内容摘要
人类诱导多能干细胞(hiPSCs)在再生医学中具有巨大的应用潜力,能够分化为多种组织细胞类型。然而,目前缺乏一种能够精确控制 hiPSCs 细胞状态的可扩展培养系统。近期,Yohei Hayashi团队开发了一种无需微载体或特殊材料的悬浮培养方法,通过抑制 PKCβ 和 Wnt 信号通路,成功实现了 hiPSCs 的大规模生产、自动化、成本效益和安全性保障。在这项工作中,研究者利用Sony SH800S 全自动细胞分选仪准确检测并分离出悬浮培养中处于不同分化状态的 hiPSCs,为筛选出有效的抑制剂提供了强有力支撑。研究结果表明,这种精确控制细胞状态的悬浮培养方法为 hiPSCs 的稳定定向分化和自动化临床应用铺平了道路。
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悬浮培养的 hiPSCs 易发生自发分化
图1.悬浮培养的 hiPSCs 发生自发分化
研究团队首先发现,在常规培养条件下,悬浮培养的 hiPSCs 更容易发生自发分化,与贴壁培养的细胞相比,悬浮培养的 hiPSCs 在 10 天内表达分化标记物(如 PAX6、SOX17 和 T)的水平显著增加。通过Sony SH800S流式细胞分选仪,研究人员观察到悬浮培养的 hiPSCs 中存在不可忽视比例的 PAX6 和 SOX17 阳性细胞,而在贴壁培养条件下则未观察到荧光阳性细胞。这表明悬浮培养的 hiPSCs 部分已经发生了自发分化。
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Wnt 通路抑制剂可抑制中内胚层分化
图2. PKC抑制剂抑制悬浮培养中 hiPSCs 向神经外胚层自发分化
为了抑制 hiPSCs 在悬浮培养中的自发分化,研究人员筛选了多种候选分子。结果发现,Wnt 信号通路抑制剂 IWR-1-endo 和 IWP2 能有效抑制 hiPSCs 向中内胚层分化。在添加了 IWR-1-endo 的悬浮培养条件下,T 和 SOX17 的表达水平显著降低至与贴壁培养相当的水平,而 PAX6 的表达则没有显著变化。这表明 Wnt 信号通路抑制剂能够有效抑制悬浮培养中 hiPSCs 的中内胚层分化。
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PKCβ 抑制剂可抑制神经外胚层分化
图3. PKCβ 和 IWR-1-endo 对悬浮培养的 hiPSCs蛋白水平的影响
进一步的实验中,研究人员发现 PKCβ 抑制剂(如 Gö6983 和 LY333531)能有效抑制 hiPSCs 向神经外胚层分化。在同时添加 PKCβ 抑制剂和 Wnt 信号通路抑制剂的悬浮培养条件下,PAX6、T 和 SOX17 的表达水平均显著降低,而 OCT4 的表达水平则恢复至与贴壁培养相当的水平。通过流式细胞分选技术,研究人员还发现,在添加了 IWR-1-endo 和 LY333531 的悬浮培养条件下,hiPSCs 的 TRA-1-60 阳性细胞比例显著高于未添加抑制剂的对照组。这表明 PKCβ 抑制剂和 Wnt 信号通路抑制剂的联合使用能够有效维持悬浮培养中 hiPSCs 的自我更新能力。
流式分选关键应用
在这项突破性研究中,Sony SH800 全自动流式细胞分选仪发挥了关键作用。通过其高精度高活性的分选优势,研究人员能够准确地检测和分离出悬浮培养中处于不同分化状态的高质量 hiPSCs。这使得研究人员能够深入分析不同培养条件下细胞的分化情况,为筛选出有效的抑制剂提供了有力支持。此外,Sony SH800 的全自动智能化分选能力还为大规模培养和分析筛选 hiPSCs 提供便捷,有助于提高研究效率和降低成本,更为推动 hiPSCs 悬浮培养技术的发展和应用做出了重要贡献。
参考文献:
Matsuo-Takasaki M, et al. Complete suspension culture of human induced pluripotent stem cells supplemented with suppressors of spontaneous differentiation. Elife. 2024 Nov 12;12:RP89724. doi: 10.7554/eLife.89724. PMID: 39529479; PMCID: PMC11556790.