このプロトコルでは、分離、カルチャ、および石灰化弁のラット由来間質細胞の石灰性大動脈弁疾患 (CAVD) の高い生理生体外モデルをについて説明します。このモデルラットの搾取は、CAVD セルとこの複雑な病理学的プロセスの根底にある分子メカニズムを探る研究を促進します。
このプロトコルでは、分離、カルチャ、および石灰化弁のラット由来間質細胞の石灰性大動脈弁疾患 (CAVD) の高い生理生体外モデルをについて説明します。このモデルラットの搾取は、CAVD セルとこの複雑な病理学的プロセスの根底にある分子メカニズムを探る研究を促進します。
石灰性大動脈弁疾患 (CAVD) は、大動脈弁のリーフレットの進歩的な肥厚が特徴です。一般的高りん血症、高カルシウム血症に苦しむ人腎臓病 (ESRD) 患者、高齢者や終末期に頻繁にある状態です。現時点では、その進行を止めることができます薬物療法がないです。この病理学的プロセスの基になるメカニズムは不明します。大動脈弁尖が弁血管内皮細胞 (VECs) の薄層弁間質細胞 (VICs)、VECs に挟まれたとの大動脈弁尖の外側表面上で構成されます。ラット モデル使用する生体内でphysiopathological 血清リン酸 (Pi) と高りん血症、高カルシウム血症に苦しむ患者のカルシウム (Ca) 濃度に基づく異所性石灰化の生体外で研究。記述されていたプロトコル ヴィック マーカーの式で示すように、純粋なラット ビクトリア州人口の分離の詳細: α-平滑筋アクチン (α SMA) ビメンチンと組織成長因子 β (TGFβ) 1、2 と分化 (CD) 31、VEC のクラスターがない場合マーカー。これらの VICs を展開して研究し、CAVD を支える重要な仲介物質を解明する生化学的、遺伝子およびイメージングの研究を実行できます。
健康な大動脈弁は、バルブの開閉時の機械的応力分布は均等に分配する 3 つのリーフレットで構成されます。弁尖が定義した 3 つの層の構造: 線維、海綿と ventricularis、どの家が優勢な細胞型と間質細胞 (VICs) をバルブします。これらの 3 つの層に挟まれた弁血管内皮細胞 (VECs)12 台のベッド。
VICs は、進行の石灰性大動脈弁石灰化 (CAVD)、西部の世界で最も一般的な心臓弁疾患で重要な役割を果たします。CAVD は積極的に弁膜組織とその周囲の微小環境によって調節される進歩的な条件として記述されます。携帯電話の変更は、当初、線維性肥厚と最終的に大動脈弁尖の広範な石灰化を引き起こします。これは、重要な大動脈弁狭窄につながる、最終的には、左室流出路閉塞2、唯一の可能な治療として外科的な弁置換を残してします。
CAVD の病態が複雑な生理学的な骨の鉱化作用の3に同じようなメカニズムを共有します。ながら、研究の数は、骨トランス分化および石灰化4,5を受けるための VICs の能力を示している、このプロセスを支えるメカニズムがまだ完全に解明されて強調表示、CAVD の実現と関連する体外モデルの重要な要件です。
研究所の数によって前作が正常にブタとウシのモデルから VICs を分離し、石灰化条件6,7,8の下でこれらの細胞を培養します。これらのモデルの大動脈弁のサイズが大きいため酵素消化を通って細胞の分離はセルの純粋な人口を生成する非常に効果的なされています。ただし、これらのモデルは大型動物種における分子ツールの限定のために制限することができます。対照的に、齧歯動物モデルの比較的低コスト、遺伝子操作の可能性、容易に利用可能な分子ツールの広範な配列による有利なまま。ただし、小型動物モデルからの VICs の隔離は広く採用されない、小さい組織サンプルを扱うときの問題の起こりそうな結果であります。
この詳細なプロトコルは、ラット VICs の直接の隔離のための包括的な法を報告します。酵素の消化力のシリーズに続く、バルブを細かくして VICs を分離し、さまざまな実験、細胞培養、石灰化と遺伝子発現を含むで採用できます。この関連性の高い体外モデル CAVD の間違いなくこの病理学的プロセスの私達の知識の向上に不可欠な貢献になります。
すべての動物実験は、ロスリン研究所の動物ユーザー委員会によって承認された、動物のケアとの動物の使用のためのホーム オフィス (イギリス) ガイドラインに従って維持されました。下記プロトコル、5 週間の古い、男性スプレイグ ラットが使用されました。
1. 試薬のレシピ
2. 解離フードの準備
3. 初代ラット VICs の抽出
注: 以下に示すプロトコルの 5 週間の古い、男性スプレイグ ラットが使用されました。
4. ラット VICs の石灰化の誘導
注: すべての実験のため、診断とセルをカウントします。
5. ラット ヴィックのキャラクタリゼーション
6. ラット ヴィック石灰化研究
このプロトコルの目的は、初代ラット VICs の分離を記述し、石灰化の in vitro実験のためそれらの文化でした。上記の方法を採用し、ラット VICs できます正常に分離して、CAVD 機構の研究のために拡張します。
ラット一次 VICs を共同設立ヴィック マーカーとローカライズします。
ヴィックのマーカーの調査によって蛍光抗体法を通じて単離細胞のヴィックの表現型を確認した: ビメンチンと α SMA (赤と緑、それぞれ、図 1 a)、以前レポート11,12と一致しています。図 1 bは、非共役のマウスおよびウサギ IgG による代表的なネガティブ コントロールを示しています。さらに、PCR を用いた (図 1) ヴィック成長調整剤 TGFβ 1 TGFβ 2 の発現が確認されました。ラット摘出主 VICs 内皮細胞汚染から解放されたラットを確認する西部のしみの分析を行ったことを確認するために VICs が陰性で血管内皮細胞マーカー、CD31、肯定的なコントロール (として犬の僧帽弁 VECs の使用図 1)。
Ca と Pi は、ラット ヴィック石灰化を誘発します。
全身 Ca や Pi 濃度通常 VICs体外の石灰化はドライブします。ラット VICs の石灰化潜在性を認めて、細胞は Ca と Pi の慢性腎不全患者における高カルシウム血症と高りん血症病態を模倣のレベルが上昇にさらされました。アリザリン赤 S 染色 (図 2 a) Ca 沈着と次の HCl (81 倍の溶出 Ca 濃度の比色定量法が定める、2.7 mM Ca/2.5 Pi と VICs の治療による石灰化、p < 0.05 使用学生のt-テスト;図 2 b)。
ヴィックの石灰化に関連する遺伝子発現の変動:
培養血管細胞の石灰化は、異なる分子プロファイルに関連付けられます。本研究では 2.7 mM Ca/2.5 Pi と VICs の治療による骨のマーカーの発現が大幅に増加: Msh ホメオ ボックス 2、 Msx2 (2.04 倍変更;p < 0.01;図 3 a)、アルカリホスファターゼ、 Alpl (1.49 倍変更;p < 0.001;図 3 b) と phosphoethanolamine/phosphocholine ホスファターゼ、 Phospho1 (4.7 倍変更;一方向の分散分析; を使用してp < 0.01図 3)。しかし、骨のマーカー、 Runx2, 石灰化阻害剤 ectonucleotide pyrophasphatase、 Enpp1式は変更されません (図 3 D-E) 残った。

図 1。ヴィックのマーカーの発現します。(A) 蛍光二重染色と α-平滑筋アクチン (α SMA; グリーン) とビメンチン弁間質細胞 (VICs) で表示します。(B) マウスおよびウサギ IgG を使用して否定的なコントロールの代表的なイメージ。核が青色 4', 6-diamidino-2-phenylindole を使用して (DAPI) で染色します。スケールバー = 50 μ m. トランスフォーミング増殖因子 β 1 (TGFβ 1) の存在 (C) と VICs のTGFβ 2 (レーン 1-3) PCR 解析によって示すように。レーン 4、水コントロールです。使用される参照の遺伝子は、 Gapdhだった。(D) 西部のしみの分析 VICs でない式と比較して犬の僧帽弁内皮細胞 (VECs) CD31 の豊かな表情を示します。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

図 2。石灰化の in vitroラット VICs 。VICs の Ca 沈着治療 2.7 mm Ca/2.5 Pi によって決定される: (A) ワカ アリザリン赤 S はまあ、および (B) 次の塩酸溶出 Ca 濃度の比色定量のセル全体を単分子膜の染色します。学生のt-2 つのデータ グループ間の意義を分析する試験を行った。± S.E.M. を意味するように結果が表示されます *p < 0.5 コントロールと比較して(n = 4)。

図 3。ヴィックの石灰化に関連する遺伝子発現変動。(A) Msx2 Alpl(B)、(C) Phospho1、(D) Runx2、骨マーカーの発現の変更フォールドと VICs で (E) Enpp1治療 Ca/2.5 mM の Pi 2.7 mM48 h. mRNA 発現は内因性の参照の遺伝子と比較してフォールドの変更として表示されますGadph.複数のグループ間の意義を分析する対比較を組み込む一般的な線形モデルを用いた一方向の分散分析を行った。± S.E.M. を意味するように結果が表示されます * *p < 0.01;p < 0.001 コントロールと比較して(n = 6)。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
| 弁尖の数 | 文化プレート/フラスコ |
| 15 に 9 | 12 ウェル プレートでよく 1 |
| 15 に 30 | 6 ウェル プレートでよく 1 |
| 30 + | T25 |
表 1.初期シードに必要なチラシの数のための一般的なガイドライン。
この詳細なプロトコルでは、初代ラット VICs、酵素消化によるラット心臓弁からこれらのセルの隔離の有効化の獲得のための実用的な方法について説明します。私たちのメソッドは、さらにサポートし、大動脈弁石灰化13を勉強する以前に報告されたラットの in vitroモデルの用途が広がります。大動脈弁からの VICs の隔離は、隣接 VECs から汚染の可能性を紹介します。ただし、蛍光抗体法によりデータは初期消化手順が VECs は、血管内皮細胞マーカー、CD31 陰性隔離されたセルのレンダリングを削除するための十分なことを確認します。さらに、α SMA の染色は、石灰化12に必要な VICs のアクティブ化された表現型を確認します。
ビクトリア州の分離は、以前報告されている大型動物モデル6,7,8。ただし、これらの種は、限られた下流の研究だけでなく、世界中の研究所で、アクセシビリティが制限されて利用可能なツールの遺伝学的および分子によって制限されます。対照的に、このようなツールは容易に入手できる齧歯動物およびしたがって、ラット由来の VICs により大容量の実験的なデザインを分離する機能に定評。幼若ラットから VICs の使用はまた細胞が比較的より古いラット、したがってより多くの細胞を生成するための動物を必要とするよりも増殖を意味します。マウスが容易にアクセスできるが、マウスのため、分離の特に小さい心を持つマウスの主の VICs は、時間がかかるだろうし、かなり多くの動物はラットのモデルとしてセルの同じ収量を分離する必要があります。
この記述方法の重要な利点は VICs が野生型遺伝子導入ラットと心血管疾患と弁の傷害のモデルラットから一時的に分離することができます。モデルラットを用いた多数動物の大規模な実験、したがってをする必要が動物の使用を減らす、初代ラット VICs は一度も特徴とされているセルの行を生成する変換ことができます。
CAVD の厳しい臨床的意義が広く認識しながら根本的な原因となるメカニズムまだ覚悟しなければなりません。さらに、できなくなり、大動脈弁の石灰化を治す可能性のある治療法は利用できませんでの効果的な薬を提示します。石灰化する条件の下で VICs の文化したがって、CAVD の関連性の高い体外モデルを提供します。Ca と Pi レベルの上昇がラット骨遺伝子マーカー Msx2、 Alpl、およびPhospho1の発現の増加と VICs の試験管に石灰化を誘導するを紹介します。広く、これらのマーカーは、血管石灰化14,15,16の病理学的プロセスに関連付けられているを設立します。我々 のデータしたがってラット VICs 石灰化する中での文化が大動脈弁石灰化の培養を研究するための適切なモデルであることを示します。確かに、当研究室の最近の研究は、Ca がヴィック由来の小胞の17のアネキシン VI 濃縮によって大動脈弁の石灰化を促進することを示すこのモデルを活用しています。
ラット VICs とその効率的な特性を使用しての利点があるにもかかわらず、いくつかの制限はまだ存在します。まず、ラット バルブ内のビクトリア州人口のサイズは非常に小さい、従って多くの動物は広範な生体外で研究の十分なセル番号を生成するために必要な。ただし、不死化弁間質細胞ライン、18、私たちによって最近報告されて、確認し、これらの調査結果を拡張後に初代培養を用いた予備的な調査を実施しこの制限を克服することが可能です。
要約すると、この方法は、分離を成功させる、カルチャ、およびプライマリ ラット VICs は、その後様々 な生化学的な試金蛋白質など分析・ RNA 解析を使用して査定されるかもしれないの石灰化について説明します。このモデルは、CAVD体外、調査される信頼性と便利なシステムを提供しています、この破壊的な疾患の分子機構を調査するための貴重なツールを提供します。
著者が明らかに何もありません。
CD31 抗体の使用は、博士カレン ・ タン、エジンバラ大学から寛大な贈り物だった。本研究は、バイオ テクノロジーと研究所戦略的プログラム助成 (BB/J004316/1; の形で生物科学研究会議 (BBSRC) からの資金によって支えられました。BBS/E/D/20221657) (系粘弾性体と CF)、研究所キャリア パス交わり BB/F023928/1 (系粘弾性体)、および就労資金 BBSRC 場合就労 BB/K011618/1 (LC) を経由。
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 解剖はさみ | ワールド精密機器 | 14393 | オートクレーブ使用前に。 |
| スプリングストレート(8mmブレード) | ワールド精密機器 | 15905 | オートクレーブ使用前に。 |
| SuperFine Vannasハサミ(5mm刃、8cm) | World Precision Instruments | 14003 | オートクレーブ使用前。 |
| デュモン #5 ピンセット (11 cm) | World Precision Instruments | 500342 | オートクレーブ使用前。 |
| DMEM-F12 | サーモフィッシャーサイエンティフィ | サイ | |
| ウシ胎児血清 | サーモフィッシャーサイエンティフィ | 10500064 | 培地に加える前にフィルター。 |
| ゲンタマイシン | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 15710049 | |
| 無水エタノール | サーモフィッシャーサイエンティフィック | E/0650DF/17 | 蒸留水で70% v/vに希釈します。 |
| 塩酸(HCl) | サーモフィッシャーサイエンティフィック | H1150PB17 | 水で0.6Mに希釈します。 |
| 水酸化ナトリウム(NaOH) | サーモフィッシャーサイエンティフィック | UN1823 | 水で0.1Mに希釈します。 |
| DAPI | サーモフィッシャーサイエンティフィック | P36931 | |
| Alexa Fluor、594、ヤギ抗マウス抗体 | 、サーモフィッシャーサイエンティフィック | 、A11005 | 抗体希釈バッファーで1/250希釈。 |
| Alexa Fluor 488 ロバ抗ウサギ抗体 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | A21206 | 1/250 希釈液 in antibody dilution buffer. |
| Superscript II kit | Thermo Fisher Scientific | 18064014 | |
| dNTP | Thermo Fisher Scientific | 18427013 | |
| Random primers | Thermo Fisher Scientific | P/N58875 | |
| Taq Polymerase kit | Thermo Fisher Scientific | 18038026 | |
| Tris/Bolation/EDTA (TBE) | Thermo Fisher Scientific | AM9863 | 1x に希釈使用前に水を蒸留しました。 |
| アガロー | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 16500 | 2% 1x Tris/Bolation/EDTA(TBE)。 |
| 溶解バッファー(RIPA) | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 89900 | |
| T75 フラスコ | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 156472 | |
| T175 フラスコ | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 159920 | |
| qPCR プレート | サーモフィッシャーサイエンティフィック | AB0990 | |
| ラット Msx2 プライマー | Qiagen | QT01084090 | |
| ラットアルプリンプライマー | Qiagen | ||
| ラット Enpp1 プライマー | Qiagen | QT00181426 | |
| RNeasy minikit | Qiagen | 74104 | |
| 6 ウェルプレート | シグマ | CLS3516 | |
| T25 フラスコ | シグ | マ CLS430639 | |
| 一塩基性リン酸塩 | Σ | S5011 | |
| 二塩基性リン酸塩 | Σ | S5136 | |
| 塩化カルシウム | Sigma | C1016 | |
| ドデシル硫酸ナトリウム (SDS) | Sigma | 5030 | 0.1M NaOHで0.1%に希釈します。 |
| パラホルムアルデヒド | Sigma | P6148 | PBSで4%に希釈します。 |
| トリトン X100 | シグマ | X100 | |
| ウシ血清アルブミン (BSA) | シグマ | A3059 | |
| アリザリンレッド S | シグマ | A5533 | 蒸留水で最大2%まで作り、pH 4.2に調整します。 |
| TGFβ-1 プライマー ペア: f: GCTACCATGCCAACTTCTGTGT r: TGTGTTGGTTGTAGAGGGCA | シグマ | 使用濃度: 10 μM | |
| TGFβ-2 プライマー ペア: f: GAAGGCAGAGTTCAGGGTCT r: CGCTGGGTTGGAGATGTTAG | グマ | 使用濃度: 10 μM | |
| モノクローナル抗β;-アクチン&マイナス;マウス | Sigma | A3854 | トリス緩衝生理食塩水 + 0.1% Tween (TBS/T) の 5% BSA で 1/50000 希釈。 |
| マウス抗ビメンチン抗体 | Sigma | v6389 | 1/900 希釈液 <強>抗体希釈バッファー (1x リン酸緩衝生理食塩水 (PBS)、1% ウシ血清アルブミン (BSA)、0.3% Triton X-100) で希釈。 |
| マウスIgG | Sigma | I5381 | 抗体希釈バッファーで希釈する前に、マウス抗ビメンチン抗体と同じストック濃度に希釈します。 |
| Rabbit IgG | GeneTex | GTX35035 | 抗体希釈バッファーで希釈する前に、ウサギの抗アルファ-平滑筋アクチン抗体と同じストック濃度に希釈します。 |
| ウサギ抗アルファ-平滑筋アクチン抗体 | Abcam | ab5694 | 1/200希釈抗体希釈バッファー中。 |
| ウサギ抗CD31 | Abcam | ab28364 | 5% BSA inTBS/Tでの1/50希釈。 |
| HRP標識ヤギ抗ウサギ抗体 | Dako | P0448 | TBS/Tの5%BSAで1/3000希釈。 |
| コラゲナーゼII | ワージントン | 41512862 | 蒸留水で425 U/mLに調整し、ろ過します。 |
| SYBR green mastermix | Primerdesign | PrecisionPLUS-MX-SY | |
| カルシウムアッセイキット | Randox | CA590 | |
| DC タンパク質アッセイキット | バイオ・ラッド | 5000111 | |
| ECL 試薬 | GE ヘルスケア | RPN2109 | |
| Hyperfilm ECL | GE ヘルスケア | 28906837 | |
| ニトロセルロースメンブレン | GE ヘルスケア | ||
| PCR ladder | Bioline | BIO-33057 | |
| ゲル電気泳動用ローディング色素 | New England Biolabs | B7025S | |
| シリンジフィルター (0.22 μm) | メルクミリポア | SLGP033RS | |
| カバースリップ科学 | 研究所用品株式会社 | MIC3100 | |
| 血球計算計 | マリエンフェルドスーペリア | 640030 | |
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
| Alizarinの赤い画像用にセットアップされたカメラ: | |||
| カメラ | ニコンD800 | ||
| レンズ | ニコンAF_sマイクロ、日光105ミリメートル、1:2.8 GED | ||
| 解剖鉗子10センチメートル、湾曲した端 | 世界精密機器 | 15915 | オートクレーブ使用前に。 |