The generation of human induced pluripotent stem cells (iPSCs) from somatic cells using gene transfer opens new areas for precision medicine with personalized cell therapy and encourages the discovery of essential platforms for targeted drug development. iPSCs retain the genome of the donor, may regenerate indefinitely, and undergo differentiation into virtually any cell type of interest using a range of published protocols. There has been enormous interest among researchers regarding the application of iPSC technology to regenerative medicine and human disease modeling, in particular, modeling of neurologic diseases using patient-specific iPSCs. For instance, Parkinson's disease, Alzheimer's disease, and spinal cord injuries may be treated with iPSC therapy or replacement tissues obtained from iPSCs. In this review, we discuss the work so far on generation and characterization of iPSCs and focus on recent advances in the use of human iPSCs in clinical setting.
Techniques to evaluate gene expression profiling, such as sufficiently sensitive cDNA microarrays or real-time quantitative PCR, are efficient methods for monitoring human pluripotent stem cell (hESC/iPSC) cultures. However, most of these high-throughput tests have a limited use due to high cost, extended turn-around time, and the involvement of highly specialized technical expertise. Hence, there is an urgency of rapid, cost-effective, robust, yet sensitive method development for routine screening of hESCs/hiPSCs. A critical requirement in hESC/hiPSC cultures is to maintain a uniform undifferentiated state and to determine their differentiation capacity by showing the expression of gene markers representing all three germ layers, including ectoderm, mesoderm, and endoderm. To quantify the modulation of gene expression in hESCs/hiPSC during their propagation, expansion, and differentiation via embryoid body (EB) formation, we developed a simple, rapid, inexpensive, and definitive multimarker, semiquantitative multiplex RT-PCR platform technology. Among the 9 gene primers tested, 5 were pluripotent markers comprising set 1, and 3 lineage-specific markers were combined as set 2, respectively. We found that these 2 sets were not only effective in determining the relative differentiation in hESCs/hiPSCs, but were easily reproducible. In this study, we used the hES/hiPS cell lines to standardize the technique. This multiplex RT-PCR assay is flexible and, by selecting appropriate reporter genes, can be designed for characterization of different hESC/hiPSC lines during routine maintenance and directed differentiation.
The capacity of differentiation of human pluripotent stem cells (hPSCs), which include both embryonic stem cells and induced pluripotent stem cells, into cardiomyocytes (CMs) in vitro provides an unlimited resource for human CMs for a wide range of applications such as cell based cardiac repair, cardiac drug toxicology screening, and human cardiac disease modeling. However, their applicability is significantly limited by immature phenotypes. It has been well known that currently available CMs derived from hPSCs (hPSC-CMs) represent immature embryonic or fetal stage CMs and are functionally and structurally different from mature human CMs. To overcome this critical issue, several new approaches aiming to generate more mature hPSC-CMs have been developed. This review describes recent approaches to generate more mature hPSC-CMs including their scientific principles, advantages, and limitations.
Embryonic stem cells (ESCs) and induced pluripotent stem cells (iPSCs), which are collectively called pluripotent stem cells (PSCs), have emerged as a promising source for regenerative medicine. Particularly, human pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes (hPSC-CMs) have shown robust potential for regenerating injured heart. Over the past two decades, protocols to differentiate hPSCs into CMs at high efficiency have been developed, opening the door for clinical application. Studies further demonstrated therapeutic effects of hPSC-CMs in small and large animal models and the underlying mechanisms of cardiac repair. However, gaps remain in explanations of the therapeutic effects of engrafted hPSC-CMs. In addition, bioengineering technologies improved survival and therapeutic effects of hPSC-CMs in vivo. While most of the original concerns associated with the use of hPSCs have been addressed, several issues remain to be resolved such as immaturity of transplanted cells, lack of electrical integration leading to arrhythmogenic risk, and tumorigenicity. Cell therapy with hPSC-CMs has shown great potential for biological therapy of injured heart; however, more studies are needed to ensure the therapeutic effects, underlying mechanisms, and safety, before this technology can be applied clinically.
Human pluripotent stem cells (hPSCs) include human embryonic stem cells (hESCs) derived from blastocysts and human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) generated from somatic cell reprogramming. Due to their self-renewal ability and pluripotent differentiation potential, hPSCs serve as an excellent experimental platform for human development, disease modeling, drug screening, and cell therapy. Traditionally, hPSCs were considered to form a homogenous population. However, recent advances in single cell technologies revealed a high degree of variability between individual cells within a hPSC population. Different types of heterogeneity can arise by genetic and epigenetic abnormalities associated with long-term in vitro culture and somatic cell reprogramming. These variations initially appear in a rare population of cells. However, some cancer-related variations can confer growth advantages to the affected cells and alter cellular phenotypes, which raises significant concerns in hPSC applications. In contrast, other types of heterogeneity are related to intrinsic features of hPSCs such as asynchronous cell cycle and spatial asymmetry in cell adhesion. A growing body of evidence suggests that hPSCs exploit the intrinsic heterogeneity to produce multiple lineages during differentiation. This idea offers a new concept of pluripotency with single cell heterogeneity as an integral element. Collectively, single cell heterogeneity is Janus-faced in hPSC function and application. Harmful heterogeneity has to be minimized by improving culture conditions and screening methods. However, other heterogeneity that is integral for pluripotency can be utilized to control hPSC proliferation and differentiation.
Park, Jongjin;Lee, Dong Gwang;Lee, Na Geum;Kwon, Min-Gi;Son, Yeon Sung;Son, Mi-Young;Bae, Kwang-Hee;Lee, Jangwook;Park, Jong-Gil;Lee, Nam-Kyung;Min, Jeong-Ki
BMB Reports
/
제55권3호
/
pp.142-147
/
2022
Human pluripotent stem cells (PSCs) have been utilized as a promising source in regenerative medicine. However, the risk of teratoma formation that comes with residual undifferentiated PSCs in differentiated cell populations is most concerning in the clinical use of PSC derivatives. Here, we report that a monoclonal antibody (mAb) targeting PSCs could distinguish undifferentiated PSCs, with potential teratoma-forming activity, from differentiated PSC progeny. A panel of hybridomas generated from mouse immunization with H9 human embryonic stem cells (hESCs) was screened for ESC-specific binding using flow cytometry. A novel mAb, K312, was selected considering its high stem cell-binding activity, and this mAb could bind to several human induced pluripotent stem cells and PSC lines. Cell-binding activity of K312 was markedly decreased as hESCs were differentiated into embryoid bodies or by retinoic acid treatment. In addition, a cell population negatively isolated from undifferentiated or differentiated H9 hESCs via K312 targeting showed a significantly reduced expression of pluripotency markers, including Oct4 and Nanog. Furthermore, K312-based depletion of pluripotent cells from differentiated PSC progeny completely prevented teratoma formation. Therefore, our findings suggest that K312 is utilizable in improving stem cell transplantation safety by specifically distinguishing residual undifferentiated PSCs.
Because the average human life span has recently increased, the number of patients who are diagnosed with neurodegenerative diseases has escalated. Recent advances in stem cell research have given us access to unlimited numbers of multi-potent or pluripotent cells for screening for new drugs for neurodegenerative diseases. Neural stem cells (NSCs) are a good model with which to screen effective drugs that increase neurogenesis. Recent technologies for human embryonic stem cells (ESCs) or induced pluripotent stem cells (iPSCs) can provide human cells that harbour specific neurodegenerative disease. This article discusses the use of NSCs, ESCs and iPSCs for neurodegenerative drug screening and toxicity evaluation. In addition, we introduce drugs or natural products that are recently identified to affect the stem cell fate to generate neurons or glia.
The discovery of human pluripotent stem cells (PSCs) at the turn of the century opened the door to a new generation of regenerative medicine research. Among PSCs, the donors available for induced pluripotent stem cells (iPSCs) are greatest, providing a potentially universal cell source for all types of cell therapies including cancer immunotherapies using natural killer (NK cells). Unlike primary NK cells, those prepared from iPSCs can be prepared with a homogeneous quality and are easily modified to exert a desired response to tumor cells. There already exist several protocols to genetically modify and differentiate iPSCs into NK cells, and each has its own advantages with regards to immunotherapies. In this short review, we detail the benefits of using iPSCs in NK cell immunotherapies and discuss the challenges that must be overcome before this approach becomes mainstream in the clinic.
Human pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes (hPSC-CMs) have great potential in applications such as regenerative medicine, cardiac disease modeling, and in vitro drug evaluation. However, hPSC-CMs are immature, which limits their applications. During development, the maturation of CMs is accompanied by a decline in their proliferative capacity. This phenomenon suggests that regulating the cell cycle may facilitate the maturation of hPSC-CMs. Aurora kinases are essential kinases that regulate the cell cycle, the role of which is not well studied in hPSC-CM maturation. Here, we demonstrate that CYC116, an inhibitor of Aurora kinases, significantly promotes the maturation of CMs derived from both human embryonic stem cells (H1 and H9) and iPSCs (induced PSCs) (UC013), resulting in increased expression of genes related to cardiomyocyte function, better organization of the sarcomere, increased sarcomere length, increased number of mitochondria, and enhanced physiological function of the cells. In addition, a number of other Aurora kinase inhibitors have also been found to promote the maturation of hPSC-CMs. Our data suggest that blocking aurora kinase activity and regulating cell cycle progression may promote the maturation of hPSC-CMs.
Park, Si-Jun;Shin, Mi-Jung;Seo, Byoung-Boo;Park, Hum-Dai;Yoon, Du-Hak;Ryoo, Zae-Young
Reproductive and Developmental Biology
/
제35권4호
/
pp.449-455
/
2011
Induced pluripotent stem (iPS) cells have been generated from mouse and human somatic cells by etopic expression of transcription factors. iPS cells are indistinguishable from ES cells in terms of morphology and stem cell marker expression. Moreover, mouse iPS cells give rise to chimeric mice that are competent for germline transmission. However, mice derived from iPS cells often develop tumors. Furthermore, the low efficiency of iPS cell generation is a big disadvantage for mechanistic studies. Nonviral plasmid.based vectors are free of many of the drawbacks that constrain viral vectors. The histone deacetylase inhibitor valproic acid (VPA) has been shown to improve the efficiency of mouse and human iPS cell generation, and vitamin C (Vc) accelerates gene expression changes and establishment of the fully reprogrammed state. The MEK inhibitor PD0325901 (Stemgent) has been shown to increase the efficiency of the reprogramming of human primary fibroblasts into iPS cells. In this report, we described the generation of mouse iPS cells devoid of exogenous DNA by the simple transient transfection of a nonviral vector carrying 2A-peptide-linked reprogramming factors. We used VPA, Vc, and the MEK inhibitor PD0325901 to increase the reprogramming efficiency. The reprogrammed somatic cells expressed pluripotency markers and formed EBs.
본 웹사이트에 게시된 이메일 주소가 전자우편 수집 프로그램이나
그 밖의 기술적 장치를 이용하여 무단으로 수집되는 것을 거부하며,
이를 위반시 정보통신망법에 의해 형사 처벌됨을 유념하시기 바랍니다.
[게시일 2004년 10월 1일]
이용약관
제 1 장 총칙
제 1 조 (목적)
이 이용약관은 KoreaScience 홈페이지(이하 “당 사이트”)에서 제공하는 인터넷 서비스(이하 '서비스')의 가입조건 및 이용에 관한 제반 사항과 기타 필요한 사항을 구체적으로 규정함을 목적으로 합니다.
제 2 조 (용어의 정의)
① "이용자"라 함은 당 사이트에 접속하여 이 약관에 따라 당 사이트가 제공하는 서비스를 받는 회원 및 비회원을
말합니다.
② "회원"이라 함은 서비스를 이용하기 위하여 당 사이트에 개인정보를 제공하여 아이디(ID)와 비밀번호를 부여
받은 자를 말합니다.
③ "회원 아이디(ID)"라 함은 회원의 식별 및 서비스 이용을 위하여 자신이 선정한 문자 및 숫자의 조합을
말합니다.
④ "비밀번호(패스워드)"라 함은 회원이 자신의 비밀보호를 위하여 선정한 문자 및 숫자의 조합을 말합니다.
제 3 조 (이용약관의 효력 및 변경)
① 이 약관은 당 사이트에 게시하거나 기타의 방법으로 회원에게 공지함으로써 효력이 발생합니다.
② 당 사이트는 이 약관을 개정할 경우에 적용일자 및 개정사유를 명시하여 현행 약관과 함께 당 사이트의
초기화면에 그 적용일자 7일 이전부터 적용일자 전일까지 공지합니다. 다만, 회원에게 불리하게 약관내용을
변경하는 경우에는 최소한 30일 이상의 사전 유예기간을 두고 공지합니다. 이 경우 당 사이트는 개정 전
내용과 개정 후 내용을 명확하게 비교하여 이용자가 알기 쉽도록 표시합니다.
제 4 조(약관 외 준칙)
① 이 약관은 당 사이트가 제공하는 서비스에 관한 이용안내와 함께 적용됩니다.
② 이 약관에 명시되지 아니한 사항은 관계법령의 규정이 적용됩니다.
제 2 장 이용계약의 체결
제 5 조 (이용계약의 성립 등)
① 이용계약은 이용고객이 당 사이트가 정한 약관에 「동의합니다」를 선택하고, 당 사이트가 정한
온라인신청양식을 작성하여 서비스 이용을 신청한 후, 당 사이트가 이를 승낙함으로써 성립합니다.
② 제1항의 승낙은 당 사이트가 제공하는 과학기술정보검색, 맞춤정보, 서지정보 등 다른 서비스의 이용승낙을
포함합니다.
제 6 조 (회원가입)
서비스를 이용하고자 하는 고객은 당 사이트에서 정한 회원가입양식에 개인정보를 기재하여 가입을 하여야 합니다.
제 7 조 (개인정보의 보호 및 사용)
당 사이트는 관계법령이 정하는 바에 따라 회원 등록정보를 포함한 회원의 개인정보를 보호하기 위해 노력합니다. 회원 개인정보의 보호 및 사용에 대해서는 관련법령 및 당 사이트의 개인정보 보호정책이 적용됩니다.
제 8 조 (이용 신청의 승낙과 제한)
① 당 사이트는 제6조의 규정에 의한 이용신청고객에 대하여 서비스 이용을 승낙합니다.
② 당 사이트는 아래사항에 해당하는 경우에 대해서 승낙하지 아니 합니다.
- 이용계약 신청서의 내용을 허위로 기재한 경우
- 기타 규정한 제반사항을 위반하며 신청하는 경우
제 9 조 (회원 ID 부여 및 변경 등)
① 당 사이트는 이용고객에 대하여 약관에 정하는 바에 따라 자신이 선정한 회원 ID를 부여합니다.
② 회원 ID는 원칙적으로 변경이 불가하며 부득이한 사유로 인하여 변경 하고자 하는 경우에는 해당 ID를
해지하고 재가입해야 합니다.
③ 기타 회원 개인정보 관리 및 변경 등에 관한 사항은 서비스별 안내에 정하는 바에 의합니다.
제 3 장 계약 당사자의 의무
제 10 조 (KISTI의 의무)
① 당 사이트는 이용고객이 희망한 서비스 제공 개시일에 특별한 사정이 없는 한 서비스를 이용할 수 있도록
하여야 합니다.
② 당 사이트는 개인정보 보호를 위해 보안시스템을 구축하며 개인정보 보호정책을 공시하고 준수합니다.
③ 당 사이트는 회원으로부터 제기되는 의견이나 불만이 정당하다고 객관적으로 인정될 경우에는 적절한 절차를
거쳐 즉시 처리하여야 합니다. 다만, 즉시 처리가 곤란한 경우는 회원에게 그 사유와 처리일정을 통보하여야
합니다.
제 11 조 (회원의 의무)
① 이용자는 회원가입 신청 또는 회원정보 변경 시 실명으로 모든 사항을 사실에 근거하여 작성하여야 하며,
허위 또는 타인의 정보를 등록할 경우 일체의 권리를 주장할 수 없습니다.
② 당 사이트가 관계법령 및 개인정보 보호정책에 의거하여 그 책임을 지는 경우를 제외하고 회원에게 부여된
ID의 비밀번호 관리소홀, 부정사용에 의하여 발생하는 모든 결과에 대한 책임은 회원에게 있습니다.
③ 회원은 당 사이트 및 제 3자의 지적 재산권을 침해해서는 안 됩니다.
제 4 장 서비스의 이용
제 12 조 (서비스 이용 시간)
① 서비스 이용은 당 사이트의 업무상 또는 기술상 특별한 지장이 없는 한 연중무휴, 1일 24시간 운영을
원칙으로 합니다. 단, 당 사이트는 시스템 정기점검, 증설 및 교체를 위해 당 사이트가 정한 날이나 시간에
서비스를 일시 중단할 수 있으며, 예정되어 있는 작업으로 인한 서비스 일시중단은 당 사이트 홈페이지를
통해 사전에 공지합니다.
② 당 사이트는 서비스를 특정범위로 분할하여 각 범위별로 이용가능시간을 별도로 지정할 수 있습니다. 다만
이 경우 그 내용을 공지합니다.
제 13 조 (홈페이지 저작권)
① NDSL에서 제공하는 모든 저작물의 저작권은 원저작자에게 있으며, KISTI는 복제/배포/전송권을 확보하고
있습니다.
② NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 상업적 및 기타 영리목적으로 복제/배포/전송할 경우 사전에 KISTI의 허락을
받아야 합니다.
③ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 보도, 비평, 교육, 연구 등을 위하여 정당한 범위 안에서 공정한 관행에
합치되게 인용할 수 있습니다.
④ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 무단 복제, 전송, 배포 기타 저작권법에 위반되는 방법으로 이용할 경우
저작권법 제136조에 따라 5년 이하의 징역 또는 5천만 원 이하의 벌금에 처해질 수 있습니다.
제 14 조 (유료서비스)
① 당 사이트 및 협력기관이 정한 유료서비스(원문복사 등)는 별도로 정해진 바에 따르며, 변경사항은 시행 전에
당 사이트 홈페이지를 통하여 회원에게 공지합니다.
② 유료서비스를 이용하려는 회원은 정해진 요금체계에 따라 요금을 납부해야 합니다.
제 5 장 계약 해지 및 이용 제한
제 15 조 (계약 해지)
회원이 이용계약을 해지하고자 하는 때에는 [가입해지] 메뉴를 이용해 직접 해지해야 합니다.
제 16 조 (서비스 이용제한)
① 당 사이트는 회원이 서비스 이용내용에 있어서 본 약관 제 11조 내용을 위반하거나, 다음 각 호에 해당하는
경우 서비스 이용을 제한할 수 있습니다.
- 2년 이상 서비스를 이용한 적이 없는 경우
- 기타 정상적인 서비스 운영에 방해가 될 경우
② 상기 이용제한 규정에 따라 서비스를 이용하는 회원에게 서비스 이용에 대하여 별도 공지 없이 서비스 이용의
일시정지, 이용계약 해지 할 수 있습니다.
제 17 조 (전자우편주소 수집 금지)
회원은 전자우편주소 추출기 등을 이용하여 전자우편주소를 수집 또는 제3자에게 제공할 수 없습니다.
제 6 장 손해배상 및 기타사항
제 18 조 (손해배상)
당 사이트는 무료로 제공되는 서비스와 관련하여 회원에게 어떠한 손해가 발생하더라도 당 사이트가 고의 또는 과실로 인한 손해발생을 제외하고는 이에 대하여 책임을 부담하지 아니합니다.
제 19 조 (관할 법원)
서비스 이용으로 발생한 분쟁에 대해 소송이 제기되는 경우 민사 소송법상의 관할 법원에 제기합니다.
[부 칙]
1. (시행일) 이 약관은 2016년 9월 5일부터 적용되며, 종전 약관은 본 약관으로 대체되며, 개정된 약관의 적용일 이전 가입자도 개정된 약관의 적용을 받습니다.