STEMCELL：如何使用STEMdiff試劑盒生成人多能干細胞hPSC來源的3D腎臟類器官

概述：

STEMdiff™ 腎臟類器官試劑盒提供了一種簡易的工作流程，可利用 96 孔板或其他標準細胞培養板形式，從人 pluripotent 干細胞（hPSCs）的 2D 單層細胞誘導分化出腎臟類器官。雖然這種方法兼容高通量成像和分析檢測，但它限制了類器官在懸浮狀態下的培養能力，例如在多囊腎病（PKD）研究中促進囊腫形成，或將類器官包埋在基質中以進行血管化研究。

本實驗方案通過對原版 STEMdiff™ 腎臟類器官試劑盒工作流程進行修改，解決了這些局限性，從而生成 3D 類器官。該過程首先進行為期 7 天的 2D 分化，使 hPSCs 達到腎祖細胞階段。隨后將細胞解離、重聚，并利用 AggreWell™ 微孔培養板進一步分化 11 天，最終形成大小和數量均一的腎臟類器官。

使用 AggreWell™ 800 等規格的培養板可大量生成 3D 腎臟類器官，每個六孔板可產出 1,500 個類器官；或者使用 AggreWell™ HT 生成較小的重復樣本，每個 96 孔板可產出 32 個類器官。

圖 1. 使用 STEMdiff™ 腎臟類器官試劑盒生成 3D 人類腎臟類器官培養物的工作流程示意圖

此前在 mTeSR™1 培養基中維持培養的 hPSCs 在第 -3 天被接種到涂覆有 Corning® Matrigel® 的培養板中。24 小時后（第 2 天），在貼壁細胞上覆蓋一層額外的 Matrigel®，這將在接下來的 48 小時內促使形成中空（cavitated）的 PSC 球體。次日（第 1 天），將培養基從 mTeSR™1 更換為 STEMdiff™ 腎臟類器官試劑盒培養基，啟動中空 PSC 球體的分化程序。在接下來的 18 天內，細胞依次定向分化為晚期原條（late primitive streak），隨后使用 AggreWell™ 微孔板進行重聚，最終形成 3D 腎臟類器官。

該方案始于將六孔板中的高質量 hPSCs 以單細胞形式接種到新的六孔板中（第 3 天），隨后形成中空 PSC 球體（第 1 天至第 2 天），球體在第 1 天可見。

圖 2. 接種后 24 小時，細胞開始形成小而分散的集落

腎臟類器官分化方案開始時，第 -2 天 (A, B) 人胚胎干細胞（hESCs；H9 細胞系）和 (C, D) 人誘導多能干細胞（hiPSCs；WLS-1C 細胞系）的形態。兩種細胞系均使用 mTeSR™1 培養基以 3 x 10? 個細胞/孔的密度接種于六孔板中。比例尺 = 200 µm。

圖 3. 第 1 天，Matrigel 中的集落形成了小的空腔球體，準備進入腎臟類器官分化的第 1 階段

第 1 天，成功形成空腔球體后，(A, B) hESCs（H9 細胞系）和 (C, D) hiPSCs（WLS-1C 細胞系）在 mTeSR™1 培養基中的形態。比例尺 = 200 µm。

圖 4. 腎臟類器官分化過程中，誘導晚期原條階段后第 1.5 天 hPSCs 的形態

第 1.5 天處于第 1 階段分化期間（誘導晚期原條階段）時，(A, B) hESCs（H9 細胞系）和 (C, D) hiPSCs（WLS-1C 細胞系）的形態。細胞將經歷顯著的死亡，導致部分細胞脫落和集落縮小。比例尺 = 200 µm。

圖 5. 第 7 天 hPSC 來源的單層細胞形態，準備收集并重聚至 AggreWell™ 中

第 7 天準備收集并重聚前，(A, B) hESCs（H9 細胞系）和 (C, D) hiPSCs（WLS-1C 細胞系）的形態。可以觀察到早期類器官結構的出現。比例尺 = 200 µm。

圖 6. 第 18 天 hPSC 來源的 3D 腎臟類器官形態呈球形，內部具有卷曲的管狀結構

第 18 天時 (A, B) hESC-（H9 細胞系）和 (C, D) hiPSC-（WLS-1C 細胞系）來源的 3D 腎臟類器官的明場圖像。類器官從 AggreWell™ HT 微孔板中取出，置于平底 96 孔板中進行成像。比例尺 = 200 µm。

圖 7. 第 18 天的 3D 腎臟類器官顯示出足細胞、近端小管和遠端小管的存在

第 18 天時 (A) hESC-（H9 細胞系）和 (B) hiPSC-（WLS-1C 細胞系）來源的 3D 腎臟類器官的免疫熒光圖像。類器官顯示出足細胞（紅色）、近端小管（綠色）、遠端小管（白色）和細胞核（藍色）的標記物。比例尺 = 200 µm。

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