Embryonic stem cells (ESCs) and induced pluripotent stem cells (iPSCs) have been used as promising tools for regenerative medicine, disease modeling, and drug screening. Traditional and common strategies for pluripotent stem cell (PSC) differentiation toward disease-relevant cell types depend on sequential treatment of signaling molecules identified based on knowledge of developmental biology. However, these strategies suffer from low purity, inefficiency, and time-consuming culture conditions. A growing body of recent research has shown efficient cell fate reprogramming by forced expression of single or multiple transcription factors. Here, we review transcription factor-directed differentiation methods of PSCs toward neural, muscle, liver, and pancreatic endocrine cells. Potential applications and limitations are also discussed in order to establish future directions of this technique for therapeutic purposes.
Neural cell survival is an essential concern in the aging brain and many diseases of the central nervous system. Neural transplantation of the stem cells are already applied to clinical trials for many degenerative neurological diseases, including Huntington's disease, Parkinson's disease, and strokes. A critical problem of the neural transplantation is how to reduce their apoptosis and improve cell survival. Neurotrophic factors generally contribute as extrinsic cues to promote cell survival of specific neurons in the developing mammalian brains, but the survival factor for neural stem cell is poorly defined. To understand the mechanism controlling stem cell death and improve cell survival of the transplanted stem cells, we investigated the effect of plausible neurotrophic factors on stem cell survival. The neural stem cell, HiB5, when treated with PDGF prior to transplantation, survived better than cells without PDGF. The resulting survival rate was two fold for four weeks and up to three fold for twelve weeks. When transplanted into dorsal hippocampus, they migrated along hippocampal alveus and integrated into pyramidal cell layers and dentate granule cell layers in an inside out sequence, which is perhaps the endogenous pathway that is similar to that in embryonic neurogenesis. Promotion of the long term-survival and differentiation of the transplanted neural precursors by PDGF may facilitate regeneration in the aging adult brain and probably in the injury sites of the brain.
Jin Saem Lee;Jeoung Eun Lee;Shin-Hye Yu;Taehoon Chun;Mi-Yoon Chang;Dong Ryul Lee;Chang-Hwan Park
International Journal of Stem Cells
/
v.17
no.1
/
pp.59-69
/
2024
Human pluripotent stem cells (hPSCs) such as human embryonic stem cells (hESCs), induced pluripotent stem cells, and somatic cell nuclear transfer (SCNT)-hESCs can permanently self-renew while maintaining their capacity to differentiate into any type of somatic cells, thereby serving as an important cell source for cell therapy. However, there are persistent challenges in the application of hPSCs in clinical trials, where one of the most significant is graft rejection by the patient immune system in response to human leukocyte antigen (HLA) mismatch when transplants are obtained from an allogeneic (non-self) cell source. Homozygous SCNT-hESCs (homo-SCNT-hESCs) were used to simplify the clinical application and to reduce HLA mismatch. Here, we present a xeno-free protocol that confirms the efficient generation of neural precursor cells in hPSCs and also the differentiation of dopaminergic neurons. Additionally, there was no difference when comparing the HLA expression patterns of hESC, homo-SCNT-hESCs and hetero-SCNT-hESCs. We propose that there are no differences in the differentiation capacity and HLA expression among hPSCs that can be cultured in vitro. Thus, it is expected that homo-SCNT-hESCs will possess a wider range of applications when transplanted with neural precursor cells in the context of clinical trials.
Park, Ki-Youb;Oh, Hyun-Chang;Lee, Ji-Yong;Kim, Man Su
Journal of Life Science
/
v.27
no.6
/
pp.623-631
/
2017
In the subventricular zone (SVZ) and the subgranular zone of the brain, neurogenesis occurs throughout one's lifespan. Neural stem cells (NSCs) in these regions divide to maintain their stem cell pools as well as differentiate into neurons and glial cells. To monitor cell division, a thymidine analogue such as 5-ethynyl-2'-deoxyuridine (EdU) has been used. In some cases, EdU was applied to label newly born neurons. Here, we report about the effects of EdU on the proliferation and differentiation of NSCs cultured from mouse SVZ. First, when NSCs were cultured in a proliferation medium containing EdU for 24 hr, they did not generate any neurons under the following differentiation conditions. When EdU was applied to the proliferating NSCs for 1 hr prior to differentiation, neurogenesis was still substantially reduced. Second, EdU decreased cell proliferation of NSCs in dose- and time-dependent manners. Finally, EdU inhibited differentiation into oligodendrocyte lineage, while the number of glial fibrillary acidic protein (GFAP)-positive astrocytes increased. To our knowledge, these findings are the first to show the effects of EdU on the differentiation of SVZ NSCs and suggest that cell division is necessary for differentiation into neurons and oligodendrocytes.
Objective: This study was to examine the in vitro neural cell differentiation patterns of human embryonic stem (hES) cells following treatment of various neurotrophic factors [basic fibroblast growth factor (bFGF), retinoic acid (RA), brain derived neurotrophic factor (BDNF) and transforming growth factor (TGF)-$\alpha$], particulary in dopaminergic neuron formation. Methods: The hES cells were induced to differentiate by bFGF and RA. Group I) In bFGF induction method, embryoid bodies (EBs, for 4 days) derived from hES were plated onto gelatin dish, selected for 8 days in ITSFn medium and expanded at the presence of bFGF (10 ng/ml) for another 6 days followed by a final differentiation in N2 medium for 7, 14 and 21 days. Group II) For RA induction, EBs were exposed of RA ($10^{-6}M$) for 4 days and allowed to differentiate in N2 medium for 7, 14 and 21 days. Group III) To examine the effects of additional neurotrophic factors, bFGF or RA induced cells were exposed to either BDNF (10 ng/ml) or TGF-$\alpha$ (10 ng/ml) during the 21 days of final differentiation. Neuron differentiation and dopamine secretion were examined by indirect immunocytochemistry and HPLC, respectively. Results: The bFGF or RA treated hES cells were resulted in similar neural cell differentiation patterns at the terminal differentiation stage, specifically, 75% neurons and 11% glial cells. Additionally, treatment of hES cells with BDNF or TGF-$\alpha$ during the terminal differentiation stage led to significantly increased tyrosine hydroxylase (TH) expression of a dopaminergic neuron marker, compared to control (p<0.05). In contrast, no effect was observed on the rate of mature neuron (NF-200) or glutamic acid decarboxylase-positive neurons. Immunocytochemistry and HPLC analyses revealed the higher levels of TH expression (20.3%) and dopamine secretion (265.5 $\pm$ 62.8 pmol/mg) in bFGF and TGF-sequentially treated hES cells than those in $\alpha$ RA or BDNF treated hES cells. Conclusion: These results indicate that the generation of dopamine secretory neurons from in vitro differentiated hES cells can be improved by TGF-$\alpha$ addition in the bFGF induction protocol.
The ultrastructural change of sciatic nerve and immunohistochemical changes of NGF, PCNA were studied at the transplanted segment of intravascular cultured neural stem cell in the rat sciatic nerve by 5 months after the sciatic nerve transection. The transplanted intravascular neural stem cells were differentiated into Schwann reals at the 20th day and these cells began to regenerate by the proliferation and hypertrophy. There were many remyelinating Schwann cells in the transplanted nerve in term of stimulation. According to NGF finding, we suggest preexisting Schwann cells may induce the differentiation of neural stem cells into regenerating Schwann cells. Electron microscopic changes were the remyelinating appearance, the increase of intraaxonal microtubules and enlarged mitochondria and contacting tell processes each other.
Neural stem/precursor derived from pluripotent human embryonic stem cells (hESCs) has considerable therapeutic potential due to their ability to generate various neural cells which can be used in cell-replacement therapies for neurodegenerative diseases. However, production of neural cells from hESCs remains technically very difficult. Understanding neural-tube like rosette characteristic neural precursor cells from hESCs may provide useful information to increase the efficiency of hESC neural differentiation. Generally, neural rosettes were derived from differentiating hEBs in attached culture system, however this is time-consuming and complicated. Here, we examined if neural rosettes could be formed in suspension culture system by bypassing attachment requirement. First, we tested whether the size of hESC clumps affected the formation of human embryonic bodies (hEBs) and neural differentiation. We confirmed that hEBs derived from $500{\times}500\;{\mu}m$ square sized hESC clumps were effectively differentiated into neural lineage than those of the other sizes. To induce the rosette formation, regular size hEBs were derived by incubation of hESC clumps($500{\times}500\;{\mu}m$) in EB medium for 1 wk in a suspended condition on low attachment culture dish and further incubated for additional $1{\sim}2$ wks in neuroectodermal sphere(NES)-culture medium. We observed the neural tube-like rosette structure from hEBs after $7{\sim}10$ days of differentiation. Their identity as a neural precursor cells was assessed by measuring their expressions of neural precursor markers(Vimentin, Nestin, MSI1, MSI2, Prominin-1, Pax6, Sox1, N-cadherin, Otx2, and Tuj1) by RT-PCR and immunofluorescence staining. We also confirmed that neural rosettes could be terminally differentiated into mature neural cell types by additional incubation for $2{\sim}6$ wks with NES medium without growth factors. Neuronal(Tuj1, MAP2, GABA) and glial($S100{\beta}$ and GFAP) markers were highly expressed after $2{\sim}3$ and 4 wks of incubation, respectively. Expression of oligodendrocyte markers O1 and CNPase was significantly increased after $5{\sim}6$ wks of incubation. Our results demonstrate that rosette forming neural precursor cells could be successfully derived from suspension culture system and that will not only help us understand the neural differentiation process of hESCs but also simplify the derivation process of neural precursors from hESCs.
Background: The human mic2 gene is a pseudoautosomal gene that encodes a cell surface antigen, CD99. High levels of CD99 constitute a tumor marker in Ewing s sarcoma (ES). We have recently demonstrated that CD99-induced apoptosis occurs only in undifferentiated ES cells, not in differentiated ES cells, raising the possibility of the involvement of CD99 in neural ontogeny. Methods: To elucidate the relations between the expression of CD99 and the differentiation of neural cells and the mechanism by which the expression of CD99 is regulated, we analyzed the differential patterns of CD99 expression in SH-SY5Y by treatment of 12-O-tetradecanoyl-13-phorbol acetate (TPA) and retinoic acid. In addition, to explore the transcriptional activity of CD 99 during neural cell differentiation, SH-SY5Y cells were transiently transfected with a CD99 promoter-driven luciferase construct, and treated with the inducers. Results: In immunoblotting and flow cytometry, the expression level of CD99 was increased on differentiated SH-SY5Y cells induced by TPA and retinoic acid. The luciferase activity was elevated by the treatment with TPA, known to mature SH-SY5Y cells toward a sympathetic neuronal lineage, whereas retinoic acid inducing a sympathetic chromaffin lineage displayed little effect. Conclusion: The result indicates that CD99 might be expressed only on cells maturing toward a neuronal lineage among differentiating primitive neuronal cells. In addition, the expression of CD99 seems to be regulated at the transcriptional level during the differentiation.
This study was to examine whether the in vitro differentiated neural cells derived from human embryonic stem (hES, MB03) cells can be survived and expressed tyrosin hydroxylase(TH) in grafted normal or PD rat brain. To differentiate in vitro into neural cells, embryoid bodies (EB: for 5 days, without mitogen) were formed from hES cells, neural progenitor cells(neurosphere, for 7-10 days, 20 ng/㎖ of bFGF added N2 medium) were produced from EB, and then finally neurospheres were differentiated into mature neuron cells in N2 medium(without bFGF) for 2 weeks. In normal rat brain, neural progenitor cells or mature neuron cells (1×10/sup 7/ cells/㎖) were grafted to the striatum of normal rats. After 2 weeks, when the survival of grafted hES cells was examined by immunohistochemical analysis, the neural progenitor cell group indicated higher BrdU, NeuN+, MAP2+ and GFAP+ than mature neuron cell group in grafted sites of normal rats. This result demonstrated that the in vivo differentiation of grafted hES cells be increased simultaneously in both of neuronal and glial cell type. Also, neural progenitor cell grafted normal rats expressed more TH pattern than mature neuron cells. Based on this data, as a preliminary test, when the neural progenitor cells were grafted into the striatum of 6-hydroxydopamine lesioned PD rats, we confirmed the cell survival (by double staining of Nissl and NeuN) and TH expression. This result suggested that in vitro differentiated neural progenitor cells derived from hES cells are more usable than mature neuron cells for the neural cell grafting in animal model and those grafted cells were survived and expressed TH in normal or PD rat brain.
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.