本研究展示了一种评估血管内皮干细胞(VESCs)增殖、分化及成血管潜能的新方法,通过乳腺脂肪垫移植后进行整体组织制备,以实现显微观察。采用谱系示踪策略以研究VESCs的行为 体内 也进行了展示。
需要JoVE订阅才能观看此内容。 请登录或开始免费试用
本研究展示了一种评估血管内皮干细胞(VESCs)增殖、分化及成血管潜能的新方法,通过乳腺脂肪垫移植后进行整体组织制备,以实现显微观察。采用谱系示踪策略以研究VESCs的行为 体内 也进行了展示。
内皮细胞(ECs)是血管结构的基本组成单元,可介导血管的生长与重塑,以确保血管的正常发育和稳态维持。然而,由于缺乏有效的工具来获取并直接评估其行为,关于内皮细胞谱系层级的研究仍不明确。 体内为解决这一不足,已开发出一种利用乳腺脂肪垫研究血管生成的新组织模型。乳腺主要在出生后的发育阶段(包括青春期和妊娠期)中发育,此过程中旺盛的上皮细胞增殖伴随着广泛的血管重塑。乳腺脂肪垫为生长中的乳腺上皮提供空间、基质以及丰富的促血管生成刺激信号。此外,乳腺脂肪垫位于腹膜腔外,使其成为评估外源性细胞血管生成潜能的易于操作的移植位点。本研究还描述了一种高效的示踪方法,利用荧光报告小鼠特异性地标记目标血管内皮干细胞(VESCs)群体。 体内该谱系示踪方法结合后续的组织全 mount 显微成像,可实现对靶向细胞及其子代细胞的直接可视化,从而定量分析其增殖能力,并进行分化命运图谱的绘制。利用这些方法,近期已在多种血管系统中鉴定出一群表达双潜能蛋白 C 受体(Procr)的血管内皮干细胞(VESCs)。Procr+ VESCs 能够生成新的内皮细胞和周细胞,在发育、稳态维持以及损伤修复过程中积极促进血管生成。总体而言,本文描述了一种新的乳腺脂肪垫移植方法 体内 可用于评估VESC干细胞特性的谱系示踪技术
在发育和稳态过程中,血管的生长与重塑始终与器官的生长和修复相协调。血管生成是指从已有的血管中形成新血管的过程,被认为是介导这些动态血管变化的主要机制。每条血管内部均由一层内皮细胞(ECs)衬覆,这些细胞似乎是血管结构的基础。长期以来,内皮细胞池在稳态过程中如何得到补充的机制尚不明确,关于血管更新是源于成熟内皮细胞的增殖,还是来源于血管干细胞/前体细胞活动的贡献,学界一直存在争议。由于缺乏直接的生理学证据,血管内皮干细胞(VESCs)的存在及其细胞身份也一直存在争议。
验证干细胞行为最常用的方法之一是将待测干细胞移植到受体小鼠体内。该方法用于评估候选干细胞的干性潜能 体内 移植最初被应用于骨髓干细胞的研究1,这有助于造血系统层级特征的建立2在内皮领域,基底膜基质(例如, 皮下植入侧腹皮肤下的 matrigel 小栓已成标准 体内 用于评估移植内皮细胞血管形成能力的血管生成实验。多种实验方法,包括三维培养系统中的集落形成和移植实验,提示存在潜在的内皮细胞前体细胞/血管壁干细胞(VESC)群体3,4,5,6然而,由于嵌入基底膜基质中的内皮细胞与周围组织相对隔离,这无法为充分探索移植细胞的血管生成潜能提供最佳的微环境。因此,在基质塞内形成的血管主要呈毛细血管样结构,且功能上难以进行测量。
乳腺在出生后发育,其最显著的生长发生在青春期和妊娠期。在青春期阶段,乳腺上皮迅速扩张,占据整个乳腺脂肪垫,同时伴随周围血管结构的有效重塑。因此,乳腺为研究血管生成提供了极佳的模型。它为生长中的乳腺上皮提供了空间、基质以及丰富的促血管生成刺激,因而成为评估外源性细胞血管生成潜能的理想移植部位。此外,乳腺脂肪垫允许形成的外源性血管与宿主循环系统整合,从而实现进一步的功能评估,相较于皮下移植具有明显优势。
尽管 体外 培养和移植实验是研究细胞群体再生特性的有效方法。已知此类实验可能会诱导细胞可塑性,因为细胞被从其天然生境中分离,当细胞脱离其生理微环境时,可能发生改变。7因此,获得直接 体内 细胞命运的证据是推动当前对内皮细胞群体行为认知的关键方法。
遗传谱系示踪即,体内 谱系示踪)对于鉴定血管内皮干细胞(VESCs)及其在机体系统中的特性研究至关重要,因为它能够揭示 体内 在生理环境中的干细胞行为,以及真正的干性特征得以评估。谱系示踪提供了长期持续存在的直接证据(即, 自我更新)能力以及生成来源组织各类细胞类型的能力(即, 分化潜能
本方案描述了一种新型的乳腺脂肪垫移植技术以及谱系示踪方法,用于观察血管内皮干细胞(VESCs)的血管生成能力。这些技术克服了现有检测方法的局限性,为更优地评估VESCs的干细胞特性提供了新途径。这些方法是高效的工具,可用于评估内皮细胞群体的行为和成血管特性,以及确定在病理环境下血管细胞潜能的变化。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
实验方案已获得中国科学院上海生物化学与细胞生物学研究所动物护理与使用委员会的批准,批准协议编号为 SIBCB-NAF-15-002-S335-003。
1. 从小鼠乳腺中分离血管内皮干细胞
2. 体内 使用乳腺脂肪垫的VESC血管形成实验
3. 显微观察用组织整体装片制备
4. 利用基因修饰小鼠模型进行谱系示踪
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
乳腺血管内皮细胞的分离:
为了在后续移植实验中分离内皮细胞群体,采集成熟(8周龄)未交配小鼠的乳腺作为供体材料。采用基于抗体的细胞分选技术分离内皮细胞。图中显示了8周龄C57BL/6小鼠乳腺内皮细胞中VESC群体的代表性流式细胞术分析结果。 图1 (图改编自 Yu 等8,经许可。
乳腺脂肪垫移植:
乳腺脂肪垫为研究血管生成提供了理想位点。经FACS分选分离后,Procr+ ECs 与 0.5% 基底膜基质和 0.1% 台盼蓝指示剂混合后,移植至 3 周龄 SCID 受体小鼠的空脂...
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
血管生成实验是研究血管动态的良好实验方法。小鼠视网膜血管系统在出生后发育,已被证实是研究血管生成的一个理想模型。12尽管视网膜血管床相对易于接近,但对其进行实际操作却相当困难。迄今为止,已有文献中描述得最为详尽的 体内 移植研究中常用的检测方法是基质胶栓法,该方法将细胞包裹于基底膜基质团块内,并通过手术将其植入或注射到受体小鼠侧腹部皮下。该血管生成检测方法可有效评估包埋细胞的再生潜能及成血管能力。然而,由于植入的基质栓在体内形成相对隔离的微环境,无法为细胞提供理想的生理生态位。近期,研究人员还开发了一种新的肺部血管生成模型,即将纤维蛋白胶贴片应用于小鼠肺表面特定部位13然而,该操作还存在另一个风险,因为该技术需侵入性地在小鼠胸腔内进行,因此难以在更广泛的检测环境中应用。
在本研究所述的血管生成实验中,将少量细胞混合物移植至乳腺脂肪垫内。乳腺脂肪垫在青春期可提供空间、基质以及丰富的促血管生成刺激,使新生血管能够顺应并整合到正在重塑的宿主血管系统中,从而实现进一步的功能评估...
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
作者声明不存在任何竞争性经济利益。
本工作得到国家自然科学基金(项目编号:31530045 和 31371500,资助 Y.A.Z.;项目编号:31401245,资助 Q.C.Y.)、中国科学技术部(项目编号:2014CB964800)、中国科学院(项目编号:XDB19000000,资助 Y.A.Z.)以及中国细胞生物学学会(青年学者早期职业奖学金,资助 Q.C.Y.)的支持。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 0.05% 胰蛋白酶-乙二胺四乙酸 (EDTA) (1x) | Gibco (Life Technologies) | 25300-062 | 0.05% 胰蛋白酶 |
| 0.22 µm 滤器单元 | Merck Millipore Ltd. | SLGP033RB | 0.22 µm 滤器 |
| 2-甲基-2-丁醇,试剂级 Plus | Sigma-Aldrich | 24, 048-6 | 叔戊醇 |
| 222, 三溴乙醇 | Sigma-Aldrich | T48402-25g | 222, 三溴乙醇 |
| 4',6-二脒基-2-苯基吲哚 (DAPI) | Invitrogen | D1306 | DAPI |
| 70 µm 细胞筛 | BD FAL | 352350 | 70 µm 细胞筛 |
| 黏附显微镜载玻片 | CITOGLAS | 188105 | 玻璃载片 |
| 抗小鼠 CD105 APC | eBioscience | 17-1051-82, 克隆号 MJ7/18 | 用于流式细胞术分析,使用浓度为 1 µg/mL |
| 抗小鼠 CD201 生物素标记 | eBioscience | 13-2012-82 | 用于流式细胞术分析,使用浓度为 2.5 µg/mL |
| 抗小鼠 CD31 PE-氰蓝 7 | eBioscience | 25-0311-82, 克隆号 390 | 用于流式细胞术分析,使用浓度为 1 µg/mL |
| BD FACSJazz 细胞分选仪 | BD Biosciences | 655489 | FACS |
| 牛血清白蛋白 | Sigma | 100190332 | BSA |
| 离心机 | Eppendorf | 5810R | 离心机 |
| III 型胶原酶 | Worthington-Biochem | #LS004183 | 胶原酶 III |
| 共聚焦显微镜 | Leica | sp8 | 共聚焦 |
| 牛胰脱氧核糖核酸酶 I | Sigma | D2463-5VL | Dnase I |
| 驴抗大鼠 Cy3 | Jackson ImmunResearch | 712-165-150 | 二抗,使用浓度为 0.5 µg/mL |
| Dumont 镊子 | WPI | 500342 | 镊子 |
| Dumont 镊子 - 微钝头 | FST | 11253-20 | 镊子 |
| 胎牛血清 | Hyclone | SH30396.03 | FBS |
| FITC 标记的小鼠 CD3/Gr1/CD11b/CD45R(B220)/Ter-119 抗体混合物 | BioLegend | 78022 | 流式细胞术分析用血液谱系抗体混合物,每项检测使用 25 µL |
| 甘油 | Sigma | G6279 | 甘油 |
| 伊格尔改良杜尔贝科培养基 (IMDM) | Gibco (Life Technologies) | 12440-053 | IMDM |
| 来自扁豆状吉姆萨菌的异凝集素 GS-IB4,Alexa Fluor 647 标记 | Invitrogen | Z32450 | 异凝集素-647 |
| Matrigel 基质(生长因子减少型) | BD | 356231 | Matrigel |
| 小鼠品系 (Actin-GFP) | Jax Laboratories | 3773 | Actin-GFP |
| 小鼠品系 (C57BL/6) | SLAC | C57BL/6 | C57BL/6 |
| 小鼠品系 (BALB/c nude) | SLAC | BALB/c nude | 裸鼠 |
| 多聚甲醛 | Sigma | P6148 | PFA |
| 青霉素-链霉素 | Gibco (Life Technologies) | 5140-122 | 青/链霉素 (Pen/Strep) |
| 磷酸盐缓冲液 (pH 7.2) 1x | Gibco (Life Technologies) | c20012500BT | PBS |
| PRIM1640 | Gibco (Life Technologies) | c11875500CP | PRIM1640 |
| ProLong Gold 抗荧光淬灭封片剂 | Life Technologies | P36934 | 封片介质 |
| 大鼠抗 CD144 抗体 | BD Biosciences | 550548 | 用于整体染色分析,抗 VE-钙黏蛋白 / Cdh5 抗体,用于内皮细胞紧密连接,使用浓度为 2.5 µg/mL |
| 大鼠抗 CD31-生物素标记抗体 | BD Biosciences | 553371 | 用于整体染色分析,抗 CD31/PECAM1 抗体,用于内皮细胞表面黏附分子,使用浓度为 10 µg/mL |
| 红细胞裂解缓冲液 | Sigma | R7767-100ML | 红细胞裂解缓冲液 |
| 直头/锐-钝头/10 cm | FST | 14028-10 | 精细剪刀 |
| 链霉亲和素 eFluor 450 | eBioscience | 48-4317-82 | 用于流式细胞术分析,使用浓度为 0.5 µg/mL |
| 他莫昔芬 | Sigma | 101551374 | TAM |
| 吐温 X-100 | Sigma-Aldrich | T8787-250ML | TritonX |
| 蜡涂层编织丝线(美国标准 5-0 号 (1 公制),18 英寸 (45 cm),黑色,C-1 针) | COVIDIEN | S1173 | 缝合线 |
| 无菌一次性手术刀片 | Swann Morton | #10 | 手术刀 |
| 聚维酮碘 | Yifeng Medical | 20160101 | 消毒液 |
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。