Comparative Characterization of Four Mouse Parthenogenetic Embryonic Stem (pES) Cell Lines

Abstract

บทคัดย่อ

การสร้างเซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อนที่ผลิตโดยวิธีการกระตุ้นด้วยสารเคมีเป็นทางเลือกหนึ่งสำหรับผลิตเซลล์ที่เหมาะสมเฉพาะบุคคลในการรักษาโรค การศึกษานี้มีจุดประสงค์เพื่อการสร้างเซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อนที่ผลิตโดย วิธีการกระตุ้นด้วยสารเคมีเพื่อเป็นตัวแทนสำหรับการศึกษาวิจัยในมนุษย์และสัตว์ รวมทั้งศึกษาความแตกต่างลักษณะคุณสมบัติของแต่ละเซลล์ไลน์ การสร้างเซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อนที่ผลิตโดยวิธีการกระตุ้นด้วยสารเคมีได้ประสบความสำเร็จจำนวน 4 เซลล์ไลน์ มีประสิทธิภาพในการสร้างเซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อนเป็นร้อยละ 22 เซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อนทั้งหมด แสดงคุณสมบัติ รูปร่างเหมือนเซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อน และให้ผลบวกเมื่อทำปฏิกิริยากับอัคคาไลน์ฟอสฟาเตส และ แอนติบอดีที่จำเพาะต่อ Oct4 Nanog และ SSEA-1 เซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อนจำนวน 3 เซลล์ไลน์ มีจำนวนคาริโอไทป์ที่ปกติระหว่างการเพาะเลียง เซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อนแสดงคุณสมบัติหลากหลายเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงเซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อนเป็นเซลล์ชนิดต่างๆ เซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อนที่ผลิตจากการกระตุ้นด้วยสารเคมี จำนวน 3 เซลล์ไลน์ (pES#1-3) มีประสิทธิภาพในการเปลี่ยนแปลงเป็นเซลล์เนื้อเยื่อชั้นในและชั้นกลางของตัวอ่อน และ ให้ผลบวกเมื่อทำปฏิกิริยากับแอนติบอดีที่จำเพาะต่อเซลล์เนื้อเยื่อชั้นในและชั้นกลาง เช่น เช่น α-fetoprotein, Flk-1, PECAM และ collagen IV มากกว่าอีกหนึ่งเซลล์ไลน์ (pES#4) การเปลี่ยนแปลงเซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อนเป็นเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจมีประสิทธิภาพร้อยละ 33-100 ของจำนวนการเต้นของหัวใจต่อจำนวนตัวอย่าง การฉีดเซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อนไปในตัวอ่อนระยะ บลาสโตซิสทำให้เซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อนสามารถเปลี่ยนแปลงไปเป็นเนื้อเยื่อชนิดต่างในหนูเม้าส์โดยมีประสิทธิภาพร้อยละ 75 ได้หนูไครเมราจำนวนสามตัวจากหนูเม้าส์สี่ตัว ผลการทดลองนี้สรุปได้ว่าเซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อนมีประสิทธิภาพในการเปลี่ยนแปลงไปเป็นเซลล์ชนิดต่างๆต่างกัน

คำสำคัญ: การเปลี่ยนแปลง เซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อน หนูเม้าส์ การกระตุ้นด้วยสารเคมี พลูริโพเท็นซี

Abstract

Derivation of embryonic stem (ES) cells from parthenogenetic embryos represents a possible alternativeapproach to create histocompatible cells for regenerative medicine. The objectives of this study were to establishmouse parthenogenetic ES (pES) cell lines from parthenogenetically-derived blastocysts as a model system for humanand animal research and to examine pluripotency differences among the pES cell lines. We are able to report thesuccessful establishment of four pluripotent pES cell lines from blastocysts of parthenogenetic origin (22% efficiencyof pES cell line establishment). Four pES cell lines (pES#1-4) exhibited a typical ES cell morphology and expression ofkey pluripotency markers (ALP, Oct4, Nanog and SSEA-1). Three of the four pES cell lines have shown a highpercentage of normal karyotype during long-term culture. Variability in the in vitro differentiation potential into celltypes of the 3 germ layers was observed among the different pES cell lines. Three of these (pES#1-3) exhibited ahigher efficiency towards endo-mesoderm differentiation, strongly expressed differentiation markers towards endomesodermlineage (α-fetoprotein; Flk-1; PECAM and collagen IV) than pES#4. Differentiation towards cardiac cellsresulted in all cell lines 33-100% of spontaneous beating cell clusters/well. Furthermore, following injection intoblastocysts pES#1 cells differentiated successfully in vivo into chimeric mice with an efficiency of 75% (three chimerasof four newborns). In conclusion, our results have demonstrated that there are major differences among pES lines intheir differentiation ability in vitro and that it was possible to generate chimera forming pES cell lines in mouse.

Keywords: differentiation, embryonic stem cells, mouse, parthenogenetic activation, pluripotency