Bau von Defined Menschen Engineered Herzgewebe zur Untersuchung Mechanismen der Herzzelltherapie

Timothy J. Cashman; Rebecca Josowitz; Bruce D. Gelb; Ronald A. Li; Nicole C. Dubois; Kevin D. Costa

doi:10.3791/53447

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Methodenartikel

Bau von Defined Menschen Engineered Herzgewebe zur Untersuchung Mechanismen der Herzzelltherapie

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DOI:

10.3791/53447

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1. März 2016

Timothy J. Cashman¹ , Rebecca Josowitz² , Bruce D. Gelb² , Ronald A. Li¹^,³ , Nicole C. Dubois² , Kevin D. Costa¹

¹Cardiovascular Research Center, Icahn School of Medicine at Mount Sinai, ²The Mindich Child Health and Development Institute, Icahn School of Medicine at Mount Sinai, ³Stem Cell & Regenerative Medicine Consortium, LKS Faculty of Medicine, University of Hong Kong

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Dieses Manuskript beschreibt die Erstellung von definiertem manipuliertem Herzgewebe unter Verwendung von Oberflächenmarker-Expression und Zellsortierung. Die definierten Gewebe können dann in einem Multigewebe-Bioreaktor verwendet werden, um Mechanismen der kardialen Zelltherapie zu untersuchen, um ein funktionsfähiges, aber dennoch kontrolliertes Modellsystem des menschlichen Herzens bereitzustellen.

Zusammenfassung

Die Züchtung von humanem Herzgewebe kann die therapeutische Entdeckung grundlegend beeinflussen, indem neue speziesspezifische Screening-Systeme entwickelt werden, die die Biogenauigkeit des dreidimensionalen nativen menschlichen Myokards nachbilden, während sie gleichzeitig ein kontrolliertes Maß an biologischer Komplexität ermöglichen und eine zerstörungsfreie Längsüberwachung der kontraktilen Funktion des Gewebes ermöglichen. Ursprünglich wurde humantechnisch hergestelltes Herzgewebe (hECT) unter Verwendung der gesamten Zellpopulation hergestellt, die aus der gerichteten Differenzierung menschlicher pluripotenter Stammzellen gewonnen wurde, die typischerweise weniger als 50 % Kardiomyozyten ergaben. Um jedoch zuverlässige Vorhersagemodelle für das menschliche Myokard zu erstellen und die Mechanismen der heterozellulären Interaktion aufzuklären, ist es unerlässlich, die biologische Zusammensetzung in manipulierten Geweben genau zu kontrollieren.

Um diese Einschränkung zu beheben, verwenden wir die Lebendzellsortierung für den kardialen Oberflächenmarker SIRPα und den Fibroblastenmarker CD90, um Gewebe zu erzeugen, die jeweils ein Verhältnis von 3:1 dieser Zelltypen enthalten, die dann miteinander vermischt und zu einer kollagenbasierten Matrixlösung hinzugefügt werden. Die resultierenden hEKTs sind somit sowohl in ihrer zellulären als auch in ihrer extrazellulären Matrixzusammensetzung vollständig definiert.

Hier beschreiben wir die Konstruktion definierter hECTs als Modellsystem zum Verständnis der Mechanismen von Zell-Zell-Interaktionen in Zelltherapien, am Beispiel von humanen mesenchymalen Stammzellen (hMSC) aus dem Knochenmark, die derzeit in klinischen Studien am Menschen verwendet werden. Die definierte Gewebezusammensetzung ist unerlässlich, um zu verstehen, wie die hMSCs mit den endogenen kardialen Zelltypen interagieren können, um die Gewebefunktion zu verbessern. Beschrieben wird auch ein Bioreaktorsystem, das gleichzeitig sechs hEKTs parallel kultiviert, was eine effizientere Nutzung der Zellen nach der Sortierung ermöglicht.

Einleitung

Cardiac Tissue Engineering hat in den letzten zehn Jahren mit mehreren Gruppen Veröffentlichung der Ergebnisse der voll funktionsfähig, schlagen Gewebe aus beiden murine Kardiomyozyten ^1-6 und in jüngster Zeit , die menschliche Stammzellen gewonnenen Herzmuskelzellen ^7-12 stark vorangetrieben . Das Herzgewebe Engineering - Bereich wird von zwei primären und im wesentlichen unabhängig Ziele angetrieben: 1) exogene Transplantate zu entwickeln , die in Ermangelung Herzen transplantiert werden kann , um die Funktion zu verbessern ^4-6; und 2) In - vitro - Modelle zu entwickeln , für das Studium der Physiologie und Krankhe....