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CIB/CIT/HKU联合建立双报告基因标记心肌细胞谱系特异性基因NKX2-5的人iPSCs

时间:2021-01-08 10:01:05

调查研究表明,我国每年由于心脏猝死发病的人大概超过54万人。高强度的工作,连续较长的时间工作时长和经常的熬夜导致的心脏方面的问题是引起心脏衰竭的重要因素。1


心脏是人体最重要的维持器官,支持全身血液循环。心脏一旦骤停,全身的各个器官及组织会发生不同程度的缺血,继而引起身体各个器官和组织功能的障碍,及不同程度的损伤以及坏死。心脏骤停四分钟可能导致不可逆转脑损伤,更长时间则会导致脑死亡。


心肌细胞是心脏能够维持节律性跳动的基础单元。心肌细胞属于成体细胞,在体外无法增殖。在心脏领域研究中,心肌细胞因其获取途径有限,细胞批次间差异大而进展缓慢。常用的动物模型如小鼠,大鼠的心脏每分钟搏动次数与正常人差别较大,其心肌细胞与人心肌细胞在生理和功能上也有很大差别,这在一定程度上限制了心肌细胞在体外疾病模型及疾病机制研究中的应用。近年来人多能干细胞通过定向分化获得的心肌细胞为心脏疾病的体外模型,疾病机制及心衰患者的细胞替代疗法提供一种无限数量的来源。


为了提高多能干细胞分化而来的心肌细胞的纯度,已有多种方法用于富集心肌细胞。比如,利用心肌细胞特有的代谢特点,使用Glucose-Depleted and Lactate-Enriched CultureConditions,或是利用GFP标记心肌细胞前体特异性基因NKX2-5,然后通过分选的方式获得高纯度的心肌细胞。2


为了使心肌细胞更容易纯化,避免流式分选所需要的消化过程及过机方面的压力,同时为了优化心肌细胞分化的操作规范,我们借助于TALENs在NKX2-5第一个外显子处插入了eGFP和PURO抗性基因(Pac)2个报告基因。3


eGFP和Pac KI示意图

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Zhou et al., 2021. Stem Cell Research


该细胞系分化为心肌细胞后,day 8左右NKX2-5开始表达,eGFP开始同步表达,并在day 11-12左右开始稳定,随后一直在跳动的心肌细胞中表达。我们在day 8开始使用Puromycin处理细胞,8天后,存活的细胞基本上均为GFP阳性的细胞。

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NKX2-5 GFP-Puro/wt iPSC来源的心肌细胞 (Zhou et al., 2021. Stem Cell Research)


由于携带GFP和Puromycin抗性双报告基因,该细胞系可用于人多能干细胞向心肌细胞定向分化Protocol的优化,大量生产工业化需求的高纯度心肌细胞,心脏毒性测试等。三启生物已获得利用该方法生产高纯度心肌细胞的专利(ZL201610149395.0,一种获得高纯度心肌细胞的方法)


该细胞系由三启生物(CIB)建立,后续鉴定由CIB、三启药物(CIT)联合香港大学(HKU)李嘉诚医学院心内科共同完成。相关文章以Lab Resources方式发表在最新一期的Stem Cell Research (https://doi.org/10.1016/j.scr.2020.102120).


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参考文献


1.https://www.medsci.cn/article/show_article.do?id=40d3898e58

2. Elliott David A,Braam Stefan R,Koutsis Katerina et al. NKX2-5(eGFP/w) hESCs for isolation of human cardiac progenitors and cardiomyocytes.[J] .Nat Methods, 2011, 8: 1037-40.

3. M. Zhou, R. Wei, Y. Jiang, J. Fu, Y. Liu, B. Yang, B. Yu, Y. Lin, X. Ran, W-H. Lai,M. Chu, Y. Hu, J. Yang, H-F. Tse, Generation of a Human iPSC Line GIBHi002-A-2 with Dual-Reporter for NKX2-5 Using TALENs, Stem Cell Research (2020) , doi: https://doi.org/10.1016/j.scr.2020.102120


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