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诱导性多能干细胞定向分化小梁网的探讨

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  • 用途: 硕士毕业论文 Master Thesis
  • 作者:上海论文网
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  • 论文字数:32566
  • 论文编号:
  • 日期:2022-06-21
  • 来源:上海论文网

药学论文哪里有?笔者通过受体的确认,形成了新的诱导分化方法,并且对新方法来源的 TM 样细胞进行了形态学,免疫学,转录组学的分析,明确了此细胞与 TM 细胞是类似的。

材料与方法

4 实验方法

4.1 人眼小梁网细胞的分离

正常供体死亡后 6 小时内取得眼球,分离方法如下: 解剖后,在虹膜角膜角区域可见一个棕色环,用 0.5 mm 刮除器将其与眼球部位分离。用 DMEM 培养基冲洗后,在含有 4 mg/mL 胶原酶 A 和 4 mg/mL 人血清白蛋白的 DMEM 中 37°C 消化 2 h。1500 g 离心 5 min,将沉淀培养于含有 20%的 FBS 的199E 培养基、90 μg/mL 猪肝素、20 U/mL 内皮细胞生长添加剂和 1.7 mM L-谷氨酰胺的 TM 细胞培养液中。将细胞接种于 1%明胶包被的 6 孔板上,培养在 37°C、5%的 CO2 的无菌细胞培养箱内。传代 5~8 代的细胞用于后续实验。

4.2 人 iPSCs 的产生

根据先前研究表明[24],iPSCs 是从 3 个健康人供体尿液中分离的肾尿道上皮细胞重编程而成的,分别命名为 U1、U2 和 U3。重编程过程如下: 将携带 Oct4、Sox2、c-Myc 和 Klf4 转录因子的非整合仙台病毒感染进入肾尿道上皮细胞,在感染后第 9-28 天形成 iPSCs 克隆,并转移用于扩增。重编程获得的iPSCs 接种在涂有 0.2% Matrigel 的 6 孔板上,在含有重组人碱性成纤维细胞生长因子(rh bFGF)和重组人转化生长因子 β(rh TGF-β)的 mTeSR-1 培养基中培养。然后用 5 mg/mL 胶原酶消化分离 iPSC 克隆,并在 mTeSR-1 培养基中扩增。

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结果

1 传统方法诱导 iPSCs 向 TM 样细胞分化的机理及阶段确定

如前面所述[19, 21, 22],人成纤维细胞重编程的人 iPSCs 使用传统方法可以成功地被诱导分化为 TM 样细胞,在这里,我们用同样的方法诱导人肾尿道上皮细胞来源的 iPSCs 分化为 TM 样细胞。未分化的 iPSCs 是由细胞核大、胞质少的细胞组成的克隆。分化 1 个月的 iPSCs 形态发生改变,呈纺锤形,与 HTM 细胞相似,但其体积比 HTM 细胞小得多(表面积:P<0.01;图 1.1A 和图 1.1B)。在接下来的两个月中,分化细胞继续生长(表面积:5684.0±388.6 μm2,长度:221.4±6.7 μm),直到达到与供体 4(表面积:5978.0±372.0 μm2,长度:200.4±9.0 μm)、供体 5(表面积:5194.0±320.7 μm2,长度:158.4±9.6 μm)和供体 6(表面积:5292.0±299.5 μm2,长度:137.6±4.7 μm;图 1.1B)接近的形态。

我们还观察了细胞在分化过程中的生长速率(图 1.2)。从 iPSCs 到诱导分化 1个月(D30),细胞以 18.4 µm/天的增长速度显著增大。在接下来的一个月(D30~D60),细胞生长速率(长度增长速率:11.6 µm/天)比第一阶段(D0~D30)有所降低。因此,我们将 iPSCs 分化定为两个不同的分化阶段,即 iPSCs 向 TM 前体细胞分化(1个月)和向 TM 样细胞分化(2 个月)。我们的免疫组化分析显示层粘连蛋白 α4(LAMA4),组织金属蛋白酶抑制因子 3(TIMP3),水通道蛋白 1(AQP1),肌纤蛋白(MYOC),IV 型胶原(ColIV)等 TM 标志物在 TM 样细胞和人 TM 细胞中都有很强的表达(图 1.1C)。

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2 传统方法诱导分化获得的 TM 样细胞的转录特征

我们先前的研究也支持 iPSCs 向 TM 样细胞分化分为两个阶段,该研究表明iPSCs 在诱导分化一个月后表现出非常稳定的转录特征[21]。对于来自传统方法的 TM样细胞的分化机理进行研究,我们认为受体在分化过程中起着重要的作用。在这项研究中,通过 AutoSOME 分析确定了 iPSCs 分化在每个阶段的高表达受体(图 2.1)。剔除差异倍数小于 4,每千碱基平均片段数(FPKM)小于 1 的基因后,将 6300 个基因提交给 AutoSOME(httP://jimcooPerlab.mcdb.ucsb.edu/autosome)。根据表达模式的相似性将基因归入 136 个集群,根据基因表达模式进一步将其分为 5 组(图 2.2)。在每组中,黑线反映了每个基因的置信度,彩色线条表示 log(FPKM+1)值。如图2.2 所示,第 2 组和第 3 组的基因分别在 TM 前体细胞和人 TM 细胞中表达最高。 通过 GO 分析(httP://www.Pantherdb.org/),选择高表达的受体(见表 1)。

通过检索 PUBMED(httPs://www.ncbi.nlm.nih.gov/Pubmed/;表 2)中的文献,研究它们在干细胞分化或 TM 培养中的作用,转化生长因子-β1 受体(TGFBR1)、受体型酪氨酸蛋白磷酸酶样 N(PTPRN)和促红细胞生成素受体(EPOR)与多类型干细胞分化密切相关。前列腺素受体(PTGER 和 PTGFR)、表皮生长因子受体(MEGF9 和 EDIL3)和转化生长因子受体(TGFBR2 和 TGFBR3)参与了第二阶段的分化,它们在维持小梁网的功能方面发挥了重要作用。

讨论

由于 iPSC 来源的 TM 样细胞已成为一种很有前途的细胞,它可以降低青光眼眼压[8, 23]和减少房水流出,因此开发一种新的分化方法以产生更具临床可行性的 TM样细胞是至关重要的。根据我们的 RNA 测序数据(图 2.1 和图 2.2),许多与干细胞命运相关的信号发生了变化。值得注意的是,与这些信号相关的配体最终将通过与受体的结合的方式发挥作用,受体将受到多种反馈机制的控制,以确保在 iPSCs 分化过程中达到适当的水平。因此,我们选择了与干细胞分化相关的高表达受体(表2)来建立新的诱导分化方法。虽然使用 U1 来源的 iPSCs 获得的 TM 样细胞的 RT-PCR 结果(图 3.2)与以前的 RNA 测序数据相比有一些不同,但使用尿源 iPSCs 来源的 TM 样细胞的新 RNA 测序数据也显示出 HTGFBR1、HEPOR 和 PTPRN 在 TM前体细胞中的表达最强,HTGFBR、MEGF9、PTGFR、EDIL3、PTGER 在 HTM 中的表达最高(图 5.3)。因此,我们建立了与上述受体相关的配体的新诱导方法(图4.1A)。

与传统方法相比(表 4),我们首先改进了 iPSCs 的来源。与我们之前研究中使用的皮肤成纤维细胞相比,肾尿道上皮细胞更容易从尿液中收集,更适合临床应用。此外,iPSCs 是由携带 Oct4、Sox2、c-Myc 和 Klf4 转录因子的仙台病毒通过非整合方式产生的。避免外源基因表达和突变的不良影响,对临床应用尤为重要。

这种新方法的另一个优点是诱导分化时间较短,大大提高了分化效率。在一周内,未分化的 iPSCs 开始呈现纺锤形的 TM 形态(图 4.2A),这是改变细胞命运和形态的最关键时期(图 1.1A)[21]。随后的分化阶段(14 天)主要变化的是细胞的大小,细胞会一直分化直到达到与 HTM 细胞相同的大小(图 4.2B)。与使用传统方法进行两个月的分化相比,新的方法更有效地产生了 TM 样细胞。分化效率提高的原因可能是新方法中重组细胞因子的浓度高于 HTM 细胞分泌的细胞因子浓度。缩短分化周期对于避免长期培养细胞造成的副作用(如细胞衰老和基因突变[2, 29])尤为关键。

结论

1.  我们通过单细胞测序的方法明确了条件培养基分化方法的机理,选择了在不同阶段的高表达受体。

2.  通过受体的确认,形成了新的诱导分化方法,并且对新方法来源的 TM 样细胞进行了形态学,免疫学,转录组学的分析,明确了此细胞与 TM 细胞是类似的。

3.  我们提出了一种无异源物,无污染的诱导分化的办法,为干细胞在临床上研究奠定了基础。

参考文献(略)

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