$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
De generatie van hartspiercellen uit hPSCs, inclusief hESC en hiPSC, kan functioneren als een in vitro model van de zeer vroege menselijke cardiale ontwikkelingsprocessen, die inzicht geven in etappes anders niet toegankelijk zijn voor mechanistische studies. Dit model biedt unieke mogelijkheden om de moleculaire pathways die cardiale lineage inzet en lot van de cel specificatie controle te bestuderen. De laatste jaren heeft de mogelijkheid om efficiënt genereren cardiomyogene cellen van hPSCs sterk verbeterd 1-15. Echter, onder protocollen er cellijn variatie met betrekking tot de efficiëntie van het genereren cardiomyogene cellen en timing waarmee de cellen tot expressie kamer merkers (bijvoorbeeld ventrikel en atria). Idealiter voor toekomstige toepassingen van dit modelsysteem homogenere populatie van functioneel gedefinieerde cellen gewenst. In tegenstelling tot eerdere methoden hartspierdifferentiatie protocol beschreven here ofwel ce vereisenll aggregatie of de toevoeging van Activin A of Bone morfogenetische eiwit 4 (BMP4) en robuust genereert culturen zeer positief voor TNNI3, TNNT2, IRX4, MLC2v en MLC2a bij dag 10 cellen in alle hESC en hiPSC lijnen getest tot nu toe. De strategie is technisch eenvoudig te implementeren, vooral in vergelijking met driedimensionale kweken, massacultuur of embryoid body strategieën 4-9, en is recentelijk gedefinieerd in een studie die een klein molecuul met selectieve toxiciteit voor hPSCs beschreven (Boheler et al. ) 65. Kenmerken van dit protocol zijn onder andere differentiatie van hPSCs in monolaagkweek behulp van een enkele laag van een hESC gekwalificeerde matrix (Matrigel), volledig gedefinieerde media met behulp van kleine moleculen aan Wnt-signalering (vergelijkbaar, maar toch onderscheiden van 1,2,7,13) moduleren, en geoptimaliseerde flowcytometrie kleuring methoden voor het evalueren van differentiatie efficiency en celidentiteit. Kortom, de voordelen van dit protocol vergeleken met de vorige verslagen zijn onder meer de kosten-effectiveness, reproduceerbaarheid, en zijn hoge efficiency voor het genereren van hartspiercellen tussen meerdere HPSC lijnen, met inbegrip van hESC en hiPSC lijnen.
Flow cytometrie is een krachtige analytische tool voor het beoordelen van de kwaliteit van de cellen in de cultuur en het bepalen subpopulatie homogeniteit, en met de juiste experimentele opzet, kan kwantitatieve metingen geven. Zoals met alle antilichamen gebaseerde strategieën, nauwkeurige interpretatie van experimentele resultaten vereist dat elementen van de test ontwerp met inbegrip van de concentratie en fixatie antilichaam en permeabilisatie voorwaarden (wanneer de doelgroep intracellulaire antigenen) worden zorgvuldig getest voor elk antilichaam als sub-optimale omstandigheden aanzienlijk efficiëntie van antilichaam invloed bindend, en dus, de interpretatie van de resultaten. Belangrijk, indien kwantificatie nodig, monoklonale antilichamen zijn essentieel als polyklonale antilichamen meerdere epitopen herkennen en zijn gevoelig voor batch-to-batch variatie. Momenteel, verschillende antilichamen (polyclonal en monoklonaal) en kleuring protocollen zijn beschreven voor de beoordeling van de in vitro differentiatie, waardoor het moeilijk is om de efficiëntie van cardiomyogenesis onder protocollen 1,2,9,11 vergelijken. Daarom zijn monoklonale antilichamen die beschikbaarheid voor flowcytometrie geanalyseerd. In de toekomst wordt verwacht dat normalisatie van deze kleuringsprotocollen, vooral met betrekking tot kwantificatie, moet vergelijking tussen differentiatiestrategieën beter mogelijk.
De keuze van merkers, en hun overeenkomstige antilichamen worden gebruikt om de zuiverheid van in vitro cardiomyogenesis beoordelen varieert tussen rapporten. TNNT2 is beschouwd als een indicator van de cellen zich in voor de cardiomyogene lot en wordt routinematig gebruikt om de efficiëntie van de cardiale differentiatie protocollen te beoordelen. Echter, wordt TNNT2 ook tot uitdrukking in de skeletspier tijdens de vroege chick en rat ontwikkeling 16,17 en het aanwezig is in de menselijke gladde spier 18 is . Aldus TNNT2 niet noodzakelijk een specifieke marker van humane cardiomyogenesis in vitro. MLC2v en MLC2a worden routinematig gebruikt als surrogaat markers van ventriculaire en atriale subtypes, respectievelijk. Echter, de uitdagingen met vertrouwen op MLC2v en MLC2a om cardiomyocyte subtype te bepalen in het kader van de in vitro differentiatie voort uit het feit dat deze genproducten niet kan worden beperkt tot een specifieke kamer hele ontwikkeling van het hart, van het hart buis door volwassenen. In een lus het knaagdier hart, MLC2a mRNA is overheersend in het atrium / instroom darmkanaal gebied en MLC2v mRNA is overheersend in de ventriculaire / uitstroombaan regio. In de lus hart, co-expressie van MLC2a en MLC2v mRNA waargenomen in de instroom darmkanaal, atrioventriculaire kanaal, en de uitstroom 19,20. Bij 3 dagen na de geboorte, is MLC2v mRNA beperkt tot de ventrikel en 10 dagen na de geboorte, is MLC2a beperkt tot de atria in de neonatale rat hart 19. Daarom interpretatievan gegevens betreffende cardiomyogenesis efficiency en subtype identiteit niet alleen naar de aanwezige hoeveelheid referentiemarkering niveaus, maar moet overwegen het ontwikkelingsstadium (s) waarop de tijdstippen van differentiatie die geanalyseerd overeenkomen. Dit is bijzonder belangrijk aangezien de rijpingsfase van cardiomyogene cellen gegenereerd door in vitro differentiatie van hPSCs lijkt meest die van embryonale / foetale ontwikkeling 21-25. Dus, met een beroep op een marker ruimtelijke expressie in de postnatale hart misschien niet geschikt voor de beoordeling van HPSC-afgeleide cellen, althans in sommige gevallen.
In een poging om de ontwikkeling van meer specifieke criteria voor het bepalen van identiteit cardiomyocyten in vitro te vergemakkelijken, wordt TNNI3 beschouwd als een waardevolle marker voor het evalueren cardiomyogenesis in vitro kunnen alleen de hartspier gedurende embryogenese in kuiken en zebravis 15,20 zijnen afwezig is in menselijke foetale skeletspier 26. Terwijl TNNI1 aanwezig in humane foetale hart is, TNNI3 is de enige TNNI isovorm aanwezig is in de normale volwassen hart 27,28. Wat betreft cardiomyocyte subtype identiteit, IRX4 29-31 is een informatieve marker van cellen met een ventriculaire lot. Op het eiwitniveau, is IRX4 onlangs aangetoond worden beperkt tot de ventrikel van lineaire hartbuis door neonatale stadia van de muis 32. Bijgevolg geoptimaliseerd kleuringsprotocollen voor de analyse van TNNI3 en IRX4 door flowcytometrie beschreven. Bij ons weten is dit de eerste beschrijving van een werkwijze voor efficiënte antilichamen gebaseerde kleuring en analyse van IRX4 niveaus in cardiomyocyten door flowcytometrie.