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La génération de cardiomyocytes de hPSCs, y compris les CSEh et hiPSC, peut fonctionner comme un modèle in vitro de processus de développement cardiaques humaines très tôt, donnant un aperçu des étapes pas autrement accessibles pour des études mécanistiques. Ce système de modèle offre des opportunités uniques pour étudier les mécanismes moléculaires qui contrôlent l'engagement de la lignée cardiaque et la spécification du destin cellulaire. Au cours des dernières années, la capacité à générer de manière efficace à partir de cellules cardiomyogéniques hPSCs a grandement amélioré 1-15. Cependant, parmi les protocoles il existe une variation de la ligne de cellule par rapport à l'efficacité dans la production de cellules et cardiomyogéniques synchronisation à laquelle les cellules expriment des marqueurs spécifiques de la chambre (par exemple, le ventricule et oreillettes). Idéalement, pour des applications futures de ce système modèle, les populations plus homogènes de cellules fonctionnellement définies sont souhaitées. Contrairement aux procédés précédents, le protocole de différenciation des cardiomyocytes décrit ici ne nécessite pas CEagrégation ll ou l'ajout d'activine A ou protéine morphogénétique osseuse 4 (BMP4) et robuste génère cultures très positif pour TNNI3, TNNT2, Irx4, MLC2v, et MLC2a par jour 10 cellules dans toutes les lignées de CSEh et hiPSC testés à ce jour. La stratégie est techniquement simple à mettre en œuvre, en particulier par rapport à des cultures tridimensionnelles, la culture de masse, ou des stratégies fondées corps embryoïdes 4-9, et a récemment été définie dans une étude qui décrit une petite molécule à une toxicité sélective pour hPSCs (Boheler et al. ) 65. Caractéristiques de ce protocole comprennent la différenciation des hPSCs en culture monocouche à l'aide d'une seule couche d'une matrice qualifié CSEh (Matrigel), milieux entièrement définis à l'aide de petites molécules pour moduler la signalisation Wnt (semblable, mais distinct de 1,2,7,13), et flux optimisé cytométrie méthodes de coloration pour l'évaluation de l'efficacité de la différenciation et de l'identité de la cellule. En résumé, les avantages de ce protocole par rapport aux rapports précédents comprennent son coût effectivEness, reproductibilité, et sa grande efficacité pour générer des cardiomyocytes entre plusieurs lignes HPSC, y compris les lignées de CSEh et hiPSC.
La cytométrie en flux est un outil d'analyse puissant pour évaluer la qualité des cellules en culture et la détermination de la sous-population homogénéité, et avec un design expérimental approprié, peut fournir des mesures quantitatives. Comme pour toutes les stratégies à base d'anticorps, l'interprétation exacte des résultats expérimentaux nécessite que les éléments de la conception de l'essai, y compris la concentration d'anticorps et de la fixation des conditions de perméabilisation (lorsque ciblant des antigènes intracellulaires) sont soigneusement testés pour chaque anticorps comme des conditions sous-optimales affectent de manière significative l'efficacité de l'anticorps la liaison, et par conséquent, l'interprétation des résultats. Il est important, si la quantification est nécessaire, les anticorps monoclonaux sont indispensables, comme les anticorps polyclonaux peuvent reconnaître des epitopes multiples et sont sujettes à des variations de lot à lot. Actuellement, une variété d'anticorps (polyclonal protocoles et monoclonaux) et de coloration ont été décrits pour l'évaluation de la différenciation in vitro, ce qui rend difficile la comparaison de l'efficacité des protocoles cardiomyogenesis parmi 1,2,9,11. Pour cette raison, les anticorps monoclonaux sont utilisés lorsqu'ils sont disponibles pour toutes les analyses de cytométrie en flux. À l'avenir, il est prévu que la normalisation de ces protocoles de coloration, en particulier en ce qui concerne la quantification, devrait permettre une meilleure comparaison entre les stratégies de différenciation.
Le choix des marqueurs et leurs anticorps correspondants, utilisé pour évaluer la pureté de in vitro cardiomyogenèse varie selon les rapports. TNNT2 a été considéré comme un indicateur de cellules engagées au sort cardiomyogénique et est couramment utilisée pour évaluer l'efficacité des protocoles de différenciation cardiaques. Cependant, TNNT2 est également exprimée dans le muscle squelettique au cours de poussin et le développement du jeune rat 16,17 et il est présent dans le muscle lisse humain 18 . Ainsi, TNNT2 n'est pas nécessairement un marqueur spécifique de cardiomyogenesis humain in vitro. MLC2v et MLC2a sont couramment utilisés comme marqueurs de la ventriculaires et auriculaires sous-types, respectivement. Cependant, les défis de s'appuyer sur MLC2v et MLC2a pour déterminer le sous-type cardiomyocytes dans le contexte de la différenciation in vitro proviennent du fait que ces produits de gènes peuvent pas se limiter à une chambre spécifique au cours du développement cardiaque, du tube de cœur par adulte. Dans la boucle rongeur coeur, MLC2a ARNm est prédominante dans la / zone des voies d'entrée de l'oreillette et MLC2v ARNm est prédominante dans les régions du tractus ventriculaire / évacuation. Au coeur en boucle, la co-expression de MLC2a et MLC2v ARNm sont observés dans le tractus d'entrée, canal atrio-ventriculaire, et la voie d'éjection 19,20. En trois jours après la naissance, MLC2v ARNm est limitée au ventricule et de 10 jours après la naissance, MLC2a est limité aux oreillettes du coeur de rat nouveau-né 19. Par conséquent, l'interprétationde données concernant l'efficacité cardiomyogenèse et l'identité de sous-type ne doivent pas seulement tenir compte de la présence et la quantité de niveaux de marqueurs de référence, mais doivent tenir compte du stade de développement (s) à laquelle les points dans le temps de la différenciation qui sont analysés correspondent. Cela est particulièrement important étant donné que la phase de maturation des cellules cardiomyogéniques générées par la différenciation in vitro de hPSCs ressemble le plus à ceux du développement embryonnaire / 21-25. Ainsi, en s'appuyant sur l'expression spatiale d'un marqueur au cœur postnatale peut ne pas être approprié pour l'évaluation des cellules HPSC dérivés, au moins dans certains cas.
Dans un effort pour faciliter l'élaboration de critères plus spécifiques pour définir l'identité des cardiomyocytes in vitro, TNNI3 est considérée comme un marqueur utile pour évaluer cardiomyogenèse in vitro comme il est limité au muscle cardiaque tout au long de l'embryogenèse chez les poussins et le poisson zèbre 15,20et est absent dans le muscle squelettique foetal humain 26. Alors que TNNI1 est présent dans le cœur du fœtus humain, TNNI3 est la seule isoforme TNNI présente dans le cœur adulte normal 27,28. En ce qui concerne l'identité du sous-type cardiomyocytes, Irx4 29-31 est un marqueur informatif des cellules avec un sort ventriculaire. Au niveau de la protéine, Irx4 a récemment été montré être limitée au ventricule du tube cardiaque linéaire à travers les étapes néonatale chez la souris 32. En conséquence, les protocoles de coloration optimisés pour l'analyse de TNNI3 Irx4 et par cytométrie de flux sont décrits. À notre connaissance, ceci est la première description d'une méthode efficace pour la coloration et l'analyse des niveaux de Irx4 dans les cardiomyocytes humains à base d'anticorps par cytométrie de flux.