The Journal of Visualized Experiments (JoVE) is a peer reviewed, PubMed-indexed video journal. Our mission is to increase the productivity of scientific research.
This translation into Japanese was automatically generated through Google Translate.
English Version | Other Languages
Department of Biomedical Engineering, Tufts University
Ye, K. Y., Sullivan, K. E., Black, L. D. Encapsulation of Cardiomyocytes in a Fibrin Hydrogel for Cardiac Tissue Engineering . J. Vis. Exp. (55), e3251, doi:10.3791/3251 (2011).
三次元ハイドロゲルの環境で培養する細胞は組織工学のための構造を開発するだけでなく、in vitroで種々の培養条件下で細胞応答を研究するための重要なテクニックです。三次元環境では、より密接に細胞が原因で、すべての次元1の機械的および化学的刺激のアプリケーションに、in vivoで観察するものを模倣している。三次元のヒドロゲルは、どちらかのようなPEG - DA 2およびPLGA 3またはそのようなコラーゲン4、ヒアルロン酸5またはフィブリン6,7のような天然のタンパク質の数などの合成高分子から行うことができます。フィブリン、天然由来の血液凝固タンパク質、から作成されたハイドロゲルは、身体の自然な創傷治癒のプロセス8の一部であるメッシュを形成するために重合することができます。フィブリンは、組織工学のために理想的な一時的な足場作り、細胞分解性と潜在的に自家9です。
ここでは、3つの日齢の仔ラットと組織工学のためのフィブリンハイドロゲルの構造でカプセル化するための細胞の調製から詳細に新生児心筋細胞の単離を説明します。新生児の心筋細胞は、心臓組織の形成と工学4のin vitro試験で使用される一般的な細胞源です。フィブリンゲルは、酵素トロンビンと混合フィブリノゲンによって作成されます。トロンビンは、他のモノマー10との相互作用の結合部位を明らかに、フィブリノーゲンからfibrinopeptides FPAとFPBを切断する。これらの相互作用は、単量体は、ヒドロゲルのメッシュを形成する繊維に自己集合させる。この酵素反応のタイミングがフィブリノゲンにトロンビンの比、またはトロンビンへのカルシウムの比率を変えることによって調整できるので、一つは射出成形金型は、異なる形状11,12の数で構築できます。さらに我々は文化は13ゲルを制約する方法により、結果として組織のアライメントを生成することができます。
培養静的条件下での二週間のための工学心臓組織の構成要素の後に、心臓の細胞が構造を改造し始めていると電気的ペーシングの条件6歳未満の収縮力を生成することができます。このプロトコルの一部として、我々はまた、機能的な心筋によって生成されたアクティブな力の分析、最終的な細胞の生存を決定するための電気刺激だけでなく、方法によって構築する(ライブデッド含む培養期間後に心筋の設計組織を分析するための方法を説明します。アッセイ)と収縮(ミオシン重鎖またはMHC)と心筋細胞間の細胞結合(コネキシン43またはCx43)のための重要な典型的なタンパク質の発現と形態を調べるために免疫組織染色。
1。新生児の心筋細胞の分離- 準備(前日)
このセクションで作成したソリューション:PBS -グルコース溶液は、メディアを停止します。
2。新生児の心筋細胞の分離- 準備(収穫の日)
無菌性を維持するようにしてください
このセクションで使用されているソリューション:PBS -グルコース溶液、Betadine
3。新生児の心筋細胞の分離- 心臓解剖
このセクションで使用されているソリューション:Betadine、PBS -グルコース溶液
4。新生児の心筋細胞の分離- 筋細胞の分離
このセクションで作成/使用されるソリューション:PBS -グルコース溶液、コラゲナーゼ溶液、停止液
5。鋳造フィブリンゲルの構造- フィブリンゲルを作成するための準備(事前によくやった)
このセクションで作成したソリューション:フィブリノゲンの原液、トロンビン原液、プルロニックソリューション、心筋の構造のメディア。
6。鋳造フィブリンゲルの構造- フィブリンゲルを作成するための準備(右フィブリンゲルの構造を作る前に)
このセクションで使用されているソリューション:プルロニックソリューション
7。鋳造フィブリンゲルは、射出成形を経由して構築
このセクションで作成したソリューション:F溶液、Tソリューション、細胞溶液。
8。解析手法(培養2週間後) - 収縮力テスト
このセクションで使用されているソリューション:DMEM、心筋の構造メディア。
9。解析手法(培養2週間後) - 実行可能性のためのライブデッドアッセイ(Invitrogen社製LIVE / DEADアッセイ)14:
このセクションで使用されているソリューション:EthD - 1ストック溶液を、カルセインAMストック溶液をPBS
10。解析手法(培養2週間後) - 重要な筋細胞のタンパク質の免疫組織化学:
このセクションで使用されているソリューション:PBS、PBS中4%paraformadehyde、PBSで5%ロバ血清、PBS、PBS中の0.1 ng / mLをヘキスト33258で抗体。
11。代表的な結果/成果:
心筋細胞フィブリン構造は最初に金型の全体の幅(図2B)をカバーしています。に気泡が構造に存在してはいけません、それは全長にわたって均一になるはずです。培養2週間後、約1 / 4の初期の幅(図2C)のための構造を契約。
図3Bに示すように構造が私たちのカスタム収縮力装置(図3A)に電気的にペースになると、収縮力のデータを生成することができます。波形は力、収縮の速度、および緩和の速度を決定するためにMATLAB(MathWorks社)で別々に分析することができます。約1.3 MNの単収縮力は、6を期待されています。
構築物の細胞の生存率は、構造中への酸素の拡散制限があるため、構造の深さ、に依存しています。構造、図4Aの表面には、高い細胞生存率が観察される。共焦点顕微鏡、図4Bで、構造の整列構造は赤で示されて収縮、ために重要である、ミオシン重鎖、MHCによる観測される。緑色で示されているコネキシン43は、心筋細胞間の細胞結合のために必要です。

図1:カプセル化プロセスの概要

図2:フィブリンゲルを作成するための)個別および複合金型部品。あちこちにmは左から右に2つのテフロンワッシャー、二つのシリコーンOリング、テフロンロッド、テフロンチューブ、完成したマンドレル、マンドレル用アウターケーシング、およびプランジャー)。 B)アウターケーシング(0日)から放出直後の金型を構築します。文化の13日間以下の金型でC)コンパクト化構造(赤矢印)、。

図3:記録の収縮力のための)カスタム収縮力の測定システム。後付力変換器は、収縮力を測定し、コンピュータに結果を出力します。ワイヤーで2つの炭素電極を含む浴はどのペース構造を電気刺激装置に接続します。二つの投稿では、場所の構造を保持する。 B)試料の収縮力の波形データは0.5 Hzの電気刺激で生成。

図4:構造、13日目(スケールバー= 400μm)の)ライブ/デッドアッセイ。緑は生きている細胞を表し、赤は死んだ細胞を表しています。ミオシン重鎖(赤)、コネキシン43(緑)とHoescht核染色(青色)(スケールバー= 10μm)のB)共焦点画像。
| Fソリューション | Tソリューション | セルソリューション | |||
| フィブリノゲン | 112μL | トロンビン | 17μlの | DMEMで細胞 | μL170 |
| HEPES | 558μl | のCa + + | μlを1.3 | ||
| DMEM | 152μL | ||||
| 合計 | 670μL | 合計 | μL170 | 合計 | μL170 |
表1。フィブリンゲルソリューション、ゲル1 mLのための量。
注:20mMのHEPESでフィブリノーゲン= 33 mg / mLのフィブリノゲンが緩衝生理食塩水
HEPES = 20mMのHEPES緩衝生理食塩水
0.81パーセントNaCl溶液にトロンビン= 25 U / mLの溶液
のCa + + = 2 Nの塩化カルシウム溶液
心筋システムのin vitroモデルにおける一貫性と実行可能な三次元におけるフィブリンゲルの結果の新生児ラット心筋細胞のカプセル化。細胞が捕捉されたとき、彼らは代謝活性と、コンパクト化改造およびネイティブの心臓組織12との一貫性のある細胞外マトリックスを再作成することが可能であるため、フィブリンが望ましい生体材料です。我々は心筋細胞はこの環境で自分自身を整列することを可能にするので、それらの機能は、等方性の組織6に比べてより大きな収縮力で、その結果心筋のより特徴的です。潜在的な治療のアプリケーションでは、それは実行可能性と機能性の両方を促進する物質の中で細胞をカプセル化する必要があります。プロトコルは、3次元の微小環境における心筋細胞の挙動を制御するために、フィブリンネットワークを作成するための効率的かつ正確な手段を示すここで紹介。
いくつかの潜在的な問題は、これらのコンストラクトの作成と培養中に発生する可能性があります。つの潜在的な問題は大幅に構造の機能に影響を与える前に、カプセル化に細胞の生存率の維持、である。努力が分離し、フィブリンゲル内の細胞のカプセル化の間の時間を減らすことによって、分離後の細胞死を制限するためになされるべきである。構文は、厳密なスケジュールで一日おきにメディアを提供する必要があります。さらに、使用されるソリューションのすべてに均一性を確保することが重要です。フィブリノーゲン、トロンビンと細胞の混合物は、異機種環境を生成する場合、ECMを改造する細胞の能力は、機械的に夫婦と契約が潜在的に遮断されていない。エンジニアリング組織の継続性の乱れを防ぐために、構造の注入時の気泡の形成を防止することも重要です。この問題を緩和する一つの方法は、シリンジに構造を作り、ゆっくりと注入する必要以上のゲルを描くです。最後に、一度フィブリンマトリックスが設定されていると24時間培養液中にされている、それはフィブリンゲルの細胞ベースの圧縮を促進するため、リング型の側面から構造を切り離すことが不可欠です。金型の中央に構造を維持すること、ガスと栄養素の交換が容易になります。リングの金型の側面への付着はまた、所望の細胞整列が中断される場合があります。
その意識断頭は国立衛生研究所の両方からのガイドラインの下で承認された方法とアメリカ獣医学協会であるこのプロトコルでは安楽死の方法として使用されている点が重要です。しかし、一部の金融機関は、新生児ラットの断頭続いて麻酔を使用することをお勧めします。それは、摘出した心臓組織/細胞のための低酸素条件下での時間の最小量を保証するため、我々は意識的な斬首を選択している。低酸素の比較的少量では虚血と有意にこのプロトコルの結果に影響を与える可能性のある潜在的に心筋細胞死を、筋細胞につながることができます。
利害の衝突は宣言されません。
国立心肺血液研究所(賞#R00HL093358にLDB) - この作品は、国立衛生研究所によってサポートされていました。
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Sodium chloride | Sigma-Aldrich | S7653 | PBS |
| Potassium chloride | Sigma-Aldrich | P9333 | PBS |
| Sodium phosphate dibasic | Sigma-Aldrich | S7907 | PBS |
| Potassium phosphate monobasic | Sigma-Aldrich | P5655 | PBS |
| Glucose | Sigma-Aldrich | G5400 | Isolation |
| hemostat | Fine Science Tools | 91308-12 | Isolation |
| fine tweezers | Fine Science Tools | 11251-20 | Isolation |
| large scissors | Fine Science Tools | 91401-14 | Isolation |
| micro-scissors | Fine Science Tools | 91501-09 | Isolation |
| scalpel handle | Fine Science Tools | 10008-13 | Isolation |
| scalpel blade | Fisher Scientific | 08-918-5A | Isolation |
| Absorbent bench underpad | VWR international | 56617-014 | Isolation |
| sterile drape | Fisher Scientific | GM42526 | Isolation |
| autoclave bag | Fisher Scientific | 01-812-54 | Isolation |
| gauze pad | Fisher Scientific | 13-761-52 | Isolation |
| betadine | Purdue Products L.P. | 67618-150-01 | Isolation |
| sterile gloves | Fisher Scientific | 19-020 | Isolation |
| sterile transfer pipette | Fisher Scientific | 9962 | Isolation |
| collagenase | Worthington Biochemical | CLS2 | Isolation |
| Teflon rod 1/4 inch diameter | McMaster-Carr | 8546K11 | Mold part |
| Teflon tube 1/4 inch ID, 1/2 inch OD | McMaster-Carr | 8547K31 | Mold part |
| Silicone O-Ring 1/4 inch ID, 1/2 inch OD | McMaster-Carr | 9396K204 | Mold part |
| Teflon tube 1/4 inch ID, 5/16 inch OD | McMaster-Carr | 52355K14 | Mold part |
| Kendall monoject syringes 6cc | Fisher Scientific | 05-561-41 | Mold part |
| BD syringe 3cc | Fisher Scientific | 309585 | Mold part |
| Bovine Fibrinogen | Sigma-Aldrich | F8630 | Construct |
| Bovine Thrombin | Sigma-Aldrich | T7513 | Construct |
| 1 M HEPES | Sigma-Aldrich | H0887 | Construct |
| Sodium Chloride | Sigma-Aldrich | S7653 | Construct |
| DMEM | Invitrogen | 10569 | Construct |
| Pluronic F-127 | Sigma-Aldrich | P2443 | Construct |
| Calcium Chloride | Sigma-Aldrich | 383147 | Construct |
| 0.2 micron filter | Fisher Scientific | SCGVT05RE | Construct |
| 40 micron cell strainers | Fisher Scientific | 22-363-547 | Construct |
| 0.45 micron bottle top filter | Corning | 430627 | Construct |
| glass pre-filter | EMD Millipore | AP2007500 | Construct |
| 18G 1 1/2 inch long needle | Fisher Scientific | 14-826-5D | Construct |
| 21G 1 inch needle | Fisher Scientific | 14-826C | Construct |
| construct jars | Fisher Scientific | 2116 | Construct |
| Penicillin-streptomycin | Invitrogen | 15140 | Media |
| horse serum | Sigma-Aldrich | H1138 | Media |
| Fetal bovine serum | Invitrogen | 16000 | Media |
| aminocaproic acid | Acros Organics | 103305000 | Media |
| ascorbic acid | Sigma-Aldrich | A5960 | Media |
| insulin | Sigma-Aldrich | I9278 | Media |
| Paraformaldehyde, 16% | Electron Microscopy Sciences | 15710 | Histology |
| Optimal cutting temperature (OCT) | Ted Pella, Inc. | 27050 | Histology |
| 2-methylbutane | Fisher Scientific | 03551-4 | Histology |
| Mouse MYH1/2/4/6 primary antibody | Santa Cruz Biotechnology, Inc. | SC-32732 | Histology |
| Rabbit Connexin 43 primary antibody | Cell Signaling Technology | 3512 | Histology |
| Dylight 549-conjugated donkey anti-mouse secondary antibody | Jackson ImmunoResearch | 715-505-151 | Histology |
| Dylight 488-conjugated Donke anti-rabbit secondary antibody | Jackson ImmunoResearch | 711-485-152 | Histology |
| Live/dead assay | Invitrogen | L-3224 | Analysis |