כאן, אנו מציגים שיטה יעילה לרתום את הפוטנציאל בידול הלב של מקורות צעיר של גזע mesenchymal האנושי על מנת ליצור תאים פונקציונלית, קבלנות, כמו cardiomyocyte אין ויטרו.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
כאן, אנו מציגים שיטה יעילה לרתום את הפוטנציאל בידול הלב של מקורות צעיר של גזע mesenchymal האנושי על מנת ליצור תאים פונקציונלית, קבלנות, כמו cardiomyocyte אין ויטרו.
אוטם שריר הלב המפל איסכמי עוקבות לגרום לאובדן נרחב של cardiomyocytes, שמוביל אי-ספיקת לב, הגורם המוביל של התמותה ברחבי העולם. גזע mesenchymal (MSCs) הם אופציה מבטיח מבוססת תא טיפולים להחליף את הנוכחי, פולשני טכניקות. MSCs יכולים להתמיין שושלות mesenchymal, כולל סוגי תאים הלב, אך התמיינות להשלים לתוך תאים פונקציונלית לא עדיין לא הושג. שיטות קודמות של בידול התבססו על סוכנים תרופתי או גורמי גדילה. עם זאת, אסטרטגיות רלוונטיות יותר מבחינה פיזיולוגית ניתן גם להפעיל MSCs לעבור טרנספורמציה cardiomyogenic. כאן, אנו מציגים שיטה בידול באמצעות MSC אגרגטים בשכבות מזין cardiomyocyte לייצר תאים קבלנות, כמו cardiomyocyte.
תאים אנושיים חבל הטבור perivascular (HUCPVCs) הוכחו יש פוטנציאל מאשר הבחנה גדולה יותר נפוץ חקרו את סוגי MSC, כגון מח העצם MSCs (BMSCs). כמקור ontogenetically הצעיר, חקרנו את הפוטנציאל cardiomyogenic בטרימסטר הראשון (FTM) HUCPVCs לעומת מקורות בוגרים. FTM HUCPVCs הם מקור הרומן, עשיר של MSCs לשמור בתוך הרחם immunoprivileged המאפיינים שלהם כאשר תרבותי במבחנה. באמצעות בידול פרוטוקול זה, FTM המונח HUCPVCs מושגת בידול cardiomyogenic מוגבר באופן משמעותי בהשוואה BMSCs, כמצוין על-ידי ביטוי מוגבר של סמנים cardiomyocyte (קרי, myocyte משפר פקטור 2 ג, טרופונין לב T, שרשרת כבדה לב צולבות הקישור חוטים שרירן, אות חלבון תקינה α ו connexin 43). הם גם קיימו immunogenicity נמוך משמעותית, כפי שהוכח על ידי שלהם נמוך הלע-A ביטוי והבעה הלע-G גבוה. החלת בידול מבוססי צבירה, FTM HUCPVCs הראה היווצרות צבירה מוגבר פוטנציאלי שנוצר קבלנות תאים אשכולות בתוך שבוע אחד של תרבות משותפת בשכבות מזין לב, הופך הסוג MSC הראשון לעשות כן.
התוצאות שלנו להדגים כי אסטרטגיה זו בידול יכול ביעילות לרתום את הפוטנציאל cardiomyogenic של MSCs צעירים, כגון FTM HUCPVCs, מרמז שכי במבחנה קדם הבידול יכול להיות אסטרטגיה אפשרית כדי להגדיל את יעילות הרגנרציה שלהם בתוך vivo.
אי-ספיקת לב (CHF) נמשכת כגורם מוביל התחלואה והתמותה ברחבי העולם. CHF מתרחשת לעיתים קרובות בעקבות אובדן מאסיבי של cardiomyocytes ופיתוח של התא ללא רקמה צלקתית כתוצאה פתולוגי של אוטם שריר הלב (MI)1. הלב הוא איבר באופן חלקי עצמי המתחדש, תושב גזע ו קדמון תא הבריכה אחראי על ביצוע התחדשות רקמות באופן משמעותי פוחתת שפע ומתפקדים בחולים בגילאי, לעתים קרובות להיות מספיק להתאוששות אופטימלית לאחר פציעה. לפיכך, יש עניין רב בפיתוח טיפולים ניסיוניים המערבות את השתלת תאי התורם בריא לתוך שריר הלב הפגוע. זה הכרחי כי תאי התורם לא רק לשחזר את המבנה של הרקמה, אלא גם להשיג התאוששות פונקציונליות של שריר הלב מושפעת.
הלב יליד מעסיקה תושב רקמת הלב ותיקון אנדוגני שמקורם במח העצם בתאי גזע עבור לאחר פציעה2,3,4. משובי תאים-מארח, התורם-נגזר כאחד-חובה יש את היכולת להשיג את פנוטיפ המתאים ואת פונקצית microenvironment של שריר הלב שיפוץ, יחד עם היכולת ביעילות ובבטחה להחליף את התאים אבוד. במבחנה בידול שיטות נעשה שימוש נרחב על מנת להשיג יעילות גבוהה, המבוססים על תאי גזע cardiomyocyte-הייצור-5,-6. לפרופיל ביטוי של סמנים השושלת הלב משמש כדי להגדיר תהליך התמיינות תאי גזע כלפי שושלת היוחסין לב7. בתחילת בידול סמנים, כגון NKX2.5, myocyte משפר פקטור 2 ג (Mef2c), ו-8,GATA49, יכול להיות אינדיקציה אתחול של תהליך cardiomyogenic. סמנים cardiomyocyte בוגר נפוץ כדי להעריך את היעילות בידול הן אות חלבון תקינה α (SIRPA)10, טרופונין לב T (cTnT)11, שרשרת כבדה לב צולבות הקישור חוטים שרירן (MYH6)8,12,13ו connexin 43 (Cx43)14,15,16. השיטות שימוש בתאי גזע עובריים (ESCs) וגזע pluripotent (מגירסה) יש כבר ביסודיות אופטימיזציה ודן לגבי הפרטים של גורמים אינדוקטיבית, חמצן ומילויים הדרגתיים מזין, ואת העיתוי המדויק של פעולה5,6,7,17,18. למרות זאת, ESC-PSC מבוססי טכנולוגיות עדיין להציג את מספר דאגות אתיות ובטיחות, יחד עם תכונות אלקטרופיזיולוגיות אימונולוגי שיוצרת19,20. המארחים מושתלים עם תאים אלה לעיתים קרובות חווים immunorejection ודורשים החיסוני קבוע. זאת בעיקר בשל mismatching תשואה histocompatibility הגדולות מורכבות (MHC) מולקולות המארח של התורם, וכתוצאה מכך T-cell תגובה21. בזמן MHC בודדים מחלקה אני התאמת הוא פתרון אפשרי, פרקטיקה קלינית נגיש יותר ידרוש מקור תא זה אוניברסלית immunoprivileged להתגבר על החשש מדחייה.
כמקור חלופי תא לשימוש ביישומים קליני, MSCs ובמיוחד, BMSCs, נחקרו לשימוש בהתחדשות רקמות מאז תיאור הראשונית שלהם בשנת 199522. MSCs מאמינים כי תושב תאים משובי שניתן למצוא כמעט בכל רקמה vascularized23. על בידוד מן המקור הרצוי, MSCs ניתן בקלות להרחיב בתרבות, יכולת paracrine נרחב, לעיתים קרובות בעלי immunoprivileged או immunomodulatory מאפיינים24,25. הבטיחות והיעילות שלהם כבר הוכחו במספר מחקרים קליניים, בפרט עבור התחדשות לב3,26.
אסטרטגיות רבות של בידול MSC לנצל סוכנים תרופתי, כגון 5-azacytidine22 , דימתיל סולפוקסיד27, ואת הצמיחה או גורמים morphogenic, כמו BMPs5,7,28,29 או אנגיוטנסין-II30, עם יעילות משתנה. אסטרטגיות אלו, עם זאת, אינם מבוססים על המכשולים תא משובי תמים סביר להניח שתיתקל לאחר שנשלחה אל האתר של פציעה או ויוו. אסטרטגיות רלוונטיות יותר מבחינה פיזיולוגית, עוד יותר קשה להגדיר, לתמרן, מבוססים על ההנחה כי בידול MSC יכולה להיגרם באמצעות אותות microenvironment הרקמה עצמה. מחקרים קודמים הראו כי החשיפה לב תא lysates31 או32,חדרית שריר הלב33או ישיר קשר cardiomyocytes הראשית in vitro לקשרי15,34, באפשרותך להגדיל את הביטוי של סמני לב MSCs. אחרים הדגים cardiomyogenesis ספונטנית לאחר טיפול פציעות לב עם MSCs35,36,37,38, למרות בחלקו, היתוך גרעיני של BMSCs, cardiomyocytes39,40 שנוצר לשריר המתהווה. לידע שלנו, cardiomyocytes פונקציונלי, מתקשרת באופן ספונטני של MSCs אנושי (hMSCs) של כל מקור הרקמה לא טרם דווחו.
הקונצנזוס הנוכחי הוא כי כל MSCs נובעים תאים perivascular23. יאנג MSCs עם מאפיינים pericyte ניתן לבודד מאזור perivascular של42,41,רקמה אנושית הטבור43. בהשוואה BMSCs, HUCPVCs בעלי פוטנציאלי מוגבר בידול, מספר יתרונות משובי אחרים, שניהם במבחנה41,44 ו ויוו45,46,47. ראוי לציין, המקור להיות הממשק אמהי-עוברית, HUCPVCs יש immunogenicity נמוך משמעותית בהשוואה למבוגרים מקורות של MSCs. המחקר שלנו מתמקד אפיון ויישומים קליניים של FTM HUCPVCs, המקור הצעיר של MSCs חקירה, אשר בעבר הראינו הגבירו proliferative ומעלה multilineage הבחנה הקיבולות, כולל השושלת cardiomyogenic41.
כאן, אנו מציגים פרוטוקול שמשלב היווצרות צבירה ושכבות המזין העיקרי תא לב כמו אינדוקטיבית כוחות כדי להשיג את הבידול cardiomyogenic מלאה של אגרגטים MSCs. לספק סביבה תלת-ממד, כדאי מודלים תנאים ויוו לעומת תרבויות חסיד 2D. ניצול שכבות הלב מזין מספק סביבה נציג של האתר השתלת האולטימטיבי MSCs. נדגים כי מקורות הצעיר של MSCs מבודד חוטי חבל הטבור לפני או אחרי לידה יש יכולת גבוהה יותר טופס אגרגטים ולהגיע על פנוטיפ לב בהשוואה למבוגרים BMSCs, תוך שמירה על הזכות-החיסון שלהם. מלבד גובה תלול של השושלת לב סמן גנים, הביטוי המושרה תאיים (קרי, cTnT ו- MYH6) וחלבונים תא-פני (קרי, SIRPA ו Cx43) ספציפיות עבור cardiomyocytes, אנו מראים כי הפוטנציאל בידול של FTM HUCPVCs ניתן לשלוט באמצעות שיטה זו, כי הם יכולים להצמיח באופן ספונטני קבלנות תאים, כמו cardiomyocyte.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כל המחקרים שכללו בעלי חיים נערכו ודווחו בהתאם להנחיות ARRIVE48. כל המחקרים בוצעו באישור ועדת האתיקה של המחקר המוסדי (מספר REB 454-2011, מכון המחקר סאניברוק; REB 29889, אוניברסיטת טורונטו, טורונטו, קנדה). כל ההליכים בבעלי חיים אושרו על ידי הוועדה לטיפול בבעלי חיים של רשת הבריאות האוניברסיטאית (טורונטו, קנדה), וכל בעלי החיים קיבלו טיפול אנושי בהתאם למדריך לטיפול ושימוש בחיות מעבדה, מהדורה 8 (המכונים הלאומיים לבריאות 2011).
1. תרבית רקמות
2. הכנת תרביות קו-רסק ראשוניות של קרדיומיוציטים-MSC של חולדות
3. הכנת תרביות משותפות מצטברות
4. ציטומטריית זרימה (FC) ומיון תאים מופעל פלואורסצנטי (FACS)
5. אימונוציטוכימיה (ICC) ומיקרוסקופיה
6. בידוד RNA ו-RT-PCR כמותי
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
לתאי HUCPVCs פוטנציאל גבוה יותר ליצירת אגרגטים ורמות ביטוי גבוהות יותר של CD49f בהשוואה לתאי BMSCs:
כדי להשרות התמיינות של hMSCs (כלומר, HUCPVCs מ nguồn FTM, תאי HUCPVCs, ותאי BMSCs), תרחיפים של תאים בודדים של MSCs לא מובחנים או טיפות תלויות המכילות MSCs (טבלה 1הועברו על גבי שכבות מונו-שכבה של קרדיומיוציטים ראשוניים של חולדה כדי להקים תרביות שיתופיות (co-cultures) ישירות או תרביות שיתופ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הבידול הלב של תאי גזע נמצא בפיתוח במשך יותר מ 2 עשורים, עם מספר אסטרטגיות שונות בשימוש ליצירת תאים דמויי cardiomyocyte ממקורות MSC. רבים של אסטרטגיות אלו, עם זאת, הם לא יעילים, התנאים בהם נעשה שימוש לעתים קרובות לא נציג הסביבה, מושתלים תאים מפגש ויוו.
בניגוד לשיטות הקיימות, פרוטוקול המובאת כאן מנצל שילוב של ראשי מזין לב שכבות ויצירת צבירה MSC. הרבדים מזין הלב הראשי מספק סביבה בידול דומה לזה אשר hMSCs נחשפים על השתלת. מצרפי ליצור סביבה עם מעברי צבע חמצן, מזין, אשר יכולה להיות השפעה השר...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
ד ר קליפורד ל' Librach הוא מחזיק משותף של הפטנט: שיטות בידוד ושימוש של תאים שמקורם ברקמות חבל הטבור בשליש הראשון, העניק קנדה ואוסטרליה.
המחברים תודה חברי הצוות הבאה ומחקר סגל על תרומתם: מתיו Librach, ליילה בית, טניה א Baretto, שלומית קניגסברג ו אנדרה גותייה-פישר. עבודה זו נתמכה על ידי אונטריו מחקר קרן - מחקר (ORF-RE, עגול #7) ומצוינות ליצור תוכנית בע מ
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| 0.25% טריפסין/EDTA | Gibco | 25200056 | לדיסוציאציה של תאים |
| Alpha-MEM | Gibco | 12571071 | למדיית תרבית HUCPVC ו-BMSC. |
| נוגדן CD49f מצומד PE אנטי אנושי/עכבר | Biolegend | 313612 | סמן אינטגרין עבור נוגדן |
| Cx43/GJA1 אנושי מצומד FC APC | & D Systems | FAB7737A | סמן Connexin 43 עבור |
| נוגדן HLA-A2 מצומד FC FITC | Genway Biotech Inc. | GWB-66FBD2 | סמן אימונוגניות עבור |
| נוגדן FC FITC מצומד נגד HLA-G [MEM-G/9] | Abcam | ab7904 | סמן אימונוגניות עבור נוגדן מצומד עכבר FC |
| FITC אנטי אנושי SIRPA/CD172a | MCA2518F | סמן לב עבור | |
| נוגדן TRA-1-85/CD147 אנושי מצומד FC APC | & D Systems | FAB3195A | סמן תאים אנושיים עבור FC ו-FACS |
| FITC אנושי מצומד TRA-1-85/CD147 | & D Systems | FAB3195F | סמן תאים אנושיים לנוגדנים FC ו-FACS |
| Anti-connexin 43/GJA1 | Abcam | ab11370 | Cx43. עבור |
| נוגדן משני בעל ספיגה צולבת IgG (H+L) נגד ארנב ICC, Alexa Fluor 555 | Life Technologies | A-21428 | עבור נוגדן |
| אלפא אקטינין אנטי-סרקומרי ICC [EA-53] | Abcam | ab9465 | aSARC. עבור נוגדן |
| משני בעל שרשרת כבדה IgM נגד עכבר ICC, Alexa Fluor 555 | Life Technologies | A-21426 | עבור נוגדן ארנב ICC |
| Mef2C (D80C1) XP New | England BioLabs Ltd. | 5030S | עבור |
| נוגדן משני נגד ארנב ICC חמור IgG (H+L), Alexa Fluor 488 | Life Technologies | A-21206 | עבור נוגדן ICC |
| נגד גרעינים (HuNu) (שיבוט 235-1) | EMD Millipore | MAB1281 עבור ICC | |
| MZ9.5 סטריאומיקרוסקופ | Leica | לאגרגטים הדמיה. | |
| מיקרו-צינורות צנטריפוגה 1.5 מ"ל | Axygen | MCT-150-C | לצביעה של MSCs בצבע פלורסנט. |
| ImageJ | תוכנת עיבוד תמונה בקוד פתוח. | ||
| אריה II | מתקן מועדון הכדורגל BD UHN SickKids. למיון תאים. | ||
| תאי סטרומה מזכימליים של מח העצם | Lonza | PT-2501 | BMSCs |
| אלבומין בסרום בקר | Sigma-Aldrich | A7030-100G | BSA. להכנת פתרונות ל-ICC |
| BrdU | EMD Millipore | MAB3424 | זהירות: BrdU הוא טרטוגן חזק וחשוד במוטגן. אנא הקפידו על הכשרה מתאימה והתייחסו ל-SDS לפני השימוש. |
| Canto II | BD | UHN SickKids FC Facility. לציטומטריית זרימה. | |
| cDNA EcoDry Premix | Clontech/Takara | 639570 | להכנת cDNA עבור qPCR |
| CellTracker Green CMFDA Dye | Life Technologies | C7025 | הדמיה פלואורסצנטית של ציטופלזמה תאית |
| Countess מונה תאים אוטומטי | Invitrogen Inc. | C10227 | לספירת תאים |
| DMEM-F12 | סיגמא-אולדריץ' | D6421 | למדיום תרבית קרדיומיוציטים ראשוני של חולדות. |
| תמיסת מלח פוספט חוצצת | Gibco | , ללא Ca2+, Mg2+ | |
| EVOS | Life Technologies | מיקרוסקופ פלואורסצנטי פנימי | |
| FACSCalibur | BD | בתוך הבית. לציטומטריית זרימה. | |
| סרום בקר עוברי (Hyclone) | GE Healthcare | SH3039603 | FBS. מרכיב במדיום תרבית תאים. |
| בדיקות IDT Prime Time qPCR | טכנולוגיות נתונים משולבות | FAM fluorophore | http://www.idtdna.com/pages/products/gene-expression/primetime-qpcr-assays-and-primers |
| Lab Vision PermaFluor הרכבה מימית בינונית | ThermoScientific | TA-030-FM | לאחסון תאים לעבור ICC |
| LSR II | מתקן מועדון הכדורגל BD UHN SickKids. לציטומטריית זרימה. | ||
| MoFlo Astrios | Beckman Coulter | UHN SickKids FC Facility. למיון תאים. | |
| סרום עיזים רגיל | טכנולוגיית איתות תאים | 5425S | NGS. משמש בתמיסת חסימה עבור ICC |
| Nunc Lab-Tek II Chamber Coverglass, 8 בארות | Thermo Scientific Nunc | 155409 | להכנת דגימות עבור ICC |
| OmniPur Triton X-100 Surfactant | EMD Millipore | 9410-OP | כמרכיב של תמיסת חדירה בעת הכנת תאים ל-ICC |
| Paraformaldehyde, תמיסה 16%, | מדעי מיקרוסקופיה אלקטרונית | 15710 | לקיבוע תאים עבור ICC. |
| פניצילין/סטרפטומיצין | ג'יבקו | 15140122 | מרכיב במדיום תרבית תאים. |
| פריימרים | Sigma | Custom Standard DNA Oligos, מומלחים, 0.2 μ מול | <חזק>CTnT_F: GGC AGC GGA AGA GGA TGC TGA A; <חזק>CTnT_R: GAG GCA CCA AGT TGG GCA TGA ACG A; <חזק>MYH6 F: GCA AAG TAC TGG ATG ACA CGC T; <חזק>MYH6 R: GTC ATT GCT GAA ACC GAG AAT |
| G מניין דיסק מסתובב קונפוקלי | Zeiss | SickKids Imaging | |
| Facility ReproCardio קרדיומיוציטים שמקורם בתאי hiPS | ReproCell | RCD001N | בקרה חיובית לערכת מיני qPCR |
| RNeasy | Qiagen | 74106 | לבודד RNA עבור qPCR |
| Rotor-Gene SYBR Green PCR Kit | Qiagen | 204074 | עבור qPCR עם תערובת מאסטר |
| RPMI 1640 | Gibco | A1049101 | עבור MSC, מדיום קוקולטורה מונוציטים. |
| מבחני פריימר qPCR של TaqMan | Thermo Fisher Scientific | 4444556 | עבור qPCR |
| Trypan Blue | Life Technologies | T10282 | צביעת תאים לצורך כדאיות וספירה |
| Trypsin | Gibco | 272500108 | לדיסוציאציה של תאים |
| Volocity | Perkin-Elmer | Volocity 6.3 | תוכנת הדמיה |
| 0.2 μ m מסנן נקבוביות | Thermo Fisher Scientific | 566-0020 | לעיקור אמצעי תרבית רקמות |
| HERAcell 150i CO2 Incubator | Thermo Fisher Scientific | 51026410 | לדגירת תאים |
| פוספט של Dulbecco | Sigma-Aldrich | D8537 | PBS. 1X, ללא סידן כלורי ומגנזיום כלוריד |
| מלקחיים | Almedic | 7727- A10-704 | למסירת לב עכברוש. יכול להשתמש בכל מלקחיים דומים. |
| מספריים | כלי מדע עדינים | 14059-11 | לטחינת לב חולדה. מספריים מעוקלים מומלצים. |
| צינור 50 מ"ל | BD Falcon | 352070 | לאיסוף במהלך איסוף קרדיומיוציטים והליכי תרבית רקמות כלליים |
| צינור BD | פלקון | 352096 | להליכי תרבית רקמות כלליים |
| צלחות 6 בארות | Thermo Scientific Nunc | CA73520-906 | לתרבית רקמות |
| 10 ס"מ כלי תרבית רקמות | קורנינג | 25382-428 | להיווצרות מצטברים |
| Axiovert 40C מיקרוסקופ | Zeiss | להדמיית שדה בהיר דרך תרבית רקמה חיצונית ושאר הפרוטוקול | |
| 70 μ מסננת תאים m | Fisherbrand | 22363548 | כדי להבטיח השעיית תא בודד לפני זרימה ציטומטריה או מיון |
| Triton X-100 | EMD Millipore | 9410-1L | משמש בתמיסת חדירות עבור ICC |
| Hoechst 33342 | Thermo Fisher Scientific | H1399 | כתם המשמש במהלך הדמיה של לוקליזציה של Cx43 |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.