Новосибирск
Novosibirsk
Новосибирск
Novosibirsk
Новосибирск
Novosibirsk
Новосибирск
Novosibirsk
Наивные плюрипотентные стволовые клетки (ПСК) человека – новый многообещающий инструмент биомедицинских исследований, открывающий доступ к ранним программам эмбрионального развития и прорывным решениям задач регенеративной медицины. Препятствием на пути к эффективному внедрению наивных ПСК в биомедицину является отсутствие возможности получать длительно культивируемые генетически и эпигенетически стабильные линии наивных ПСК. Ранее было заявлено, что культуральная среда HENSM позволяет индуцировать и длительно поддерживать линии наивных плюрипотентных стволовых клеток человека. В рамках данной работы мы проверили возможность получать стабильные линии наивных ПСК с использованием среды HENSM. С помощью среды HENSM мы успешно перевели линию ICGi022-A (K7-4Lf) праймированных индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК) здорового донора в наивное состояние. Наивные ИПСК растут в форме сфероподобных колоний как на питающем слое клеток, так и без него. Полученные клетки сохранили экспрессию ключевых факторов плюрипотентности и одновременно активировали транскрипционную программу наивных ПСК, включающую экспрессию эндогенных ретровирусных элементов, генов-маркеров раннего эпибласта и генов, ассоциированных с тотипотентностью. Наивная линия ИПСК была способна дифференцироваться в производные трех первичных зародышевых листков, а также давать производные трофобласта. При культивировании наивных ИПСК в низкоадгезивных условиях наблюдалось спонтанное формирование трехмерных структур – бластоидов, морфологически напоминающих ранние бластоцисты человека. Х-хромосома, имевшая нарушения в неактивном статусе в исходной линии клеток, реактивировалась в наивных клетках и восстанавливала нормальное неактивное состояние при повторном переводе наивных клеток в праймированное состояние. Важно отметить, что наивные ИПСК продемонстрировали низкую способность к прямой направленной дифференцировке в эндотелиоциты, однако их компетентность давать зрелые эндотелиальные производные восстанавливалась после их возврата к праймированному состоянию, достигая эффективности, сопоставимой с таковой у исходных праймированных ИПСК. Таким образом, полученная линия наивных ИПСК обладает значительным потенциалом для исследования ранних стадий эмбриогенеза и других биомедицинских приложений, включая моделирование заболеваний. Тем не менее при длительном культивировании с использованием среды HENSM наивная линия ICGi022-A оказалась кариотипически нестабильной. Поскольку риск кариотипических аберраций при поддержании наивных ПСК сохраняется, в дальнейшем для получения надежных, кариотипически стабильных линий наивных плюрипотентных клеток необходимо совершенствование условий культивирования.
Naïve human pluripotent stem cells (PSCs) are a promising new tool in biomedical research. They provide access to the early embryonic development programmes and offer breakthrough solutions in regenerative medicine. However, the current inability to obtain long-term cultures of genetically and epigenetically stable naïve human PSC lines poses a challenge to their effective application in biomedicine. The recently proposed HENSM culture medium is claimed to enable the obtaining and long-term maintenance of naïve PSC lines. In this study, the potential of the HENSM medium for obtaining stable naïve human PSC lines was investigated. We successfully reset the primed induced pluripotent stem cell (iPSC) line ICGi022-A (K7-4Lf), derived from a healthy donor, to a naïve state using the HENSM medium. Naïve iPSCs grow in the form of dome-shaped colonies, both with and without a feeder layer of cells. The resulting cells retained expression of the key pluripotency factors and activated the naïve PSC transcriptional programme, including expression of endogenous retroviral elements, early epiblast marker genes and genes associated with totipotency. The naïve iPSC line was capable of differentiating into derivatives of the three primary germ layers, as well as producing trophoblast derivatives. Culturing naïve iPSCs in low-adhesion conditions resulted in the spontaneous formation of three-dimensional structures (blastoids) resembling early human blastocysts. The X chromosome, which was in an eroded inactive state in the original cell line, was reactivated in the naïve cells, but returned to its normal inactive state when the naïve cells were re-primed. Notably, naïve iPSCs demonstrated limited ability to directly differentiate into endothelial cells. However, their competence to give rise to mature endothelial derivatives was restored upon returning to the primed state, achieving comparable efficiency to the original primed iPSCs. Thus, the resulting naïve iPSC line has significant potential for studying the early stages of embryogenesis and for other biomedical applications, including disease modelling. However, the naïve ICGi022-A line proved to be karyotypically unstable during long-term cultivation using HENSM medium. As there is a risk of karyotypic aberrations during the maintenance of naïve PSCs, further improvement of the culture conditions is necessary to obtain reliable, karyotypically stable lines of naïve pluripotent cells.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.