1. Przygotowanie
- Przygotowanie pożywki EGM-2 (500 mL)
- Do 395 mL pożywki podstawowej dla komórek śródbłonka (EBM-2) dodać 100 mL płodowej surowicy bydlęcej (FBS).
- Dodać 5 mL 100x roztworu glutaminy-penicyliny-streptomycyny (GPS).
- Dodać wszystkie suplementy z zestawu EGM-2 SingleQuots z wyjątkiem hydrokortyzonu (tj. VEGF, hFGF-B, R-IGF-1, hEGF, heparynę, kwas askorbinowy oraz GA-1000).
- Przefiltrować w celu sterylizacji za pomocą filtra próżniowego o rozmiarze porów 0,2 μm.
- Przygotowanie pożywki MSCGM (500 mL)
- Do 440 mL pożywki podstawowej dla mezenchymalnych komórek macierzystych (MSCBM) dodać 5 mL 100x GPS.
- Dodać całą zawartość zestawu MSCGM SingleQuots.
- Dodać alikwot hFGF-B z suplementów EGM-2 SingleQuots.
- Przefiltrować w celu sterylizacji za pomocą filtra próżniowego o rozmiarze porów 0,2 μm.
- Przygotowanie pożywki DMEM (500 mL)
- Do 440 mL 1x pożywki DMEM z wysoką zawartością glukozy (Dulbecco's Modified Eagle Medium) dodać 50 mL płodowej surowicy bydlęcej (FBS).
- Dodać 5 mL 100x GPS.
- Dodać 5 mL roztworu nieessentialnych aminokwasów.
- Przefiltrować w celu sterylizacji za pomocą filtra próżniowego o rozmiarze porów 0,2 μm.
- Przygotowanie roztworu kolagenu/fibronektyny (3,6 mL; przygotować w dniu iniekcji)
- Do 150 μL destylowanej H2O dodać 0,4 mL 10x DMEM.
- Dodać 100 μL 1M HEPES (stężenie końcowe 25 mM).
- Ostrożnie dodać 2,4 mL kolagenu bydlęcego (stężenie zapasu 5 mg/mL; końcowe 3 mg/mL) i delikatnie wymieszać na lodzie.
- Dostosować pH do obojętnego poprzez dodanie roztworu 1N NaOH (około 30 μL).
- W celu oceny obojętności pH użyć wskaźnika czerwieni fenolowej lub alternatywnie papierka lakmusowego do monitorowania pH.
- Dodać 120 μL ludzkiej fibronektyny (stężenie zapasu 1 mg/mL; końcowe 30 μg/mL).
- Dodać 0,4 mL FBS (stężenie końcowe 10%).
- Przechowywać roztwór na lodzie do momentu użycia.
- Przygotowanie roztworu fibrynogenu (1 mL; przygotować w dniu iniekcji)
- Do 1 mL roztworu 0,9N NaCl (pH 7,4) dodać 30 mg sproszkowanego fibrynogenu (stężenie końcowe 30 mg/mL).
- Przed użyciem inkubować roztwór fibrynogenu w temperaturze 37° C przez 30 minut.
- Przed dodaniem do żelu kolagenowego/fibronektynowego delikatnie wymieszać bez użycia vortexa.
- Przygotowanie roztworu trombiny (200 mL)
- Do 200 mL soli fizjologicznej 0,9% NaCl dodać 1 KU sproszkowanej trombiny (50 U/mL).
- Przefiltrować w celu sterylizacji za pomocą filtra strzykawkowego o rozmiarze porów 0,2 μm i przechowywać w temperaturze -20° C do momentu użycia.
- Przed użyciem rozcieńczyć solą fizjologiczną 0,9% NaCl do końcowego stężenia 10 U/mL.
- Przygotowanie 1% roztworu żelatyny (500 mL)
- Do 500 mL soli fosforanowej PBS (Dulbecco's phosphate buffered saline) dodać 5 g sproszkowanej żelatyny.
- Autoklawować w temperaturze 121 °C przez 30 min.
- Przefiltrować w celu sterylizacji za pomocą filtra próżniowego o rozmiarze porów 0,2 μm.
- Powlekanie płytek hodowlanych 100-mm 1% roztworem powlekającym żelatyną
- Do każdej płytki hodowlanej 100-mm dodać 10 mL 1% roztworu żelatyny.
- Inkubować płytki w temperaturze 37°C przez 60 min.
- Przed użyciem usunąć roztwór żelatyny i jednokrotnie przemyć płytki PBS.
2. Hodowla ludzkich komórek endotelialnych zdolnych do tworzenia kolonii (ECFCs) pochodzących z krwi pępowinowej
Niniejszy protokół zakłada, że w laboratorium przed rozpoczęciem eksperymentu dostępne są zamrożone fiolki ECFC. ECFC można wyizolować z frakcji komórek mononuklearnych krwi pępowinowej lub obwodowej osoby dorosłej zgodnie z wcześniej opisaną metodą 7.
- Rozmrozić jedną fiolkę ECFC (zazwyczaj 0,5-1x106 komórek w 1 mL medium do mrożenia) wyjętą z pojemnika do przechowywania w ciekłym azocie i natychmiast rozcieńczyć jej zawartość w stożkowej probówce 15-mL zawierającej 10 mL medium DMEM. Wirować przy 1200 rpm przez 5 min. Usunąć nadsącz i resuspender osad komórkowy w 10 mL ogrzanego medium EGM-2.
- Przenieść 10 mL zawiesiny ECFC do jednej 100-mm płytki hodowlanej pokrytej 1% żelatyną. Umieścić płytkę w inkubatorze z nawilżaniem w temperaturze 37°C i 5%CO2. Następnego dnia delikatnie odessać niezwiązane komórki oraz medium i dostarczyć związanym komórkom 10 mL świeżego medium EGM-2.
- Dokarmiać płytkę medium EGM-2 co 2-3 dni. Pozostawić komórki do namnożenia, aż płytka zostanie pokryta konfluentną monowarstwą komórkową. Po osiągnięciu konfluencji przeprowadzić subkulturę komórek w następujący sposób:
- Odessać medium hodowlane i przemyć komórki 10 mL PBS.
- Usunąć PBS i dodać 2 mL roztworu trypsyny-EDTA do każdej płytki 100-mm. Delikatnie kołysać płytkami, aby równomiernie rozprowadzić roztwór trypsyny-EDTA. Inkubować w temperaturze 37°C i 5%CO2 przez 3-5 minut. Delikatnie opukać płytkę, aby za pomocą mikroskopu odwróconego sprawdzić, czy oddzielone komórki znajdują się w zawiesinie.
- Gdy komórki całkowicie się oddzielą, dodać 8 mL medium EGM-2 i zebrać zawiesinę komórkową do stożkowej probówki 15-mL. Pobrać 10 μL w celu policzenia komórek w komorze Bürckera i obliczyć całkowitą liczbę zebranych komórek.
- Wysiać komórki na płytki hodowlane pokryte 1% żelatyną z gęstością 5,000 komórek/cm2 przy użyciu medium EGM-2. Umieścić płytki w inkubatorze i dokarmiać je co 2-3 dni medium EGM-2.
Powtórz tę procedurę dla kolejnych pasaży. Monitoruj numer pasażu w miarę powiększania populacji komórek. Komórki ECFC będą wykorzystywane między 4. a 8. pasażem.
3. Hodowla mezenchymalnych komórek macierzystych (MSC) pochodzących z ludzkiego szpiku kostnego
Protokół ten zakłada dostępność zamrożonych fiolek ludzkich MSC w laboratorium przed rozpoczęciem eksperymentu. MSC można wyizolować z aspiratów szpiku kostnego zgodnie z wcześniejszym opisem 11.
- Rozmrozić jedną fiolkę MSC (zazwyczaj 0,50-1x106 komórek w 1 mL medium do zamrażania) wyjętą z pojemnika do przechowywania w ciekłym azocie i natychmiast rozcieńczyć jej zawartość w probówce stożkowej 15-mL zawierającej 10 mL medium DMEM. Wirować przy 1200 rpm przez 5 min. Usunąć nadsącz i resuspendować pellet komórkowy w 10 mL ogrzanego medium MSCGM.
- Przenieść 10 mL zawiesiny MSC do jednej niepowlekanej płytki hodowlanej 100-mm. Umieścić płytkę w inkubatorze z nawilżaniem w temperaturze 37°C i 5%CO2. Następnego dnia delikatnie odessać niezwiązane komórki oraz medium i zasilić przytwierdzone komórki 10 mL świeżego medium MSCGM.
- Zmieniać medium na płytce co 2-3 dni, stosując medium MSCGM. Pozostawić komórki do namnożenia, aż płytka osiągnie 80% konfluencji monowarstwy komórkowej. Przy 80% konfluencji przeprowadzić pasaż komórek w następujący sposób:
- Odessać medium hodowlane i przemyć komórki 10 mL PBS.
- Usunąć PBS i dodać 2 mL roztworu trypsyny-EDTA do każdej płytki 100-mm. Delikatnie kołysać płytkami, aby równomiernie rozprowadzić roztwór trypsyny-EDTA. Inkubować w temperaturze 37°C i 5%CO2 przez 3-5 minut. Delikatnie opukać płytkę, aby sprawdzić pod mikroskopem odwróconym, czy odseparowane komórki znajdują się w zawiesinie.
- Po całkowitym odklejeniu się komórek dodać 8 mL medium MSCGM i zebrać zawiesinę komórkową do probówki stożkowej 15-mL. Pobrać 10 μL w celu policzenia komórek w komorze countingowej (haemocytometrze) i obliczyć całkowitą liczbę zebranych komórek.
- Wysiać komórki na niepowlekane płytki hodowlane z gęstością 10 000 komórek/cm2 przy użyciu medium MSCGM. Umieścić płytki w inkubatorze i zasilać je co 2-3 dni medium MSCGM.
Powtórz tę procedurę dla kolejnych pasażów. Monitoruj numer pasażu w miarę namnażania populacji komórek. MSC będą wykorzystywane między pasażami 4-8.
4. Resuspensja komórek w roztworze kolagenu/fibronektyny/fibrynogenu (Dzień 0)
Przed rozpoczęciem eksperymentu należy upewnić się, że w hodowli znajduje się wystarczająca liczba ECFC i MSC; dla każdego implantu oraz myszy wymagane będzie 0,8x106 ECFC oraz 1,2x106 MSC.
- Odssać pożywkę z każdej płytki hodowlanej i przemyć komórki 10 mL PBS. Usunąć PBS i dodać 2 mL roztworu trypsyny-EDTA do każdej płytki 100-mm. Delikatnie kołysać płytkami, aby równomiernie rozprowadzić roztwór trypsyny-EDTA. Inkubować przez 3-5 minut. Delikatnie opukać płytkę, aby sprawdzić pod mikroskopem odwróconym, czy odseparowane komórki znajdują się w zawiesinie.
- Po całkowitym odseparowaniu komórek dodać 8 mL pożywki DMEM i zebrać zawiesinę komórkową do stożkowej probówki 15-mL. Odpić 10 μL w celu policzenia komórek w komorze countingowej (hemocytometrze) i obliczyć całkowitą liczbę zebranych ECFC oraz MSC.
- Przenieść 4x106 ECFC (5x 0,8x106 komórek) oraz 6x106 MPC (5x 1,2x106 komórek) razem do jednej stożkowej probówki 50-mL. Jest to całkowita liczba komórek wymagana do pięciu pojedynczych implantów i myszy. Wirować przy 1200 rpm i usunąć nadsącz.
- Delikatnie dodać 100 uL roztworu fibrynogenu do 0,9 mL roztworu kolagenu/fibronektyny (końcowe stężenie fibrynogenu 3 mg/mL); przechowywać mieszaninę w lodzie.
- Resuspender osad komórkowy w 1 mL lodowatego roztworu kolagenu/fibronektyny/fibrynogenu; mieszać komórki bardzo delikatnie, aby uniknąć powstawania pęcherzyków powietrza. Napełnić sterylną strzykawkę 1-mL mieszaniną i założyć igłę 26G z nakładką na końcówkę strzykawki. Przechowywać napełnioną strzykawkę w lodzie do momentu iniekcji.
5. Iniekcja u myszy nude z niedoborem odporności (dzień 0)
Wszystkie eksperymenty na zwierzętach zostaną przeprowadzone z wykorzystaniem 6-tygodniowych myszy athymicznych nu/nu.
- Przed iniekcją znieczul myszy z niedoborem odporności, umieszczając je w komorze gazowej z izofluranem. Pozostaw myszy do inhalacji izofluranu przez około 2 minuty, aż zostaną znieczulone i przestaną reagować na uciśnięcie palca u nogi (monitoruj tętno poprzez obserwację).
- Każdej myszy wstrzyknij podskórnie w górny region grzbietu 50 μL roztworu trombiny (10 U/mL), używając igły o rozmiarze 26G.
- W to samo miejsce, w które wstrzyknięto trombinę, wstrzyknij 200 μL mieszaniny komórek, używając igły o rozmiarze 26G. Kolagen żeluje w temperaturze 37°C, a fibrynogen w obecności trombiny tworzy żel fibrynowy. W efekcie implant powinien utworzyć mały, lecz zauważalny guzek pod skórą.
- Po iniekcji umieść myszy na warstwie gazy, aby zapewnić im komfort i ciepło, i obserwuj je do momentu, gdy odzyskają zdolność poruszania się. Następnie obserwuj myszy codziennie przez pierwsze trzy dni.
6. Pozyskiwanie komórek (Dzień 7)
- Tydzień po iniekcjach uśmierć myszy, umieszczając je w komorze gazowej z dostarczanym sprężonym gazem CO2.
- Po uśmierceniu nacięta skórę w pobliżu miejsca iniekcji i chirurgicznie usuń wkład z żelu. Zaleca się wykonanie cyfrowych fotografii odzyskanych wkładów z żelu wraz ze skalą.
- Umieść pobrane wkłady z żelu w kasetkach histologicznych i zanurz je w 10% neutralnie buforowanej formalinie na noc w temperaturze pokojowej.
- Po utrwaleniu wypłucz 10% neutralnie buforowaną formalinę wodą destylowaną H2O, a kasetki histologiczne przechowuj w temperaturze 4°C w PBS do czasu oceny histologicznej.
7. Ocena: Histologia (H&E) i immunohistochemia (hCD31)
- Do oceny histologicznej implanty zatapia się w parafinie i wykonuje ich przekroje (7 μm– grubych przekrojów) przy użyciu standardowych procedur histologicznych.
- Ilościowo określić gęstość mikronaczyniowa na podstawie oceny barwienia hematoksyliną i eozyną (H&E)&E) barwione przekroje pobrane z części środkowej implantów. Standardowe protokoły dla H&Barwienie E można znaleźć w innym miejscu. Mikro naczynia można zidentyfikować jako struktury światłowate zawierające erytrocyty. Gęstość mikronaczyniową należy podać jako średnią liczbę wypełnionych erytrocytami mikronaczyni w analizowanych polach, wyrażoną jako liczba naczyń/mm.2.
- Aby wykazać ludzką naturę naczyń mikrokrażowych, przekroje wyjętego implantu należy poddać barwieniu immunohistochemicznemu z użyciem przeciwciała specyficznego dla ludzkiego CD31 (hCD31) zgodnie ze standardowymi protokołami barwienia. Zalecamy stosowanie mysiego monoklonalnego przeciwciała anty-ludzkie CD31 firmy DakoCytomation (klon JC70A; nr kat. M0823) w rozcieńczeniu 1:100. Specyficzność tego przeciwciała względem antygenów ludzkich została potwierdzona poprzez uzyskanie reakcji negatywnej w przypadku zróżnicowanych przekrojów tkanek mysich barwionych równolegle. 7,11Warto zauważyć, że wewnątrz implantów (szczególnie wokół krawędzi) często widoczne są naczynia krwionośne myszy, jednak naczynia te nie ulegają barwieniu z użyciem tego przeciwciała. Ponadto obecność ludzkich MSC można wykryć za pomocą barwienia immunohistochemicznego z zastosowaniem przeciwciał specyficznych dla ludzi przeciwko CD90 lub $\alpha$-aktynie mięśni gładkich ($\alpha$-SMA). Ludzkie MSC znajdują się zarówno w obszarze peryvaskularnym nowo powstałych naczyń krwionośnych, jak i w przestrzeniach śródmiąższowych w obrębie całego implantu. 11.
8. Reprezentatywne wyniki

Rycina 1. Typowy wygląd kultur ECFC i MSC. Mikrografie w kontraście fazowym przedstawiające typowy wygląd ECFC i MSC w hodowli. (A) Konfluentna monowarstwa ECFC pochodzących z krwi pępowinowej wykazująca charakterystyczną dla komórek śródbłonka morfologię brukową. (B) MSC pochodzące z ludzkiego szpiku kostnego wykazujące morfologię wrzecionowatą. Paski skali, 200 um.

Rycina 2. Wygląd wyeksplantowanych zrazów w 7. dniu. Ludzkie ECFC pochodzące z krwi pępowinowej oraz MSC pochodzące ze szpiku kostnego osadzono w żelu kolagenowym/fibronektynowym/fibrynowym i zaimplantowano podskórnie myszom nago zgodnie z opisem w tekście. (A) Po 7 dniach, po eutanazji myszy, należy naciąć skórę w pobliżu miejsca wstrzyknięcia i odsłonić zraz komórkowo-żelowy poprzez odchylenie skóry. (B) Wygląd zrazu chirurgicznie usuniętego z myszy przed utrwaleniem w formalinie. Czerwony kolor implantu świadczy o unaczynieniu.

Rycina 3. Histologiczna identyfikacja sieci naczyniowej w eksplantowanych wtyczkach. Przekroje barwione hematoksyliną i eozyną (H&E) pobrane z części środkowej eksplantowanych wtyczek. (A) Mikrofotografia przy małym powiększeniu (10x) przedstawiająca implant (oznaczony żółtą przerywaną linią) w kontekście otaczających tkanek gospodarza (tj. tkanki tłuszczowej i mięśnia szkieletowego). (B) Mikrofotografia przy dużym powiększeniu (40x) przedstawiająca liczne mikronaczynia (żółte groty strzałek wskazują niektóre z nich) wewnątrz wtyczki; mikronaczynia można zidentyfikować jako struktury światłowate zawierające erytrocyty.

Rycina 4. Identyfikacja immunohistochemiczna ludzkich świateł naczyń. Przekroje barwione immunohistochemicznie, pobrane z części środkowej eksplantowanych wtyczek. Barwienie przeprowadzono z użyciem mysiego monoklonalnego przeciwciała anty-ludzkiego CD31 (hCD31) firmy DakoCytomation (klon JC70A; nr kat. M0823) w rozcieńczeniu 1:100; jądra komórkowe dobarwiono hematoksyliną. (A) Mikrograf przy małym powiększeniu (10x) przedstawiający implant (obrysowany czarną przerywaną linią) w kontekście otaczających go tkanek gospodarza. Specyficzne dla człowieka mikronaczynia CD31-dodatnie są zabarwione na brązowo (barwienie peroksydazowe). (B) Mikrograf przy dużym powiększeniu (40x) przedstawiający liczne ludzkie mikronaczynia (czarna grot strzałki wskazuje niektóre światła hCD31-dodatnie) wewnątrz wtyczki.