA 15213 15 Telephone: 1-412-268-7485 16 Email: xiren@cmu.edu 17 18 19 Abstract 20 Studies in animal models tracing organogenesis of the mesoderm-derived heart have emphasized 21 the importance of signals coming from adjacent endodermal tissues in coordinating适当的心脏22形态发生。尽管在体外模型(例如心脏器官)表现出巨大的潜力23来概括人心的生理学,但它们无法捕获共同发育的心脏和内胚层器官之间发生的复杂的24个串扰,部分原因是25是由于其独特的生殖层起源。为了解决这一长期挑战的努力,最近的报告26包括心脏和内胚层衍生物既有多核心器官,已经激发了27努力,以了解跨器官,跨分节沟通如何影响其28个各自的形态发生。这些共差异系统已经产生了29个共享信号传导要求的有趣发现,以诱导心脏规范以及原始的前肢,30个肺部或肠谱系。总体而言,这些多素心脏器官为人类发展提供了31个前所未有的窗口,可以揭示内胚层和心脏32如何配合直接形态发生,模式和成熟。此外,通过时空33重组,共同出现的多曲细胞细胞自组装成不同的隔室,如心脏前肠,心脏 - 智能和心脏 - 肺类器官34所示,并经历细胞35细胞35迁移和组织重新组织,以建立组织Bundaries。探讨未来,这36个心脏融合的多素质器官将激发改进细胞37再生干预措施采购的未来策略,并为疾病38调查和药物测试提供更有效的模型。在这篇综述中,我们将介绍39个协调心脏和内胚层形态发生的发育环境,讨论40个心脏和内胚层衍生物的体外共同诱导的策略,并最终评论这一突破启用的挑战和令人兴奋的新的41个研究方向。42 43 44 Non-standard Abbreviations and Acronyms 45 Shh – Sonic hedgehog 46 Wnt2 – Wingless-type MMTV integration site family, member 2 47 Wnt2b – Wingless-type MMTV integration site family, member 2b 48 Tbx5 – T-box transcription factor 5 49 hPSC – Human pluripotent stem cell 50 hiPSC – Human induced多能干细胞51