Human embryonic stem (ES) cells are derived from the inner cell mass of the preimplantation embryo and have the capacity to differentiate into various types of cells in the body. Hence, these cells may potentially be an indefinite source of cells for cell therapy in various degenerative diseases including neuronal disorders. For clinical applications of human ES cells, directed differentiation of these cells would be necessary. The objective of this study is to develop the culture condition for the expansion of neural precursor cells derived from human ES cells. Human ES cells were able to differentiate into neural precursor cells upon a stepwise culture condition. Neural precursor cells were propagated up to 5000-fold in cell numbers over 12-week period of culture and evaluated for their characteristics. Expressions of sox1 and pax6 transcripts were dramatically up-regulated along the differentiation stages by RT-PCR analysis. In contrast, expressions of oct4 and nanog transcripts were completely disappeared in neural precursor cells. Expressions of nestin, pax6 and sox1 were also confirmed in neural precursor cells by immunocytochemical analysis. Upon differentiation, the expanded neural precursor cells differentiated into neurons, astrocytes, and oligodendrocytes. In immunocytochemical analysis, expressions of type III ${\beta}$-tubulin and MAP2ab were observed Presence of astrocytes and oligodendrocytes were also confirmed by expressions of GFAP and O4, respectively. Results of this study demonstrate the feasibility of long-term expansion of human ES cell-derived neural precursor cells in vitro, which can be a potential source of the cells for the treatment of neurodegenerative disorders.
In mammals, major progress has recently been made with the dissection of early embryonic cell specification, the isolation of stem cells from early embryos, and the production of embryonic-like stem cells from adult cells. These studies have overcome long-standing species barriers for stem cell isolation, have revealed a deeper than expected similarity of embryo cell types across species, and have led to a better understanding of the lineage identities of embryo-derived stem cells, most notably of mouse and human embryonic stem (ES) cells. Thus, it has now become possible to propose a species-overarching classification of embryo stem cells, which are defined here as pre- to early post-implantation conceptus-derived stem cell types that maintain embryonic lineage identities in vitro. The present article gives an overview of these cells and discusses their relationships with each other and the conceptus. Consequently, it is debated whether further embryo stem cell types await isolation, and the study of the earliest extraembryonically committed stem cells is identified as a promising new research field.
Yean Ju Hong;So been Lee;Joonhyuk Choi;Sang Hoon Yoon;Jeong Tae Do
International Journal of Stem Cells
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제15권1호
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pp.95-103
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2022
Background and Objectives: In recent years, brain organoid technologies have been the most innovative advance in neural differentiation research. In line with this, we optimized a method to establish cerebral organoids from feeder-free cultured human pluripotent stem cells. In this study, we focused on the consistent and robust production of cerebral organoids comprising neural progenitor cells and neurons. We propose an optimal protocol for cerebral organoid generation that is applicable to both human embryonic stem cells and human induced pluripotent stem cells. Methods and Results: We investigated formation of neuroepithelium, neural tube, and neural folding by observing the morphology of embryoid bodies at each stage during the cerebral organoid differentiation process. Furthermore, we characterized the cerebral organoids via immunocytochemical staining of sectioned organoid samples, which were prepared using a Cryostat and Vibratome. Finally, we established a routine method to generate early cerebral organoids comprising a cortical layer and a neural progenitor zone. Conclusions: We developed an optimized methodology for the generation of cerebral organoids using hESCs and hiPSCs. Using this protocol, consistent and efficient cerebral organoids could be obtained from hiPSCs as well as hESCs. Further, the morphology of brain organoids could be analyzed through 2D monitoring via immunostaining and tissue sectioning, or through 3D monitoring by whole tissue staining after clarification.
Microfluidics can provide unique experimental tools to visualize the development of neural structures within a microscale device, which is followed by guidance of neurite growth in the axonal isolation compartment. We utilized microfluidics technology to monitor the differentiation and migration of neural cells derived from human embryonic stem cells (hESCs). We co-cultured hESCs with PA6 stromal cells, and isolated neural rosette-like structures, which subsequently formed neurospheres in suspension culture. Tuj1-positive neural cells, but not nestin-positive neural precursor cells (NPCs), were able to enter the microfluidics grooves (microchannels), suggesting that neural cell-migratory capacity was dependent upon neuronal differentiation stage. We also showed that bundles of axons formed and extended into the microchannels. Taken together, these results demonstrated that microfluidics technology can provide useful tools to study neurite outgrowth and axon guidance of neural cells, which are derived from human embryonic stem cells.
Mesenchymal stem cells (MSCs) have the multipotent capacity and this potential can be applied for obtaining valuable cell types which can use for cell therapy on various regenerative diseases. However, insufficient availability of cellular source is the major problem in cell therapy field using adult stem cell sources. Recently, human embryonic stem cells (hESCs) have been highlighted to overcome a limitation of adult cellular sources because they retain unlimited proliferation capacity and pluripotency. To use of hESCs in cell therapy, above all, animal pathogen free culture system and purification of a specific target cell population to avoid teratoma formation are required. In this study, we describe the differentiation of a mesenchymal stem cell-like cells population from feeder-free cultured hESCs(hESC-MSCs) using direct induction system. hESC-MSCs revealed characteristics similar to MSCs derived from bone marrow, and undifferentiated cell markers were extremely low in hESC-MSCs in RT-PCR, immunostaining and FACS analyses. Thus, this study proffer a basis of effective generation of specialized human mesenchymal stem cell types which can use for further clinical applications, from xenofree cultured hESCs using direct induction system.
Kim, Young-Eun;Park, Jeong-A;Ha, Yang-Wha;Park, Sang-Kyu;Kim, Hee Sun;Oh, Sun Kyung;Lee, Younghee
한국발생생물학회지:발생과생식
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제16권4호
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pp.353-361
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2012
Human embryonic stem (ES) cells are a potential source of cells for developmental studies and for a variety of applications in transplantation therapies and drug discovery. However, human ES cells are difficult to culture and maintain at a large scale, which is one of the most serious obstacles in human ES cell research. Culture of human ES cells on MEF cells after disassociation with accutase has previously been demonstrated by other research groups. Here, we confirmed that human ES cells (H9) can maintain stem cell properties when the cells are passaged as single cells under a feeder-free culture condition. Accutase-dissociated human ES cells showed normal karyotype, stem cell marker expression, and morphology. We prepared frozen stocks during the culture period, thawed two of the human ES cell stocks, and analyzed the cells after culture with the same method. Although the cells revealed normal expression of stem cell marker genes, they had abnormal karyotypes. Therefore, we suggest that accutase-dissociated single cells can be usefully expanded in a feeder-free condition but chromosomal modification should be considered in the culture after freeze-thawing.
Human eyelid adipose-derived stem cells (hEAs) and amniotic mesenchymal stem cells (hAMs) are very valuable sources for the cell therapeutics. Both types of cells have a great proliferating ability in vitro and a multipotency to differentiate into adipocytes, osteoblasts and chondrocytes. In the present study, we evaluated their stem cell characteristics after long-time cryopreservation for 6, 12 and 24 months. When frozen-thawed cells were cultivated in vitro, their cumulative cell number and doubling time were similar to freshly prepared cells. Also they expressed stem cell-related genes of SCF, NANOG, OCT4, and TERT, ectoderm-related genes of NCAM and FGF5, mesoderm/endoderm-related genes of CK18 and VIM, and immune-related genes of HLA-ABC and ${\beta}$2M. Following differentiation culture in appropriate culture media for 2-3 weeks, both types of cells exhibited well differentiation into adipocyte, osteoblast, and chondrocyte, as revealed by adipogenic, osteogenic or chondrogenic-specific staining and related genes, respectively. In conclusion, even after long-term storage hEAs and hAMs could maintain their stem cell characteristics, suggesting that they might be suitable for clinical application based on stem cell therapy.
Ha, Young-Eun;Shin, Jin-Sup;Lee, Dong-Yun;Rhim, Tai-Youn
Bulletin of the Korean Chemical Society
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제33권6호
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pp.1983-1988
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2012
Stem cell transplantation is emerging as a possible new treatment for liver cirrhosis, and recent animal studies have documented the benefits of stem cell therapy in a hepatic fibrosis model. However, the underlying mechanism of stem cell therapy is still unclear. Among the proposed mechanisms, the cell replacement mechanism is the oldest and most important, in which permanently damaged tissue can be replaced by normal tissue to restore function. In the present study, Cy5.5-labeled superparamagnetic iron oxide (SPIO) was used to label human mesenchymal stem cells. The uptake of fluorescently labeled nanoparticles enabled the detection and monitoring of the transplanted stem cells; therefore, we confirmed the direct incorporation and differentiation of SPIO into the hepatocyte-like transplanted stem cells by detecting human tyrosine aminotransferase (TAT), well-known enzymatic marker for hepatocyte-specific differentiation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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