1

Moving Stem Cell Research Forward:  The Need for Standardization 

 [0:00:00] Sean Sanders:  Hello  and  welcome  to  this  Science/AAAS  webinar.  My  name  is  Sean 

Sanders and I’m the commercial editor and webinar editor at Science.  Slide 1    In  today’s webinar, we’ll  be  covering  the  very  popular  and  sometimes 

controversial topic of stem cells. Stem cell research has the potential to significantly  impact  a  broad  range  of  life  science  endeavors  but  faces challenges  in  the  handling  of  cells  and  the  lack  of  automation  and standardization.  The  ability  to  control  differentiational  stem  cells  into specialized cell types with high yield and precision is a key success factor that will to a great extent determine the ultimate utility of such research. In this hour, our panelists will discuss the need for and progress towards a new  level of standardization and automation  in  the management and handling of stem cell cultures and their differentiated progeny. 

   With  me  today  I  have  three  top  scientists  who  all  have  extensive 

experience  in  this  field.  Firstly,  to my  left  is  Dr.  Ron McKay  from  the National  Institutes  of  Health  in  Bethesda,  Maryland;  next,  Dr.  Amy Wagers  from Harvard University  in  Boston, Massachusetts;  and  finally, Dr. Mark Noble with us from the University of Rochester Medical Center in Rochester, New York. Very warm welcome to all of you and thanks for taking the time to be here. 

   A reminder to everyone watching that you can see an enlarged version of 

the slides by clicking on the enlarge slides button located underneath the slide window of your web console. You can also download a PDF copy of all of the slides by using the download slides button.  If you're  joining us live, you can submit a question to the panel at any time by typing it into the ask‐a‐question box on the bottom left of your viewing console below the  video  screen  and  clicking  the  submit  button.  As  always,  please  do keep your questions short and to the point and we’ll do our best to get to as  many  of  them  as  possible  in  the  Q&A  session  following  the presentations. 

   Finally, thank you to Cyntellect for their sponsorship of today’s webinar.  Slide 2 

2

   It  now  gives me  great  pleasure  to  introduce  our  first  speaker  for  this 

webinar, Dr.  Ron McKay. Dr. McKay  received  a  B.Sc.  degree  and  Ph.D. from  the  University  of  Edinburgh  in  the  United  Kingdom,  where  he studied  under  the  tutelage  of  Edwin  Southern,  examining  DNA organization  and  chromosome  structure.  He  received  postdoctoral training at the University of Oxford and in 1978 he became a senior staff investigator at Cold Spring Harbor Laboratory. Dr. McKay was part of the Massachusetts  Institute  of  Technology  faculty  for  nine  years  before joining the National Institutes of Neurological Disorders and Stroke at the National  Institutes  of  Health  in  Bethesda,  Maryland  as  Chief  of  the Laboratory of Molecular Biology. His laboratory currently studies contact‐dependent  and  soluble  signals  that  control  the  proliferation  and differentiation of stem cells. 

   Welcome, Dr. McKay.  Dr. Ronald McKay:  Thank you.  Slide 3    Well, what  I’d  like  to do  is  I’d  like  to start by  introducing  two examples 

where  pluripotent  cells  have  been  used  to  generate  the  functional somatic cells, a cell of the body, and to demonstrate that these cells work in  animal models  of  disease.  And  in  the  first  one,  I’m  showing  you  a simple example taken from mouse embryonic stem cells where we make dopamine  neurons  in  the  laboratory  and  put  these  dopamine  neurons into  an  animal  where  the  dopamine  neurons  have  been  lesioned  to model Parkinson’s disease. 

   And  on  the  left  hand  side  of  the  image,  you  can  see  what  is  now 

considered  to  be  a  classic  experiment  setting  up  this model  by  Steve Dunnett when he was  in Cambridge  in the UK, and what Steve did here was he took  lesioned animals and you can see  in the green  lines  in that left hand  graph  that  if  you  graft  cells  that  the behavior of  the  animals corrected; and in one group of animals you can see that that four months after  the  graft, when  the  grafted  neurons were  again  lesioned with  a toxin that kills dopamine neurons, that the behavior of the animal again becomes pathological. 

   So  it’s quite clear  in  this example  that  this grafting experiment and  this 

behavioral measurement  is measuring  the  function  of  neurons  in  the body, but the neurons have been derived entirely  in the  laboratory and has had remarkable technical achievement. But to succeed in this kind of 

3

goal, we have to show that this kind of approach can also be used with human cells and we have  to  show  that we can  take human pluripotent cells and grow them  in a completely controlled way from the beginning, and that’s the subject that I want to discuss with you today. 

 Slide 4    So  in  the  next  image  here, what  you  can  see  is  an  example  of  taking 

human embryonic stem cells and we will make the assumption now that ES cells and IPS cells, reprogrammed cells, are very similar. So in this case, it’s human embryonic stem cells differentiated in the laboratory to make functional  pancreatic  cells  and  demonstrating  that  function  in  a  very simple way. 

   So here, the animals are again lesioned. The lesion makes them diabetic. 

If you look at the red line, you can see that the blood glucose levels go up and stay up after the lesion. But if you transplant these human cells into the animal, then you can see blood glucose levels recover. And again, in a very  similar way, when  you  take  out  the  graft  in  this  case,  the  blood glucose levels again become pathological. 

 [0:05:09]    So here’s an example showing that human ES cells can be controlled  to 

generate functional progeny, but what’s the problem? And the problem is that many of these cell types, these early cell types are hard to grow, and I’m just going to spend a couple of minutes showing you examples of what  the  problem  is  and  showing  you  some  examples  of  how  the solutions might be generated. 

   So if you look at the bottom panels on the slide, you can just immediately 

see  that  these  human  ES  cells  grow  as  colonies  and  the  colonies  have different morphologies. And  one  initially  learns  in  an  empirical  kind  of way what’s a good colony and a bad colony. 

   Now,  if you  look at different  lines and compare different  lines, you can 

show as is shown here that they have quite different properties.  Slide 5    Here we’re using the expression of a gene which controls p53, one of the 

key  stress  response  pathways  in  cells  and  you  can  see  that  these  two different  lines  have  very  different  levels  of  expression  of MDM2.  And there’s a consequence of  these pathways and  these cells so cells which 

4

have low levels of MDM2 have much greater tendency in our experience to acquire genetic changes which is showing in the middle of this image, which is a whole genome scan, and you can see that the BG01 cells quite commonly  acquire  chromosome  changes  characteristic  of  the  changes seen in tumors of these early human cells, teratocarcinomas. 

 Slide 6    Now,  it’s  also  true  that within  a  single  line,  you  can have  variations  in 

colonies and that’s shown here. And again, we’re using the p53 pathway and the transcription factor NANOG which is involved in the pluripotency control systems to demonstrate that within one dish and  looking at two colonies that you have very different conditions. 

   So  there’s  clearly  going  to  be  many  different  strategies  that  we’ve 

developed to overcome this kind of heterogeneity and control it, but one of  the  things  that we  clearly need  to know  is we  clearly need  to know more about  the cell  types  in  the early embryo and how many different types of pluripotent cell there are. 

 Slide 7    And  one  interesting  approach  to  this  is  being  to  use  mouse  early 

development  to  identify  a  pluripotent  cell  which  appears  to  be  the appropriate model for the human ES cell, which is actually rather distinct from  the  classic mouse ES  cell. And one of  the ways  it’s distinct,  it has completely  different  pathways  regulating  the  renewal  and  the differentiation of the cell from the mouse ES cell, and those pathways are much more similar to the human cell. 

   So one other thing that you can sort of gain from an image like this is that 

we’re  increasingly getting control of  the different cell  types  in  the early embryo.  Even  though  this  is  a  simplified  version, we’re  clearly making progress in that direction. 

 Slide 8    And  this  kind  of  control  is  leading  us  to  develop  very  new  and more 

precise ways of monitoring  the differentiated states. So on  the  left you can  see  what’s  the  sort  of  classic  teratoma  assay  where  you  can empirically see  these cells are generating many different cell  types. But on the right, we’re using global gene expression to monitor very precisely the  transitions  between  the  different  cells,  and  we’re  using  our 

5

understanding of the pathways controlling renewal and differentiation to move the cells very precisely through these states. 

 Slide 9    Now, if you take this kind of an idea and you apply it to human embryonic 

stem  cells,  what  you  can  see  in  this  image  is  first  of  all,  the  human embryonic stem cells shown  in the bottom  in this clustered diagram can be grown and analyzed by whole genome transcription studies and then just  in  the undifferentiated  state, you  can  see  that one  cell  line  ‐‐  let’s focus on TE03 as  it’s red ‐‐  is more similar to  itself by this measurement than it is to other lines. So that’s a step in the right direction. 

   And  in addition  in  this  image, what you see  is that TE03  is homozygous 

for a G/G mutation in MDM2, the p53 regulator that I introduced earlier; and  this  homozygosity  is  known  from  epidemiological  studies  that  are referenced here in this paper from a group I think now at Princeton that this mutation is known to regulate cancer risk. So you can see two things here, first of all that we can control the growth of the cells, and secondly that these cells in this state are potentially important tools to understand these cancer risk factors. 

 Slide 10    And  I want  to  end with  this  image  here.  So what we’re  doing  here  is 

we’re  taking  the  same kind of approach, whole genome  transcriptome, but now,  you’re  looking at  the way  ‐‐ our analysis of  cells grown here, human ES cells grown here in Bethesda at NIH over many, many passages and  that’s  indicated  in  the  table on  the  left, and  these  cells have been analyzed  in many different ways, which  is shown on the diagram on the left. 

 [0:10:15]    But let’s just focus on the data, so the data, our principle components 1, 

2, and 3 of the whole transcriptome of these human ES cells. And you can see  in these green dots that when we grow the cells here  in a standard way that this analysis shows that all the cells are behaving very similar to one another and we’ve included in this image data generated from other laboratories on  the  same  cells where presumably  the  conditions differ, and you can see here that it’s very important to grow the cells under one controlled set of conditions to make further progress. 

 

6

  The work  is done by my colleagues at NIH as was shown here, and  the main  point  I want  to make  is  that  if we’re  going  to  use  these  cells  in functional assays of  the  type  that  I  introduced you  to at  the beginning, then it’s very important to be able to control the starting point and that’s what’s indicated here. So I appreciate this opportunity to show you this. 

 Sean Sanders:  Great. Thank you so much, Dr. McKay.  Slide 11    Our next  speaker  today  is Dr. Amy Wagers. Dr. Wagers  completed her 

undergraduate degree  in biological  sciences at Northwestern University in  Evanston,  Illinois  followed  by  a  Ph.D.  at  the  Northwestern Medical School  in  the  area  of  immunology  and microbial  pathogenesis.  She  is currently  an  associate  professor  in  the  Department  of  Stem  Cell  and Regenerative Biology at Harvard University in Boston, Massachusetts and investigating  the section on developmental and stem cell biology at  the Joslin Diabetes  Center,  and  a  principal  faculty member  of  the Harvard Stem Cell Institute in Cambridge. Dr. Wagers directs a research laboratory that  focuses  on  defining  the  factors  and  mechanisms  regulating  the migration,  expansion,  and  regenerative  potential  of  blood‐forming  and muscle‐forming stem cells. 

   Welcome, Dr. Wagers.  Dr. Amy Wagers:  Thank you very much. So we’ve just heard a discussion of the challenges 

faced by attempts  to direct  the differentiation of pluripotent stem cells and I’m going to spend my time talking about a different subset of stem cells and  these are stem cells  that are specific  for  the differentiation of particular tissue types. 

 Slide 12    These cells may  in some ways address some of these problems because 

they  have  within  them  intrinsic  programs  that  direct  them  along  the development of particular types of cells. These tissue‐specific stem cells also address  sort of classical problem  in development which  is  that  the adoption  of  a  multicellular  body  plan  requires  that  cells  become specialized. 

 Slide 13    This  specialization  of  cell  types  in many  cases  causes  cells  to  lose  the 

capacity to reproduce themselves. 

7

 Slide 14    And what  this means  is  that when  these  cells  are  lost due  to  injury or 

disease,  if  the body  is going  to  replace  them,  they have  to be  replaced from unspecialized precursor cells that retain this capacity to reproduce themselves. 

 Slide 15    And  in  many  tissues,  though  probably  not  all,  stem  cells  fulfill  this 

function of  serving as  replacements  for  cells  that are  lost or exhausted during the normal process of tissue function. 

 Slide 16‐17    And this is because of course because they retain the two very important 

properties of self‐renewal and differentiation.  Slide 18    And  these properties  then makes  themselves  interesting and promising 

targets  for  experimental  approaches  and  clinical  approaches  in regenerative  medicine,  not  only  through  the  classical  sense  of  cell transplantation  to  replace  cells  that  are  lost,  but  also  by  providing  a model  for  understanding  the  normal  process  of  development  and  the pathological processes of disease. And  then  finally, an  interest  that has become  particularly  compelling  in my  laboratory,  trying  to  understand how  these  cells  normally maintain  regenerative  processes  in  the  body and  being  able  to manipulate  those  cells  that  are  actually  still  present endogenously in tissues in order to tailor regenerative response or boost the regenerative response when one is lacking. 

 Slide 19‐23    So all  stem  cell  types, both embryonic,  fetal, and adult are  likely  to be 

important in these types of regenerative medicine approaches.  Slide 24    What’s  important  again  to  consider  about  tissue‐specific  stem  cells  in 

particular  is  that as depicted here  in  this chart, which gives a really still incomplete listing of known and studied tissue‐specific stem cell types, is 

8

that they are in fact restricted in the types of cells they can produce upon differentiation. 

 Slide 25    In specific, unlike embryonic or induced pluripotent stem cells which are 

pluripotent and can give rise to any cell in the body, these tissue‐specific stem  cells  tend  to  differentiate  along  certain  lines  and  specializing  to tissue  types  that  are  often  the  same  as  the  tissue  from  which  they originate. So a blood  stem cell gives  rise  to all of  the blood cells  in  the body. A skeletal muscle stem cell gives rise to skeletal muscle fibers. 

 [0:15:00]  Slide 26    And  in  the sense of experimental study or clinical application,  it’s  likely 

that  the  best  source  for  a  stem  cell  for  a  particular  treatment  or  a particular investigation is going to vary on the specific questions that are being asked. 

 Slide 27    But  it’s critical  in all of these cases to be able to specifically  identify and 

isolate  the  stem  cell  populations  in  tissues  and  in  culture  in  order  to definitively study their stem cell properties. 

 Slide 28‐29    This can be accomplished and has been accomplished in fact in a number 

of different ways, both retrospective and prospective.  Slide 30    And the really critical aspect of this is that direct functional test to verify 

stem cell properties are absolutely essential.  Slide 31    Now, the development of these functional tests is actually in some ways 

problematic and certainly the standardization of those is.  Slide 32  

9

  And  that  is  because  by  being  able  to  isolate  stem  cells,  what  we’ve learned  is  that  stem  cell  function  is  regulated  in  a  very highly  complex way and stem cells are constantly receiving and interpreting signals from their environment depicter here as a niche or micro environment, which regulates their ability to proliferate, to differentiate, to survive, et cetera. And  these  signals  from  the  environment  can  change  in  very  significant ways in response to physiologic and pathologic signals. 

 Slide 33    One  of  the  areas  that  we’ve  particularly  been  interested  in  studying 

recently  is how  these  signals  from  the environment  that  regulate  stem cells change with the normal physiologic process of aging, and what we have  found  in  both  the  blood  system  and  the  skeletal muscle  system, which are the systems we’re particularly interested in, is that the signals that stem cells are receiving from their environment with age actually act to in many cases deregulate their function such that in aging tissues, the regenerative  potential  of  those  stem  cells  becomes  depressed. What’s exciting,  however,  is  that  we  know  that  we  can,  by  identifying  those signals,  begin  manipulate  them  and  in  some  cases  restore  their regenerative potential of these tissue stem cells in aged tissues as well as in youthful tissues. 

 Slide 34‐38    And  so  by  understanding  not  only  how  stem  cells  are  regulated 

intrinsically  but  also  how  they  receive  and  interpret  signals  from  their environment, we’re hopeful that we can develop strategies that actually target the endogenous populations, control stem cell number, alter their activity,  and  this  knowledge  could  lead  to  better  mechanisms  for expanding stem cell populations outside of  the body, which  is currently an  important  challenge  faced  by  tissue‐specific  stem  cell  researchers, ways  to  manipulate  them  within  the  body  to  boost  regenerative potential,  and  also  to  develop  better  systems  for  transplantation  to introduce these cells into complex tissues in the appropriate manner. 

 Slide 39    And  these  applications  of  course  are  important  for  combating 

degenerative  diseases,  both  genetic  and  age‐related,  as  well  as  in malignancy. 

 Slide 40‐43  

10

  So I’ll leave you just with a summary here of the key points that I've tried to address, and thank you for attending the webinar. Thank you. 

 Sean Sanders:  Great. Thank you so much, Dr. Wagers.  Slide 44    Our  final speaker  today  is Dr. Mark Noble. Dr. Noble obtained his Ph.D. 

from Stanford University before carrying out his postdoctoral training at the University College London  in the United Kingdom. He  is the member of the team of researchers  in London who discovered the first precursor cell  isolated  from  the central nervous system. Dr. Noble currently holds professorships  in genetics, neurology, and neurobiology and anatomy at the  University  of  Rochester  School  of Medicine  and  is  Director  of  the University  of  Rochester  Stem  Cell  and  Regenerative Medicine  Institute and Co‐Director of the New York State Center of Research Excellence for Spinal  Injury Research. Dr. Noble and his associates currently work  in a broad range of areas related to sickling within the central nervous system in normal and diseased states including cancer and damage and repair of central nervous system injury. 

   Dr. Noble.  Dr. Mark Noble:  Thank you so much.    So I’m going to focus on the next level of development and the next level 

of  specificity, which  are  the  lineage‐restricted  progenitor  cells  that  lie between stem cells and the differentiated cells of the body. 

 Slide 45    I’m  going  to  talk  about  work  conducted  in  collaboration  with  the 

laboratories of Margot Mayer‐Pröschel and Chris Pröschel, and for spinal cord injury, the laboratories of Stephen and Jeannette Davies in Denver. 

 Slide 46    In the central nervous system, over the course of the past 25 years, we 

have identified a number of lineage‐restricted progenitor cells. At the top of  the screen you see  the neuroepithelial stem cells  that give rise  to all the  cell  types  of  the  nervous  system,  but  they  don’t  do  so  directly. Margot Mayer‐Pröschel  and Mahendra  Rao  discovered  that  these  cells first give rise to restricted precursors that either give rise to neurons on the  left  called  neuron‐restricted  precursor  cells  or  nerve  cells,  or  cells 

11

that give rise only to the support cells of the nervous system. Let me call these glial‐restricted precursor cells. 

 [0:19:58]    Working together, we next showed that the glial‐restricted precursor cell 

gives rise to the cell that Martin Raff, Bob Miller, and I discovered back in 1983, the oligodendrocyte type‐2 astrocyte progenitor cell. The GRP cell gives rise to two different kinds of astrocytes and oligodendrocytes. The O‐2A progenitor cell only gives rise to oligodendrocytes and one type of astrocyte. 

   Critically, when we talk about different cell types, the definition that we 

use is that we have isolated these cells from the animal, we have studied them  at  the  clonal  level,  we  have  demonstrated  in  hundreds  or thousands  of  clones  that  every  clone  undergoes  identical  patterns  of differentiation,  and  that when  the  cells  are  transplanted  back  into  the animal,  the differentiation we  see  is  the  same  that we  saw on a  tissue culture dish. And this level of standardization is critical to obtain proof of homogeneity in one’s cultures. 

 Slide 47    Because we have these cell types to work with and we have a significant 

control  over  this  system, we’ve  been  able  to work  on many  different problems. So with one area of our work, we’ve been able to discover that many  developmental maladies  are  actually  diseases  of  precursor  cells. And  this was  first  shown  in  our work  on  hypothyroidism,  then Margot Mayer‐Pröschel’s  work  on  iron  deficiency,  Chris  Pröschel’s  work  on vanishing  white matter  diseases.  All  these  different  kinds  of  diseases appeared to be disruptions of precursor cell function. So we cannot only use  these  cells  for  repair,  but  we  can  use  them  to  understand  how disease processes work. 

 Slide 48    In  the  context of  repair,  I’m going  to  focus on our work on  spinal  cord 

injury. Here we have to pay attention to these details. The GRP cell gives rise  to  two  antigenically  distinct  population  of  astrocytes.  Exposed  to bone morphogenetic  protein  or  BMP,  it  gives  rise  to  a  cell within  the antigenic  phenotype  that  we many  years  ago  designated  as  a  type‐1 astrocyte. Exposed to ciliary neurotrophic factor or interleukin‐6 or other members of the GP‐130 agonist families,  it gives to rise to cells with the antigenic  phenotype  of  type‐2  astrocytes.  O‐2A  progenitor  cells  in 

12

contrast  exposed  to  BMP  only  give  rise  to  type‐2  astrocytes.  This distinction between these populations is critical in terms of repairing the damaged spinal cord as we have seen. 

 Slide 49    What  you  see  on  the  left  are  images  of  spinal  cords  that  have  been 

transected  and  then  transplanted  in  the  lower  panel  with  the  BMP generated  type‐1  like  astrocytes  or  in  the  upper  panel,  the  CNTF generated type‐2  like astrocytes. The green  lines that you see are axons and  in  the  center  you  see  the  axons  growing  into  the  lesion  site  and growing beyond the  lesion site.  In the CNTF‐generated astrocytes, there is no entry into the lesion site. 

   The quantification for this  is shown on the upper right where the upper 

blue bar shows that when we transplant the type‐1  like astrocytes, 60% to 70% of the intradorsal column axons enter the lesion and two‐thirds of these exit the lesion and grow back into normal tissue within eight days. In contrast, there’s very little regeneration with transplantation of either the type‐2  like astrocytes or the precursor cells themselves. The bottom panel shows you behavioral recovery and an analysis of the lesion on full splice spot. 

   Animals are trained to carry out a particular task. When they are injured 

in the black  line, they start making mistakes. If they receive a transplant of  the  type‐2  like  astrocytes  or  the  GRP  cells,  they  don’t  get  better. Transplanted  with  the  BMP‐generated  astrocytes,  they  get  so  much better  that after 4 weeks you cannot statistically distinguish  them  from the animals that had never been injured. 

 Slide 50    And  it’s  not  simply  a  matter  that  one  population  works  and  other 

populations don’t.  If you transplant the wrong populations, you actually have adverse outcomes. What we’ve discovered  in  these studies  is  that the  transplantation of either  the precursor  cells or  the CNTF‐generated astrocytes causes neuropathic pain syndromes. If you have someone with a  spinal cord  injury who you want  to  try and make better, neuropathic pain syndromes are one of the worst quality of  life  issues  in spinal cord injuries. So the idea that you could transplant cells that make individuals worse  is  something  that  one  has  to  be  very  concerned  about,  and Stephen  and  Jeanette  Davies,  looking  at  this  at  the  tissue  level, discovered  that  the  BMP‐generated  astrocytes,  which  are  so  good  at promoting  regeneration, do not cause any sprouting of  the CGRP  fibers 

13

that are  involved  in the pain response, whereas the precursor GRP cells and  the  CNTF‐generated  astrocytes  do  cause  sprouting  of  these  very fibers. 

 Slide 51    The O‐2A progenitor cell in contrast is probably not going to be any good 

for  this  repair because  it only generates  type‐2  like astrocytes, and  the problem  here  is  that  the markers we  have  are  not what we  need  to reliably  generate GRP  cells  from O‐2A  progenitor  cells  as derived  from embryonic stem cells for example. We need better markers. The only way we  can  analyze  these  different  populations  assuredly  is  to  analyze differentiation at the clonal level. 

 [0:25:15]  Slide 52    These distinctions are also critical in our studies of cancer. For example, if 

you take the GRP cells and the O‐2A progenitor cells and express exactly the same oncogenes in them, you get very different kinds of tumors. The GRP cells give rise to benign diffuse infiltrative astrocytoma, whereas the O‐2A  progenitor  cells with  the  same  oncogenes  give  rise  to malignant oligodendrogliomas, again a critical difference on the distinctions. 

 Slide 53    These nuances also extend not  just to the differences between different 

progenitor cells but even within progenitor cells. And here, to finish, I will focus  on  our  attempts  to  understand  the  integration  of  cell  regulation and  integrating metabolic status with protein activation status and then genetic components of cell control. 

 Slide 54    Over  the  course  of  our work, we’ve  discovered  that  small  changes  in 

oxidative  status  are  vital  to  controlling  cell  function,  and  these  small changes of 10% to 15% can turn on or off entire signaling systems. When we studied  this developmentally, we  found  that  right out of  the animal different  O‐2A  progenitor  populations  from  different  regions  of  the nervous system have different redox states. So what this graph shows  is the degree of oxidation of cells that are freshly isolated from the animal. The  cells  on  the  extreme  left,  the  optic  nerve  cells,  are  much  more oxidized  than  the  ones  on  the  right,  the  cortical  progenitor  cells.  Even 

14

now at  the clonal  level,  they’re  identical. Our work  indicates  that  these differences  in  oxidative  state  may  be  regulating  the  timing  of differentiation and vulnerability to other stressors. It turns out that these nuances are critical if you want to use progenitor cells for things like drug discovery or toxicology. 

 Slide 55    I’ll finish with the challenge of toxicology. I think it’s very important that 

stem cell biologists become  interested  in toxicology. These agents cause developmental maladies. They contribute to many different diseases and the  problem  we  have  is  that  there  are  80,000  to  150,000  registered chemicals  for  which  we  have  no  information  and  they  are  therefore assumed to be safe and are released into the environment. And what our work has  shown  is  that  the  target of  these  toxicants appears  to be  the progenitor  cells  themselves.  So  if  you want  to do  toxicology  studies  to find responses environmentally relevant to exposure ranges,  it turns out you  have  to work  on  progenitor  cells.  Even  beyond  that,  you  have  to work on the right progenitor cells. 

 Slide 56    By  studying  the  O‐2A  progenitor  cells  that  are  from  a more  oxidized 

region of the nervous system, we were able to discover a new regulatory pathway  that  converts  changes  in  oxidative  status  into  degradation,  a specific receptor, tyrosine kinase, and this was discovered by Zibo Li. The way this pathway works is when a cell becomes oxidized in the top right, that  activates  Fyn  kinase.  That  activates  the  Cbl  ubiquitin  ligase which attaches ubiquitin  to  its  target’s proteins which are degraded. Many of the target proteins are things  like this PDGF receptor, the EGF receptor, c‐Met  receptor  for  hepatocyte  growth  factor.  You  can’t  do  these experiments  if you work with  the cortical progenitor cells because  they are intrinsically so reduced that they protect against these changes. 

   This also applies to the standardization of tissue culture conditions. There 

is a great use of  tissue culture media  that  is enriched  in antioxidants  in order to promote cell survival. These drive cells into what appears to be a reduced status that does not resemble  lack of normal development and makes  it  literally  impossible  to  discover  the  nuances  of  oxidative  cell regulation. 

 Slide 57  

15

Sean Sanders:  Thank  you  very  much,  Dr.  Noble,  and  thank  you  all  for  the  very informative presentations. I’m very impressed that everyone kept to time so that gives us a good half hour for our Q&A portion of the webinar. A reminder  to  everyone  that  you  can  submit  your  questions  simply  by typing them  into the ask‐a‐question box and clicking the submit button; and once again, please do keep them as short as possible. 

   So  I’m going  to  start with  the  first question, which  is maybe more of a 

philosophical one before we start digging into the technical side, and that is  somebody asks,  instead of  talking about  taking  stem  cells out of  the body,  expanding,  and  then  transplanting  them,  when  will  we  have  a better  understanding  of  how  to  administer  agents  that  activate endogenous stem cells and  is this a realistic goal? So  let’s start with Dr. McKay. 

 Dr. Ronald McKay:  Yes, it is a realistic goal and there’s a lot of work currently that shows that 

this  is not only an object of people’s  research attention but  it happens and it’s an important regulator of health and disease. 

 [0:30:00]    And I’ll add one more point to this which is I think that it will require new 

technology and  it will require new technology that allows us to be more precise in characterizing the properties of cells in vivo in space and time. 

 Sean Sanders:  Dr. Wagers?  Dr. Amy Wagers:  Yes, I absolutely agree. This is a realistic goal and one that we’re working 

towards  also  in  my  own  laboratory.  We  are  already  starting  to understand  the ways  that  stem  cells  are  responding within  tissues  to their environment  and how  that  changes  in diseased  states,  and  those targets  will  be  I  think  really  critical  ways  or  pathways  into  regulating tissue regenerative function. I actually think of it not even as an either‐or question  because  these  same  pathways  that might  target  endogenous cells could be targeted to enhance the transplant ability or engraft ability of  transferred  stem  cells  as well.  And  so,  these  are  really  convergent types of investigations. 

 Sean Sanders:  Okay.  Dr. Mark Noble:  And  I’ll  just  add  that  in  fact,  we’ve  been  doing  that  for  a  long  time. 

Erythropoietin and GCSF which are used in the after‐treatment of cancer are targeting hematopoietic stem cells and  lineage‐restricted progenitor cells.  There’s  great  interest  now  in  parathyroid  hormone mimetics  in 

16

their  ability  to  target  perhaps  mesenchymal  stem  cells  to  enhance fracture  repair.  So what we  are  finding  is  that  this  is possible  and  this contributes to actual benefit. And I also very much agree with what Amy said  that when we  combine  these  technologies  of  transplantation  and manipulation of these molecules, we may greatly enhance the value with the transplants. 

 Sean Sanders:  Excellent.  So  a  specific  question.  I  think Dr. Wagers might  be  the  best 

person to answer this. My group is working with mesenchymal stem cells and we want to know which are the best molecular markers used to set differentiation potential? They named a few that they’re using but maybe you can help them out. 

 Dr. Amy Wagers:  Right, right. I guess ‐‐ I mean, my strong argument and a point that I often 

make  is  that markers  are  just markers,  and  the  real  way  to  define  a population  of  cells  is  to  correlate  those  markers  very  closely  with function,  but  the  function  is  really  critical.  So  if  you're  designing  your mesenchymal  stromal  cell  compartment  as  differentiating  into osteocytes, chondrocytes, and adipocytes, then you have to demonstrate that  the  cells  that  you're  isolating  actually  have  that  differentiation capacity as well as renewal capacity. 

 Sean Sanders:  Great. Dr. McKay, you have something to add?  Dr. Ronald McKay:  Well, yeah. I mean, it’s true what Amy says but it’s important in this use 

of  the word mesenchymal  to be  very precise  about what  tissue  you're talking about. And you noticed that  in Amy’s response, she talked about the  classic  definition  of  a  stromal  cell  from  the  bone marrow;  and  if you're talking about another tissue out there, you might want to redefine the relationship carefully. 

 Sean Sanders:  Okay. A little cryptic but I’m sure the message got across. So talking about 

markers,  somebody  has  asked  are  there  any morphological  aspects  of stem  cells  that  would  let  us  recognize  them  under  the  microscope without using biochemical markers. 

 Dr. Ronald McKay:  Well, one property they have is they grow and a lot of the success in this 

field has essentially  taken  advantage of  that property of  the  cells. And actually,  one  interesting  story  which  is  a  success  story  is  the  use  of expanded stem cells or expanded cells  I should say from the skin where that’s now  clinically used. And  the  reason  that  I’m  talking about  this  is because that’s a functional property and different cells  in the  lineage,  it grew  to  different  extents which  is  an  extremely  interesting  feature  of these  compartments.  They’re  not  all  the  same.  So  yeah,  I  think  that’s 

17

right. You can grow cells, and as Mark said  in his presentation, how you grow them is going to make a lot of difference. 

 Sean Sanders:  And Dr. Noble, what assays do you use to assess the stem cell properties 

of your cultured cells?  Dr. Mark Noble:  Well  remember,  we  work  on  progenitor  cells  so  progenitor  cell 

properties. I’m going to say go to our webpage for details, but we look at many,  many  different  properties.  We  look  at  the  ability  to  generate specific cell types. We look at migration. We look at response to different kinds of mitogens. We look at response to different kinds of toxic agents, whether those be environmental toxicants or chemotherapeutic agents. So we study them from a large variety of different perspectives. 

 Sean Sanders:  And  if you  compared progenitor  cells  to undifferentiated  stem  cells  for 

your treatments or you only work on progenitor cells?  Dr. Mark Noble:  No. We actually have and it makes a critical point I think.  [0:34:55]    So  in  the  area  of  our  toxicology  research  and  in  our work  to  try  and 

understand why some patients who are  treated with chemotherapeutic agents  develop  cognitive  problems,  what  we  have  found  is  that  the lineage‐restricted  progenitor  cells  of  the  central  nervous  system  are particularly vulnerable  to  these kinds of  toxic agents, whereas  the stem cells  are  not.  So  if  you want  to  look  at  the  toxicity  of  cancer  drugs  or methylmercury,  lead, paraquat and so on, and you study the stem cells, you get the wrong answer. If you study the lineage‐restricted progenitor cells, then you see vulnerabilities that you can readily detect with in vivo application. 

 Sean Sanders:  A  question  for  you,  Dr. McKay.  You  said  that  in  your  talk,  you  were 

making  assumptions  that  ES  cells  and  IPS  cells  are  very  similar.  How similar are they and what are the differences if any? 

 Dr. Ronald McKay:  So there’s a huge amount of interest in this at the moment, and probably 

the most important point to make is that they are very similar. So there’s a number of different  assays  you  can use, but what people  are mostly looking at at the moment are gene expression assays and differentiation assays which are currently quite general. We haven’t got really down to the details yet. So  that’s an  important  thing  to  say because  it’s also  so surprising that you can take a cell from the adult and you can readily turn 

18

it into a cell which is very similar to the cell from this very early stage of development. 

   Now, there are likely to be differences, but I think the point that I want to 

stress is that those differences, many of them may not be the differences between  ES  cells  and  IPS  cells  but  the  differences  between  different genomes. And currently, we don’t have enough examples to really make strong distinctions  in most of  the published studies between  those  two possibilities. 

 Sean Sanders:  Dr. Noble, and  if you want to react to that.  I know we were talking  last 

night  about proteomics  and  genomics  and  you had  some  views on  the importance of the genomes and if you want to respond. 

 Dr. Mark Noble:  The  cells  are  not  just  about  genetics.  The  cell  is  a  physiologically 

regulated entity and our current understanding of evolution is that it was the  interactions between  chemicals  that  created  the  fundamental  rules of  the game  for how  cells work  ‐‐ genes and proteins, very  interesting, very  important, but evolutionary‐related events. So we’ve been pursing for some time the hypothesis that  if we focused attention on metabolic regulation of cell function, we could get general principles that told us a lot about different kinds of precursor cells  in both normal development and  disease,  and  it  turns  out  that  that  has  been  a  very  heuristic hypothesis  and  we’ve  been  actually  able  to  succeed  at  least  in  some areas to make this integration. 

   But  I  think  that  this metabolic  issue  is  ‐‐ one of  the demonstrations of 

how critical it  is  is just whether you grow cells  in atmospheric oxygen or in normoxic conditions. Atmospheric oxygen, 21% oxygen, is not seen by most cells of the body with the exception of skin cells, lung cells, corneal cells. Cells in deep structure never see this. So if you want to get closer to the normal properties of cells, you need to go to these 4% or 5% oxygen conditions and then you actually in many cases see different behaviors of the cells as shown by us and also I think Ron, by you in the distant past. 

 Dr. Ronald McKay:  Yeah, but  I mean, but  they’re not opposing statements.  I mean, you do 

need  to  control  the  environment  very  carefully,  but  you  also  ‐‐  and  if we’re talking about human cells, you have to know what the genome  is. So  for 30% of us  for example, we’re deleted  in one of  the key enzymes that’s  controlling  responses  to  toxic  chemicals,  and  it’s  kind  of remarkable that  this gene  is missing  in 30% of us. So  if you don’t know this, then you're comparing apples and oranges. So I mean, the point that I was  trying  is  that  you  can  control  them  very well  and  so  then,  these differences between the different lines becomes hugely interesting. 

19

 Dr. Mark Noble:  Yes, I totally agree with you.  Sean Sanders:  So I’m going to come back to you, Dr. Noble. A question for you, they’re 

asking is there an optimal way to expand stem cells while maintaining the stem cell phenotype or the progenitor phenotype? 

 Dr. Mark Noble:  This appears to be cell type specific. The first expansion condition that we 

discovered was growth  factor cooperation where we’ve discovered  that progenitor  cells,  O‐2A  progenitor  cells  exposed  to  platelet‐derived growth  factor  undergo  a  limited  number  of  divisions,  and  then we’ve discovered  that  those  exposed  to  platelet‐derived  growth  factor  plus fibroblast growth factor will divide extensively without differentiating. 

 [0:40:06]    There  are  multiple  other  cell  types  where  growth  factor  cooperation 

enables  this  extensive  expansion,  but  that’s  not  necessary  for  all  cell types. For example, the GRP cells expand very well with fibroblast growth factor alone. So you have to figure this out for each cell type individually, and  the general principles appear  to be  simply  that many  times  you're going to need combinations of factors. And it appears that some of those factors that enhance self‐renewal, maybe many of them actually work by making cells slightly more reduced as a key part of their action. 

 Dr. Amy Wagers:  If I could just add to that.  Sean Sanders:  Sure.  Dr. Amy Wagers:  Because  I  think  a  lot of  the  focus often  is on  growth  factors, but  your 

point  about  cell  type  specificity  is  really  important.  And  for  some  cell types, it may not just be an issue of growth factors. They may be issues of mechanical support, other kinds of electrical stimulation that are needed in  order  to maintain  those  particular  stem  cells,  and  so  that would  be very  surprising  to  me  if  there  were  universal  culture  conditions  to maintain. 

 Dr. Ronald McKay:  Absolutely, some substrate requirements.  Dr. Amy Wagers:  Right, right.  Sean Sanders:  So  that  comes  to  the  question  of  standardization  and  a  question  that 

came  in  about  how  one  would  compare  stem  cell  types  and  I  guess experiments as well done in different labs. So when you work with other 

20

labs, do you have a way of standardizing your conditions? So  let’s start with Dr. McKay and we’ll work our way down. 

 Dr. Ronald McKay:  Well, I mean I think that’s a very important question as you can probably 

gather  from  my  comments  here.  So  I  mean  currently,  there  isn’t  a standard  for  it.  I’ll  just  focus on pluripotent human cells and  it’s one of the important things that we need to do is generate such a standard and there are several of us who are putting a  lot of effort  into this, who are talking right now about what such a standard would be. And  it will have multiple different components  in  it, but one of them for sure  is going to be to have an assay which  looks quite broadly at the cell. So Amy made this point about markers and that the problem with markers of course is that  they’re  individual  proteins  or  genes,  and  I  think  what’s  very interesting about systems biology and our new sort of global  tools  that we have is that you can actually define the cell much more broadly. And I think  that’s  very  exciting  and  I  think  those  are  going  to  be  absolutely important in generating powerful standards. 

 Sean Sanders:  Dr. Wagers?  Dr. Amy Wagers:  I absolutely agree.  It’s a  challenge.  I  think perhaps even a more critical 

challenge in the study of tissue‐specific stem cells is where people do use different  strategies  for  isolating  those  cells  and  ultimately  even  for testing  their  function,  and  where  the  definition  of  the  cells  actually continues to change and become refined and we continue to appreciate a greater and greater heterogeneity among the types of cells that are  in a population that we refer to as stem cells. 

   And  so  the  best  that  we  can  do  in  our  lab  is  actually  to  exchange 

researchers between the labs and try to really have a good understanding of  exactly what  it means  in my  lab when  I  say  I  isolate  those  skeletal muscle stem cell and, you know, for  instance with that approach, we’ve had more than 30 different  labs that have come and spent time with us to  learn  those  techniques.  And  that  sort  of  really  close  conversation  I think  is maybe one way  forward  for achieving  standardization although probably not a rapid one. 

 Sean Sanders:  Great. Dr. Noble?  Dr. Mark Noble:  So  I got a couple of comments  saying  first  that  I agree with everything 

that  Ron  and  Amy  have  said.  First  from  an  evolutionary  perspective,  I think  it’s  critical  that  people  are  trying  different  things  because  that’s how discoveries  get made  about how  to enhance  cell  growth, but  it  is absolutely essential  that people provide  in  their materials and methods 

21

sections the details of what they’re doing. Because over and over again we find that when  it  is  ‐‐ there’s a  lack of replication between  layups,  it comes down  to  this nuances. Did  they expose  the cells  to  fetal cancer? Did  they  use  trypsin  instead  of  papain? And  these  detailed  protocols  I think should be up on people’s websites, should be described in detail in literature,  and  those who were  trying  to  replicate  results  have  got  to realize  that  these nuances are  there  for a  reason,  that  if you  try  to cut corners, you're going to get a different result. 

 Sean Sanders:  So that brings me on to the question about passaging these types of cells 

and whether  ‐‐  the  person  asks whether mechanical  passage  is  better than  trypsinization  and  also  whether  genetic  abnormalities  can  result from trypsinization. Who wants to grab that one? Dr. Wagers? 

 [0:45:09]  Dr. Amy Wagers:  We actually don’t grow our cells in culture. All the studies that we do, we 

work with  freshly  isolated cells because the challenge we have with the populations we’re studying  is that we can’t expand them  in culture and have them maintain their properties. So… 

 Dr. Mark Noble:  So cell type specific again. The GRP cell expanded  for multiple passages 

remains able to make these type‐1 and type‐2 astrocytes, but I’d have to say  that  critical  in  the  success  of  those  experiments  has  been  that Jeanette Davies is also trained in precursor cell biology so we could keep the conditions same in those experiments. 

   Other cells like the O‐2A progenitor cell derived from certain parts of the 

nervous  system,  if  you  expand  it  for  three weeks  in  tissue  culture,  it actually  loses  its  response  to  platelet‐derived  growth  factor.  This property has changed. And  this  is, as we move  to medical applications, it’s essential  that we move  from poetry  to engineering. We have  to be able to supply products that are the same. That  is the standard for drug analysis. We  can’t have  situations where  this  time  the  cell  is 75% pure and this time they’re 95% pure and this time they’re 80% pure because the experimental outcomes may change and we won’t understand why. 

 Sean Sanders:  Dr. McKay?  Dr. Ronald McKay:  So  I mean,  I think that, you know, that all of these questions are sort of 

driving  at  something which  is  at  the  heart  of  our work,  even whether we’re  doing  it  in  the  animal  or  in  an  experimental  system  outside  the animal, which  is to try and understand the signals that control the state of these different cells in our body. And in the ES and IPS field, when we 

22

showed that you could get a pluripotent cell from the post‐implantation mouse embryo, we’re immediately taking a cell out of its normal context, and of course, we’re looking very carefully to see whether it’s a rare cell. And in that case, these cells grew very rapidly and it looked like there was not a selection. 

   But  then  in  the  question  asks  are  there  conditions where  you  have  a 

selection? And I just want to stress to the person asking the question that that’s a really interesting question because pretty soon we’re going to be able to answer it with the right tools. You're going to know in all of these systems  when  you  passage  cells  how many  cells  die,  whether  you're picking a very particular cell, and  if you're  interested  in change, which  is the criticism of course of putting cells  into an experimental setting, you will know exactly when the event took place, and that I think  is going to be a big change in the way we sort of view these technologies. 

 Dr. Mark Noble:  I guess we’d also better actually answer the question  itself which  is that 

yes, there are some cells that you can passage mechanically with a sharp tap on the side on the  flask. There are others where you need to use a digestive enzyme, and for some cell types you might use trypsin, for some cell  types  you  might  use  papain,  for  some  cell  types  you  might  use dispase. Every cell has its best glycosidase. 

 Sean Sanders:  Great.  Have  any  of  you  succeeded  in  sorting  stem  cells  using  flow 

cytometry and so do you have enough cells to culture them viably? So Dr. Wagers, you’re nodding. 

 Dr. Amy Wagers:  Yes, we do that every day.  Sean Sanders:  Every day? Okay.  Dr. Amy Wagers:  Yeah. So  it  is a challenge and  it’s certainly again cell type specific which 

cells  can endure  that  type of  shear  stress and  so  flow  cytometry  really was worked out around blood cells which are quite comfortable  in high shear. And so in our experience, when we tried to apply those same kinds of approaches to skeletal muscle stem cells which are much less likely to encounter  such  forces  there,  there  was  a  lot  of  optimization  of  the equipment that had to happen. 

   And so there are even more sensitive cell types that I think will probably 

be resistant to cell sorting with the canonical flow cytometer, and that’s one  of  the  reasons  we’re  going  to  need  new  technologies  that  allow isolation of cells by different types of methods that don’t have to subject them to those kinds of shear forces. 

23

 Sean Sanders:  Excellent. Okay. Our next question actually  relates  to  this and  it’s going 

broaden  the  question  a  little  bit,  and  whether  any  of  the  speakers envisaged the use of microfluidic devices, lab ownership technology, and nanotechnologies for the fundamental study of stem cell properties. 

 [0:49:57]  Dr. Ronald McKay:  I  could  answer  that  and  I  could make  it  an  extension  of  the  previous 

comments.  So when we  grow neural  stem  cells under  a  system where we’re  constantly  observing  them,  then  of  course  we  have  to  pass medium  across  them.  And  what  we’ve  found  was  that  the  cells  are extraordinarily  sensitive  to  flow  rates,  and  initially,  it  took  us  quite  a while  to  figure  this out.  So microfluidics  is  a  very  interesting  approach and there’s a number of results out there that just started moving in this direction and some companies are developing these new tools. 

   And  one  interesting  comment,  general  comments  I’d make  about  it  is 

that  microfluidics  and  nanotechnology  offer  a  kind  of  conceptual advantage which is that you can be more precise. It’s not just that you're smaller.  It’s that you can also get more data which  is going to be a very important feature of making progress. 

 Sean Sanders:  Dr. Noble?  Dr. Mark Noble:  Remember  I commented that there  is 80,000 to 150,000 chemicals that 

we don’t know anything about. What we know  from  the work of many people  that  the  outcome  of  adding  these  chemicals  together  is  very different  from  looking  at  one  alone.  The  toxicity  that  you  can  get  just from  adding  two  things  together  is different  from exposure  to  a  single agent. So think of all the combinations that we want to look at in all the cell  types,  in  all  the  different  conditions,  and  you  rapidly  see  that  the standard approaches of growing things in an incubator and looking down the microscope are not going to enable us to address this challenge. 

 Sean Sanders:  So a question has come  in about growing stem cells  in on  feeder  layers 

and  I’m not  sure how much  this  is  still used, but what  is  the  impact of using  feeder  layers  and  how  this  tie  into  eventually  using  this  cell  for clinical use? And  I’m  talking  feeder  layers and maybe we can expand  it also to other substrates. 

 Dr. Ronald McKay:  Well,  in  the ES/IPS  field,  feeder  layers are widely used and  it’s,  I mean, 

the next thing I’m going to say is sort of slightly empirical. So the reason they’re used is because they work. But you have to be extremely careful 

24

with the feeder. And so by controlling the density of the feeder layer you can move  the cells up and down a kind of a stress pathway. And we’re trying to develop ways now where we don’t use feeder  layers and there are protocols out there. But again,  it comes back to the standardization issue which  is  are  those  really  the  same?  And  so  it’s  a  slightly messy response, but the answer of course is that in a way, the cells themselves are not always completely homogenous so they’re talking to each other. So you can’t avoid the issue of cell interaction here. In fact, that sort of is the  issue, but at an empirical  level, feeder  layers are very  important still in the growth of human ES and IPS cells. 

 Sean Sanders:  Dr. Wagers, anything to add?  Dr. Amy Wagers:  No, I think Ron said everything.  Sean Sanders:  Great.  Dr. Mark Noble:  And in the nervous system, we’ve been extraordinarily fortunate that we 

very rapidly were able to discover not just feeder‐free culture conditions but  chemically  defined medium.  So  in working  in  the  nervous  system, cells  never  see  serum  from  any  species,  and  for  whatever  fortunate reason,  the  nervous  system works  like  that.  It  has  been  a  tremendous meaningful work in this tissue. 

 Dr. Ronald McKay:  Sean, can I make a comment on this?  Sean Sanders:  Sure.  Dr. Ronald McKay:  Because let’s say you've gotten rid of feeders completely and everything 

is defined and you're feeling very relaxed, right? But you do have to have something there.  I mean, cells don’t  just, you know,  live on H2O, right? So  where  the  growth  factors  come  from  could  turn  out  to  be  very important,  and  everybody  sort  of  says  that,  you  know,  recombinant factors  are  where  it’s  at.  But  actually,  these  proteins  are  often glycosylated, and as we get more precise, it might be important to sort of bear  in mind that these  issues don’t sort of suddenly go away; they  just change. Exactly. Yeah. 

 Dr. Mark Noble:  They  change  and  we’re  currently  dealing  within  an  experience  in  the 

layup where  the  identical  growth  factor  from  two  different  companies has  an order of magnitude difference,  and  it’s proteins,  issues  that we constantly have to pay attention to. 

 Dr. Ronald McKay:  Why is that? 

25

 Dr. Mark Noble:  Why is that?  Sean Sanders:  I’ll share with you one of my favorite quotes that confidence is that quite 

assured feeling you get just before you fall flat on your face. So I guess we always have to be careful. 

   So I’m going to shoot a question to Dr. Wagers. While treating a disease 

related  to a particular organ, do you  think  it  is better  to use  stem cells from that particular organ or an embryonic stem cell? 

 [0:55:00]  Dr. Amy Wagers:  So again, I think it depends. It’s too early to say and in an abstract way to 

place your bet  if you will on one or the other.  I think  it  looks past all of the  synergy  that’s  evolving  in  those  two  fields.  So  tissue‐specific  stem cells  in  formal  studies  of  the  differentiation  of  embryonic  stem  cells, embryonic  stem  cells  in  formal  studies  about how  stem  cells  in  tissues renew  and  are maintained  and  serve  as models  for  the  production  of stem  cells  that  one would  never  be  able  to  study  because  they  are  a population that happens  in development and  is killed by disease before you ever have a chance to study it. 

   So where  I  think  there are potential  issues  is when  there’s attempts  to 

push a cell that’s intrinsically interested in differentiating into one lineage into  another  lineage  and  appropriate  markers  and  functional  assays aren’t applied. So I think changing the fate of a cell while we clearly are in a really exciting time for doing that right now, there has to be stringency in understanding what  type of  cell  you've produced  at  the end of  that process. So I’m sorry for the vague answer that, you know, but I really do feel  strongly  it depends, and  the answer  today may not be  the answer five years from now. 

 Sean Sanders:  Question for you Dr. McKay. Do you believe that human embryonic stem 

cells are  inherently heterogeneous and that they require this  feature to some or retain maximum developmental capacity? 

 Dr. Ronald McKay:  Yeah,  I’d  think  I’d  say yes. But  the  reason  I’d  say yes  is because  I  think 

that  may  actually  be  true  for  essentially  all  cells.  So  there’s  a  very interesting sort of change in our view of cells as our tools become better and we understand that cells can occupy different states. So a cell is not a single thing. It’s a device which is designed to occupy different states, and actually that ‐‐ so I’m very confident that we’ve got very good conditions to grow human ES cells in standard ways and human IPS cells in standard 

26

ways, but in the middle of that, the cell is a sophisticated device which is moving  through different states and  I  think  it’s  important  to  remember that  both  as  a  sort  of  practical  sort  of  precaution  but  also  because  it reflects the fundamental property we’re interested in. Yeah. 

 Sean Sanders:  So  in the  last couple of minutes that we have,  I’m going to touch on an 

area that we haven’t really discussed and that is cancer stem cells. I had a couple  of  questions  come  in  that we  didn’t  have  time  to  get  to,  but  I guess my overall question  is do you think these exist and  if so, what are their properties and characteristics and how would  they differ and how will we be able to use them in therapy? So I see Dr. Noble I think is itching to answer this question. 

 Dr. Mark Noble:  Sure.  It’s  one  of  the  problems  we  work  on.  It  seems  that  for  some 

cancers,  there  are  some  cells  that  are  better  at  tumor  initiation  than other cells. I have to say that I think that the cancer stem cell hypothesis is a bit exaggerated, that there’s repeated studies that show that  if you look at the putative non‐cancer stem cell compartment, those cells have capacity  to make  tumors with  high  frequency.  I  think we  also  have  to make it absolutely clear that this misuse of language is a problem. Cancer stem cells doesn’t mean cancer comes from stem cells. It means that cells that  become  transformed  have  the  ability  to make  lots  of  cells,  and  it doesn’t matter whether that transformed cells is a stem cell or a lineage‐restricted progenitor cell or even a more differentiated cell. 

 Sean Sanders:  Dr. McKay?  Dr. Ronald McKay:  Well, I mean it seems to me that what we need to know here is we need 

to know where every cell  in our body comes from and what controls  its numbers. And if you know that, that’s to say the lineage, then you've got to place your cancer in the lineage and cancer has multiple types of cells in it and you need to understand where the disruptions occurred. And so cancer  is  a  developmental  problem  and  it  won’t  really  help  to  say  it comes from somewhere and I don’t know where it comes from. Yeah. 

 Sean Sanders:  Dr. Wagers, any last words?  Dr. Amy Wagers:  I say this really gets to the issue of cancer stem cells in terminology or are 

you  talking about  the  cell of origin or are  you  talking about  the  tumor propagating cell, and those are not necessarily the same type of cell and so segregating out those two notions I think will help clarify that issue. 

 Sean Sanders:  Well,  I  think we’re going  to have  to  leave  it  there  'cause we are out of 

time. So please join me in thanking our panelists for being with us today 

27

and for generously sharing their expertise: Dr. Ron McKay from NIH, Dr. Amy  Wagers  from  Harvard  University,  and  Dr.  Mark  Noble  from  the University of Rochester Medical Center. 

 [1:00:03]    Thank you also  to  the viewers  for your questions. As usual,  there were 

many more than we could cover in an hour so apologies if we didn’t get to yours. Please go to the URL at the bottom of your slide viewer now to learn more  about  products  related  to  today’s  discussion  and  look  for more webinars  from Science available at www.sciencemag.org/webinar. This  particular webinar will  be made  available  to  view  again  as  an  on‐demand video within approximately 48 hours from now. 

   Please share your thoughts with us about the webinar by sending us an 

email at the address now up in your slide viewer; webinar@aaas.org.    And  again,  thank  you  to our panel  for being with us  and  thank  you  to 

Cyntellect for their kind sponsorship of this educational seminar.    Goodbye.  [1:01:02]  End of Audio