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La generación de cardiomiocitos de hPSCs, incluyendo células madre y hiPSC, puede funcionar como un modelo in vitro de los procesos de desarrollo cardíacas humanas muy tempranas, proporcionando información sobre las etapas de otra manera no accesibles para los estudios mecanicistas. Este sistema modelo ofrece oportunidades únicas para estudiar los mecanismos moleculares que controlan el compromiso de linaje cardiaco y la especificación del destino celular. En los últimos años, la capacidad de generar eficazmente células cardiomiogénico de hPSCs ha mejorado en gran medida 1-15. Sin embargo, entre los protocolos hay una variación línea celular con respecto a la eficiencia en la generación de células cardiomiogénico y temporización en la que las células expresan marcadores específicos para cada cámara (por ejemplo, ventrículo y aurículas). Idealmente, para futuras aplicaciones de este sistema de modelo, se desean más poblaciones homogéneas de células funcionalmente definidos. En contraste con los métodos anteriores, el protocolo de diferenciación de cardiomiocitos describe aquí no requiere ceagregación ll o la adición de proteínas activina A o morfogenética ósea 4 (BMP4) y robustamente genera culturas altamente positivo para TNNI3 TNNT2, Irx4, MLC2v y MLC2a por día 10 células en todas las líneas de células madre y hiPSC probados hasta la fecha. La estrategia es técnicamente fácil de implementar, especialmente en comparación con cultivos tridimensionales, la cultura de masas, o estrategias basadas cuerpo embrioide 4-9, y se definió recientemente en un estudio que describe una molécula pequeña con toxicidad selectiva a hPSCs (Boheler et al. ) 65. Las características de este protocolo incluyen la diferenciación de hPSCs en cultivo en monocapa utilizando una sola capa de una matriz calificado hESC (Matrigel), medios completamente definidos que utilizan pequeñas moléculas que modulan la señalización Wnt (similar, pero distinta de 1,2,7,13), y flujo optimizado citometría de métodos de tinción para la evaluación de la eficiencia de la diferenciación y la identidad de la célula. En resumen, las ventajas de este protocolo en comparación con los informes anteriores incluyen su costo-efectividad, reproducibilidad y su alta eficiencia para la generación de cardiomiocitos entre múltiples líneas de HPSC, incluyendo células madre y hiPSC líneas.
La citometría de flujo es una poderosa herramienta de análisis para evaluar la calidad de las células en cultivo y determinar la homogeneidad subpoblación, y con un diseño experimental adecuado, pueden proporcionar mediciones cuantitativas. Al igual que con todas las estrategias basadas en anticuerpos, la interpretación precisa de los resultados experimentales requiere que los elementos del diseño del ensayo, incluyendo la concentración de anticuerpo y la fijación y las condiciones de permeabilización (cuando dirigidas a antígenos intracelulares) son cuidadosamente probados para cada anticuerpo como condiciones sub-óptimas afectan significativamente la eficiencia del anticuerpo vinculante, y por lo tanto, la interpretación de los resultados. Es importante destacar que, si se requiere la cuantificación, los anticuerpos monoclonales son esenciales, como los anticuerpos policlonales pueden reconocer epítopos múltiples y son propensas a la variación de lote a lote. Actualmente, una variedad de anticuerpos (polyclonal protocolos y monoclonales) y tinción se han descrito para la evaluación de la diferenciación in vitro, por lo que es difícil comparar la eficiencia de cardiomyogenesis entre protocolos 1,2,9,11. Por esa razón, los anticuerpos monoclonales se utilizan cuando esté disponible para todos los análisis de citometría de flujo. De cara al futuro, se espera que la normalización de estos protocolos de tinción, especialmente con respecto a la cuantificación, deben permitir una mejor comparación entre las estrategias de diferenciación.
La elección de los marcadores, y sus correspondientes anticuerpos, que se utiliza para evaluar la pureza de in vitro cardiomyogenesis varía entre los informes. TNNT2 se ha considerado un indicador de las células comprometidas con el destino cardiomiogénico y se utiliza habitualmente para evaluar la eficacia de los protocolos de diferenciación cardíacas. Sin embargo, TNNT2 también se expresa en el músculo esquelético durante el pollo y rata desarrollo temprano 16,17 y está presente en el músculo liso humano 18 . Por lo tanto, TNNT2 no es necesariamente un marcador específico de cardiomyogenesis humana in vitro. MLC2v y MLC2a se utilizan habitualmente como marcadores indirectos de subtipos ventriculares y auriculares, respectivamente. Sin embargo, los retos con confiar en MLC2v y MLC2a para determinar el subtipo de cardiomiocitos en el contexto de la diferenciación in vitro surgen del hecho de que estos productos génicos no se puede restringir a una cámara específica largo del desarrollo cardíaco, del tubo de corazón a través de adulto. En el roedor bucle corazón, MLC2a ARNm es predominante en la / zona de tracto de entrada auricular y MLC2v ARNm es predominante en las regiones del tracto ventricular / flujo de salida. En el corazón de bucle, co-expresión de MLC2a y MLC2v ARNm se observó en el tracto de entrada, canal atrioventricular y el tracto de salida 19,20. A los 3 días después del nacimiento, MLC2v ARNm está restringida al ventrículo y por 10 días después del nacimiento, MLC2a se limita a las aurículas en el corazón de rata neonatal 19. Por lo tanto, la interpretaciónde los datos relativos a la eficiencia y la identidad de subtipo cardiomyogenesis no sólo deben considerar la presencia y cantidad de los niveles de marcadores de referencia, pero deben tener en cuenta la etapa de desarrollo (s) a la que los puntos de tiempo de la diferenciación que se analizan corresponden. Esto es especialmente importante teniendo en cuenta que la etapa de maduración de las células cardiomiogénico generados por diferenciación in vitro de hPSCs se asemeja más estrechamente a los del desarrollo fetal / embrionario 21-25. Por lo tanto, basándose en la expresión espacial de un marcador en el corazón postnatal puede no ser apropiado para la evaluación de células derivadas de HPSC, al menos en algunos casos.
En un esfuerzo por facilitar el desarrollo de criterios más específicos para la definición de la identidad de los cardiomiocitos in vitro, TNNI3 se considera que es un marcador útil para evaluar cardiomyogenesis in vitro, ya que se limita al músculo cardiaco a lo largo de la embriogénesis en el pollo y pez cebra 15,20y está ausente en el músculo esquelético fetal humano 26. Mientras TNNI1 está presente en el corazón fetal humano, TNNI3 es la única isoforma TNNI presente en el corazón adulto normal 27,28. En cuanto a la identidad subtipo de cardiomiocitos, Irx4 29-31 es un marcador informativo de las células con un destino ventricular. En el nivel de proteína, Irx4 ha demostrado recientemente ser restringido al ventrículo del corazón del tubo lineal a través de etapas neonatales en el ratón 32. En consecuencia, se describen los protocolos de tinción optimizados para el análisis de TNNI3 y Irx4 por citometría de flujo. Para nuestro conocimiento, esta es la primera descripción de un método para la tinción basada en anticuerpos eficiente y análisis de los niveles Irx4 en cardiomiocitos humanos por citometría de flujo.