Novel assay for functional capacities of pluripotent stem cells

多能干细胞功能能力的新测定

基本信息

  • 批准号:
    8526391
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 13.3万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2012
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2012-08-10 至 2015-09-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): Pluripotent stem cells are capable of differentiating into all body tissues and are able to renew themselves through unlimited proliferation. Pluripotent stem cells were first derived by growing the inner cell mass (ICM) of mouse embryos in tissue culture. The functional capacity of such mouse embryonic stem cells (mESCs) and the tissues generated by their differentiation has traditionally been assayed by formation of chimeras. This was achieved by introducing mESCs to an early mouse embryo and then transferring the embryo to the uterus of a foster female for gestation and birth. Such studies demonstrated the pluripotency of mESCs, as the stem cells contributed to all organs and tissues, including the germline. However, the method used to determine the differentiative capacity of human pluripotent stem cells tells nothing whatsoever about the functional capacity of the tissues derived from them. Consequently, there is hardly any information available to date about the functional capacities of cells or tissues derived from human pluripotent stem cells. For example, chimera studies show not only that mESCs are capable of fully normal function in all body tissues but also that growing mESCs in vitro does not increase the risk of abnormal growth (i.e., tumors) or developmental instability once they are returned to a developing embryo. This insight in not informative about the comparable risks of transplanting tissues derived from human ESCs, because these have recently been shown to have a substantially different biological nature from mESCs. Such information requires development of a novel assay for functional capacities of pluripotent stem cells. The proposed studies involve pluripotent mouse and human stem cells that have been genetically altered to incorporate transgenes encoding a constitutively expressed green fluorescent protein (GFP) reporter gene as well as a conditionally expressed red fluorescent protein (RFP) reporter gene. The pluripotent stem cells will be induced to differentiate into mesoderm or neuroectoderm, and these differentiated progeny will be transplanted to the mesodermal or neuroectodermal layers of post-implantation mouse embryos to test their functional capacity in a tissue or organ context. Embryos will then be cultured for 1 to 3 days in rotating tubes until early organs rudiments form. All descendants of the injected cells will be GFP-labeled; cells that differentiate into the specific target tissue wil be RFP labeled. The molecular and physiological properties of labeled cells will indicate whether the stem cell-derived differentiated cells share key features that confirm their normality. A similr approach will be used to determine the impact of key environmental toxicants, specifically C6H6 and MeHg, which are developmental toxicants for the blood and nervous systems, respectively.
描述(由申请人提供):多能干细胞能够区分所有身体组织,并能够通过无限的增殖来更新自己。首先通过在组织培养中的小鼠胚胎的内部细胞质量(ICM)来得出多能干细胞。这种小鼠胚胎干细胞(MESC)的功能能力及其分化产生的组织传统上是通过嵌合体的形成来测定的。这是通过将MESC引入早期小鼠胚胎的方法来实现的,然后将胚胎转移到寄养女性的子宫中以进行妊娠和出生。这样的研究证明了MESC的多能性,因为干细胞有助于包括种系在内的所有器官和组织。但是,用于确定人多能干细胞的分化能力的方法用来透露从它们得出的组织的功能能力。因此,迄今为止,几乎没有任何有关细胞或组织功能能力的信息。例如,嵌合体研究不仅表明MESC能够在所有身体组织中都具有完全正常的功能,而且在体外生长的MESC一旦返回到发育中的胚胎后,就不会增加生长异常(即肿瘤)或发育不稳定的风险。这种洞察力对从人类ESC衍生的移植组织的可比风险没有信息,因为这些组织最近被证明与MESC具有根本不同的生物学性质。这样的信息需要开发用于多能干细胞功能能力的新测定法。提出的研究涉及多多能小鼠和人类干细胞,这些小鼠和人类干细胞已被遗传改变,以纳入编码组成型表达的绿色荧光蛋白(GFP)报告基因以及有条件表达的红色荧光蛋白(RFP)报告基因的转基因。多能干细胞将被诱导分化为中胚层或神经外胚层,并且这些分化的后代将移植到植入后小鼠胚胎的中胚层或神经外二维层中,以测试其在组织或组织上下文中的功能。然后,将在旋转管中培养胚胎1至3天,直到形成早期器官的基础。注射细胞的所有后代将被GFP标记。将分化为特定靶组织的细胞将被标记为RFP。标记细胞的分子和生理特性将表明干细胞衍生的分化细胞是否具有确认其正态性的关键特征。将使用类似方法来确定关键环境有毒物质的影响,特别是C6H6和MEHG,它们分别是血液和神经系统的发育毒性。

项目成果

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