$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
1. Przygotowanie
- Przygotowanie pożywki EGM-2 (500 mL)
- Do 395 mL podstawowej pożywki dla komórek śródbłonka (EBM-2) dodać 100 mL płodowej surowicy bydlęcej (FBS).
- Dodać 5 mL 100x roztworu glutaminy, penicyliny i streptomycyny (GPS).
- Dodać wszystkie suplementy z zestawu EGM-2 SingleQuots z wyjątkiem hydrokortyzonu (tzn. VEGF, hFGF-B, R-IGF-1, hEGF, heparynę, kwas askorbinowy i GA-1000).
- Zsterylizować poprzez filtrację za pomocą filtra próżniowego o rozmiarze porów 0,2 µm.
- Przygotowanie pożywki MSCGM (500 mL)
- Do 440 mL podstawowej pożywki 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.
- Zsterylizować poprzez filtrację za pomocą filtra próżniowego o rozmiarze porów 0,2 µm.
- Przygotowanie pożywki DMEM (500 mL)
- Do 440 mL 1x pożywki Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) z wysoką zawartością glukozy dodać 50 mL płodowej surowicy bydlęcej (FBS).
- Dodać 5 mL 100x GPS.
- Dodać 5 mL roztworu nieessentialnych aminokwasów.
- Zsterylizować poprzez filtrację 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; stężenie końcowe 3 mg/mL) i delikatnie wymieszać w lodzie.
- Dostosować pH do obojętnego poprzez dodanie roztworu 1N NaOH (około 30 µL).
- Użyć wskaźnika czerwieni fenolowej do oceny obojętnego pH; alternatywnie można użyć papierka wskaźnikowego pH do monitorowania pH.
- Dodać 120 µL ludzkiej fibronektyny (stężenie zapasu 1 mg/mL; stężenie końcowe 30 µg/mL).
- Dodać 0,4 mL FBS (stężenie końcowe 10%).
- Przechowywać roztwór w 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 fibrynogenu w proszku (stężenie końcowe 30 mg/mL).
- Przed użyciem inkubować roztwór fibrynogenu w temperaturze 37°C przez 30 minut.
- Delikatnie wymieszać, bez użycia vortexa, przed dodaniem do żelu kolagenowego/fibronektynowego.
- Przygotowanie roztworu trombiny (200 mL)
- Do 200 mL soli fizjologicznej 0,9% NaCl dodać 1 KU trombiny w proszku (50 U/mL).
- Zsterylizować poprzez filtrację 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 stężenia końcowego 10 U/mL.
- Przygotowanie 1% roztworu żelatyny (500 mL)
- Do 500 mL soli fizjologicznej z buforem fosforanowym Dulbecco (PBS) dodać 5 g żelatyny w proszku.
- Autoklawować w temperaturze 121°C przez 30 min.
- Zsterylizować poprzez filtrację za pomocą filtra próżniowego o rozmiarze porów 0,2 µm.
- Powlekanie 100-mm płytek do hodowli tkankowych 1% roztworem powlekającym z żelatyny
- Do każdej 100-mm płytki do hodowli tkankowej 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 endotelialnych komórek tworzących kolonie (ECFCs) pochodzących z krwi pępowinowej
Protokół ten zakłada, że w laboratorium przed rozpoczęciem eksperymentu dostępne są zamrożone fiolki z ECFC. ECFC można wyizolować z frakcji komórek mononuklearnych krwi pępowinowej lub obwodowej osób dorosłych, zgodnie z wcześniejszym opisem 7.
- Rozmrozić jedną fiolkę ECFC (zwykle 0,5-1x106 komórek w 1 mL medium do mrożenia) wyjętą z pojemnika do przechowywania w ciekłym azocie i natychmiast rozcieńczyć jej zawartość w probówce stożkowej o pojemności 15 mL zawierającej 10 mL medium DMEM. Wirować przy 1200 rpm przez 5 min. Usunąć nadsącz i resuspender osad komórkowy w 10 mL ocieplonego medium EGM-2.
- Przenieść 10 mL zawiesiny ECFC na jedną 100-mm płytkę do hodowli tkanek pokrytą 1% żelatyną. Umieścić płytkę w inkubatorze z nawilżaniem w temperaturze 37°C i 5%CO2. Następnego dnia delikatnie odessać niezwiązane komórki oraz medium, a następnie dostarczyć związanym komórkom 10 mL świeżego medium EGM-2.
- Wymieniać medium na płytce co 2-3 dni, stosując medium EGM-2. 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 sprawdzić pod mikroskopem odwróconym, czy oddzielone komórki znajdują się w zawiesinie.
- Gdy komórki całkowicie się oddzielą, dodać 8 mL medium EGM-2 i zebrać zawiesinę komórkową do probówki stożkowej o pojemności 15 mL. Pobrać 10 μL w celu policzenia komórek w komorze countingowej i obliczyć całkowitą liczbę zebranych komórek.
- Wysiać komórki na płytki do hodowli tkanek pokryte 1% żelatyną z gęstością zasiewu 5,000 komórek/cm2 przy użyciu medium EGM-2. Umieścić płytki w inkubatorze i dokarmiać je co 2-3 dni medium EGM-2.
Powtarzaj tę procedurę w kolejnych pasażach. Monitoruj numer pasażu w miarę powiększania populacji komórek. ECFC będą wykorzystywane pomiędzy 4. a 8. pasażem.
3. Hodowla mezenchymalnych komórek macierzystych (MSCs) pochodzących z ludzkiego szpiku kostnego
Protokół ten zakłada, że w laboratorium przed rozpoczęciem eksperymentu dostępne są zamrożone fiolki z ludzkimi MSC. 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 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 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 i medium, a następnie dostarczyć związanym komórkom 10 mL świeżego medium MSCGM.
- Dokarmiać płytkę co 2-3 dni medium MSCGM. Pozwolić komórkom na ekspansję, aż płytka osiągnie 80% konfluencji monowarstwy komórkowej. Przy 80% 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 37°C i 5%CO2 przez 3-5 minut. Delikatnie opukać płytkę, aby sprawdzić w mikroskopie odwróconym, czy odspojone komórki znajdują się w zawiesinie.
- Gdy komórki całkowicie się odspoją, dodać 8 mL medium MSCGM i zebrać zawiesinę komórkową do stożkowej probówki 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 zasiewu 10 000 komórek/cm2 przy użyciu medium MSCGM. Umieścić płytki w inkubatorze i dokarmiać je co 2-3 dni medium MSCGM.
Powtórz tę procedurę w kolejnych pasażach. Monitoruj numer pasażu w miarę namnażania populacji komórek. Komórki MSC będą wykorzystywane między 4. a 8. pasażem.
4. Resuspensja komórek w roztworze kolagenu/fibronektyny/fibrynogenu (dzień 0)
Przed rozpoczęciem eksperymentu należy upewnić się, że w hodowli znajduje się wystarczająca liczba ECFC oraz MSC; dla każdego implantu i 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 poruszać płytkami, aby równomiernie rozprowadzić roztwór trypsyny-EDTA. Inkubować przez 3-5 minut. Delikatnie opukać płytkę, aby sprawdzić pod mikroskopem odwróconym, czy oddzielone komórki znajdują się w zawiesinie.
- Po całkowitym oddzieleniu komórek dodać 8 mL pożywki DMEM i zebrać zawiesinę komórkową do probówki stożkowej 15-mL. Pobrać 10 μL w celu policzenia komórek w komorze countingowej (hemocytometrze) i obliczyć całkowitą liczbę zebranych ECFC i MSC.
- Przenieść 4x106 ECFC (5x 0,8x106 komórek) oraz 6x106 MPC (5x 1,2x106 komórek) wspólnie do jednej probówki stożkowej 50-mL. Jest to całkowita liczba komórek wymagana dla pięciu oddzielnych 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 powstania pęcherzyków powietrza. Nabrać mieszaninę do sterylnej strzykawki 1-mL i założyć igłę 26G z nakładką na końcówkę strzykawki. Przechowywać napełnioną strzykawkę w lodzie do momentu iniekcji.
5. Iniekcja u immunodeficyjnej myszy nude (dzień 0)
Wszystkie eksperymenty na zwierzętach zostaną przeprowadzone z wykorzystaniem 6-tygodniowych myszy athymic nude (nu/nu).
- Przed iniekcją znieczuli myszy z niedoborem odporności, umieszczając je w komorze gazowej z izofluranem. Pozostaw myszy w oparach izofluranu przez około 2 minuty, aż zostaną znieczulone i przestaną reagować na ucisk palca (monitoruj tętno poprzez obserwację).
- Każdej myszy wstrzyknij podskórnie 50 μL roztworu trombiny (10 U/mL) w górny region grzbietu, używając igły o rozmiarze 26G.
- W to samo miejsce, w którym podano trombinę, wstrzyknij 200 μL mieszaniny komórek za pomocą igły o rozmiarze 26G. Kolagen zgeli w temperaturze 37°C, a fibrynogen utworzy żel fibrynowy w obecności trombiny. W rezultacie pod skórą powinien powstać niewielki, lecz zauważalny guzek.
- Po iniekcji umieść myszy na warstwie gazy, aby zapewnić im komfort i ciepło, i obserwuj je do momentu odzyskania zdolności poruszania się. Następnie obserwuj myszy codziennie przez pierwsze trzy dni.
6. Zbiór (Dzień 7)
- Tydzień po iniekcjach uśmierć myszy, umieszczając je w komorze gazowej z dostarczanym sprężonym gazem CO2.
- Po uśmierceniu nacinij skórę w pobliżu miejsca iniekcji i chirurgicznie usuń wkład żelowy. Zaleca się wykonanie cyfrowych zdjęć odzyskanych wkładów żelowych wraz ze skalą.
- Umieść pobrane wkłady żelowe w kasetkach histologicznych i zanurz je w 10% neutralnie buforowanej formalinie na noc w temperaturze pokojowej.
- Po utrwaleniu wypłucz 10% neutralnie buforowaną formalinę destylowaną H2O i przechowuj kasetki histologiczne 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 (skrawki o grubości 7 μm) zgodnie ze standardowymi procedurami histologicznymi.
- Ilościowo określ gęstość mikronaczyniową poprzez ocenę skrawków zabarwionych hematoksyliną i eozyną (H&E), pobranych z części środkowej implantów. Standardowe protokoły barwienia H&E są dostępne w innych źródłach. Mikronaczynia można zidentyfikować jako struktury światłowate zawierające erytrocyty. Gęstość mikronaczyniową należy podać jako średnią liczbę wypełnionych erytrocytami mikronaczyń z analizowanych pól, wyrażoną jako naczynia/mm2.
- Aby wykazać ludzkie pochodzenie naczyń mikrokrażeniowych, skrawki 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-human CD31 firmy DakoCytomation (Klon JC70A; kat. # M0823) w rozcieńczeniu 1:100. Specyficzność tego przeciwciała względem ludzkich antygenów została potwierdzona poprzez negatywną reakcję uzyskaną na różnorodnych skrawkach tkanek mysich barwionych równolegle 7,11. Należy zauważyć, że wewnątrz implantów (zwłaszcza wokół krawędzi) często widoczne są naczynia krwionośne myszy, jednak naczynia mysie nie wykażą pozytywnego barwienia z tym przeciwciałem. Dodatkowo obecność ludzkich MSC można wykryć poprzez barwienie immunohistochemiczne przeciwciałami specyficznymi dla ludzkiego CD90 lub α-aktyny mięśni gładkich (α-SMA). Ludzkie MSC znajdują się zarówno w regionie perywascularnym 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 kulturze. (A) Konfluencyjna monowarstwa ECFC pochodzących z krwi pępowinowej wykazująca charakterystyczną morfologię brukową komórek endotelialnych. (B) Ludzkie MSC pochodzące z szpiku kostnego wykazujące morfologię wrzecionowatą. Paski skali, 200 um.

Rycina 2. Wygląd eksplantowanych wtyczek w 7. dniu. ECFC pochodzące z ludzkiej krwi pępowinowej oraz MSC pochodzące z szpiku kostnego osadzono w żelu kolagenowo-fibronektynowo-fibrynowym i zaimplantowano podskórnie u myszy nago, zgodnie z opisem w tekście. (A) Po 7 dniach, po uśmierceniu myszy, należy rozciąć skórę w pobliżu miejsca wstrzyknięcia i odsłonić wtyczkę komórkowo-żelową, odchylając skórę. (B) Wygląd wtyczki chirurgicznie usuniętej z myszy przed utrwaleniem w formalinie. Czerwony kolor implantu świadczy o unaczynieniu.

Rycina 3. Histologiczna identyfikacja sieci naczyniowej w wyeksplantowanych wkładkach. Przekroje pobrane ze środkowej części wyeksplantowanych wkładek, barwione hematoksyliną i eozyną (H&E). (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 mikro-naczynia (żółte groty strzałek wskazują niektóre z nich) wewnątrz wkładki; mikro-naczynia można zidentyfikować jako struktury światłowate zawierające erytrocyty.

Rycina 4. Immunohistochemiczna identyfikacja ludzkich świateł naczyń. Przekroje barwione immunohistochemicznie pobrane z części środkowej eksplantowanych wtyczek. Barwienia dokonano z użyciem mysiego przeciwciała monoklonalnego przeciwko ludzkiemu CD31 (hCD31) firmy DakoCytomation (Klon JC70A; kat. # M0823) w rozcieńczeniu 1:100; jądra komórkowe dobarwiono hematoksyliną. (A) Mikrografia przy małym powiększeniu (10x) przedstawiająca implant (oznaczony czarną przerywaną linią) w kontekście otaczających go tkanek gospodarza. Specyficzne dla człowieka, CD31-dodatnie mikronaczynia są zabarwione na brązowo (barwienie peroksydazą). (B) Mikrografia przy dużym powiększeniu (40x) przedstawiająca liczne ludzkie mikronaczynia (czarna strzałka wskazuje niektóre hCD31-dodatnie światła naczyń) wewnątrz wtyczki.