使用CM20细胞培养监测系统监测人类iPS细胞源性肝类器官分化的全过程

引言

近年来，利用包括诱导性多能干细胞（iPS）在内的人类多能干细胞在体外建立微型组织/器官（称为类器官）方面取得了快速进展。从基础发育生物学到疾病建模和药物开发，人类类器官为各个领域提供了独特的机会。

实验背景

一般来说，类器官是通过自组织形成的，在此过程中，组成细胞在空间上排列在适当的位置，以确定它们分化为特定细胞类型的命运，最终导致器官功能的表达。将未分化的人类iPS细胞转化为靶器官类器官的过程需要很长时间，至少一个月或更长时间。持续时间长是由于存在与发育阶段相对应的多阶段中间分化细胞。在许多情况下，这些过程还包括将细胞嵌入含有基底膜成分的细胞外基质的步骤，这对细胞极化和随后维持三维结构至关重要。换句话说，从人类iPS细胞中成功且可重复地生成一定质量的类器官时，将不可避免地需要仔细检查二维和三维培养条件。具体而言，除了iPS细胞的质量控制外，长期无缝监控分化过程非常重要，包括收集关于细胞群体三维行为和形态发生的数据。

在本应用说明中，我们尝试使用奥林巴斯Provi CM20细胞培养监测系统观察分化过程。我们使用最近发布的生成人类肝脏类器官^1,2的方法作为模型示例。

前肠后部形成过程中形态学变化观察

使用CM20系统，我们测试了是否有可能观察到未分化的人类iPS细胞分化为二维片状定形内胚层过程中的三维形态学变化，以及随后出现的前肠后部球状体。

结果

使用CM20系统，我们不仅能够观察到人类iPS细胞培养维持的过程，还能够观察到它们分化为定形内胚层，以及随后出现的前肠后部球状体。这些前肠后部球状体 是通过细胞自主形成的三维细胞聚集体而产生的，这些细胞聚集体来自二维细胞层，表明这种形态变化的过程可以用CM20系统进行追踪。由于其他内胚层器官（如胃和肠）的类器官也来源于源自定形内胚层的原肠球状体，因此我们认为CM20系统可广泛应用于监测此类类器官的分化过程。

观察肝类器官在人工基底膜中的培养过程

使用CM20系统^*1，我们测试是否有可能观察在人工基底膜中以三维方式分化和生长的肝类器官的培养过程。

结果

使用CM20系统，我们能够在24孔板中使用人工基底膜滴剂，在大约2周的时间内跟踪三维培养物中肝类器官的分化过程。

结论

利用CM20系统软件的自动监测功能，可以跟踪导致形态变化的分化过程以及细胞外基质凝胶中三维类器官的生长过程。我们的实验表明，CM20系统可以监控从维持和管理人类iPS细胞到其分化为类器官的长期培养过程，并有助于细胞培养的优化和质量控制。

参考文献

1. Rie Ouchi, Shodai Togo, Masaki Kimura, Tadahiro Shinozawa, Masaru Koido , Hiroyuki Koike, Wendy Thompson, Rebekah A Karns, et al., “Modeling Steatohepatitis in Humans with Pluripotent Stem Cell-Derived Organoids.” 2019 Aug 6;30(2):374-384.e6. doi: 10.1016/j.cmet.2019.05.007. Epub 2019 May 30. PMID: 31155493 PMCID: PMC6687537 DOI: 10.1016/j.cmet.2019.05.007
2. Tadahiro Shinozawa, Masaki Kimura, Yuqi Cai, Norikazu Saiki, Yosuke Yoneyama, Rie Ouchi, Hiroyuki Koike, Mari Maezawa, et al., “High-Fidelity Drug-Induced Liver Injury Screen Using Human Pluripotent Stem Cell-Derived Organoids.” 2021 Feb;160(3):831-846.e10. doi: 10.1053/j.gastro.2020.10.002. Epub 2020 Oct 8. PMID: 33039464 PMCID: PMC7878295 (available on 2022-02-01) DOI: 10.1053/j.gastro.2020.10.002

*1 使用奥林巴斯Provi CM20系统1.2.4或更高版本中添加的功能。有关详细信息，请下载更新或阅读软件发行说明。