Choroby serca pozostają główną przyczyną na świecie, a wskaźniki śmiertelności pozostały praktycznie niezmienione w ciągu ostatnich dwóch dekad (American Heart Association). Istnieje pilna potrzeba opracowania nowych strategii terapeutycznych, aby skutecznie zapobiegać lub odwracać niewydolność serca. Jedną z obiecujących strategii jest terapia komórkowa wynikająca z szybkiego rozwoju biologii komórek macierzystych1. W związku z tym multipotencjalne CPC mogą być doskonałym źródłem komórek w terapii ze względu na ich zdolność do proliferacji, ale zaangażowane tylko w różnicowanie linii serca. Dlatego wydajna i solidna metoda generowania i izolowania CPC ma ogromne znaczenie dla badań nad terapią komórkami serca.
Ten protokół skupia się na embrionalnych CPC zidentyfikowanych podczas wczesnej embriogenezy i sposobie ich powstawania z ESC. Różne CPC zostały wyizolowane z serca embrionalnego i dorosłego, a nawet ze szpiku kostnego2. Podczas rozwoju zarodka białka morfogenetyczne kości (BMP), bezskrzydłi członkowie rodziny miejsc integracji MMTV (Wnts) i sygnały węzłowe indukują zaangażowanie multipotencjalnej mezodermy Mesp1 + 3. Komórki Mesp1+ następnie różnicują się w embrionalne CPC4. Te CPC są zwykle oznaczone przez HCN4, NK2 homeobox 5 (Nkx2-5), Isl LIM homeobox 1 (Isl1), T-box 5 (Tbx5) i czynnik wzmacniający miocyty 2C (Mef2c), tworzą pierwotne i drugie pole serca i przyczyniają się do głównych części serca podczas kardiogenezy5-10. Zarówno CPC Nkx2-5+, jak i Isl1+/Mef2c+ są zdolne do różnicowania się w kardiomiocyty, komórki mięśni gładkich (SMC) i komórki śródbłonka5-8. W ten sposób te CPC spowodują powstanie układu naczyniowego serca, a także tkanek serca i są idealnym źródłem komórek do terapii serca opartej na komórkach. W związku z tym wytwarzanie CPC in vitro było głównym przedmiotem badań w badaniach sercowo-naczyniowych. Ponieważ EKM mają nieograniczoną zdolność ekspansji i reprezentują komórki ICM na etapie blastocysty, różnicowanie ESC w embrionalne CPC po naturalnej embriogenezie jest uważane za logiczne i skuteczne podejście do uzyskania CPC.
Jednym z powszechnie stosowanych podejść do uzyskiwania CPC z ESC jest agregacja ESC do EBs11. W celu poprawy efektywności różnicowania wykorzystano zdefiniowane czynniki chemiczne i wzrostowe w oparciu o wiedzę o rozwoju serca12-14. Nie ma jednak ostatecznych markerów CPC, w szczególności markerów powierzchni komórek, które są powszechnie akceptowane w tej dziedzinie. Aby rozwiązać ten problem, ESC zostały zaprojektowane do oznaczania CPC Isl1+ lub Mef2c+ i ich pochodnych za pomocą reporterów fluorescencyjnych przy użyciu systemu Cre/loxP. Rekombinaza cre jest wbijana pod kontrolą promotora/wzmacniacza Isl1 / Mef2c. Zmodyfikowany gen białka fluorescencyjnego RFP lub YFP napędzany przez konstytutywny promotor może być aktywowany przez wycięcie kodonu stop flox z rekombinazą cre (ISL1:cre; pCAG-flox-STOP-flox-GFP lub RFP/ISL1-cre; Rosa26YFP/Mef2c-cre; Rosa26YFP)5,6. Gdy ESC zostaną zróżnicowane w CPC drugiego pola serca, cre napędzane promotorem/wzmacniaczem Isl1 / Mef2c aktywuje reportery fluorescencyjne, a CPC można wzbogacić przez oczyszczanie FACS. Krótko mówiąc, metoda agregacji EB służy do inicjowania różnicowania ESC. Aby zwiększyć efektywność różnicowania, zróżnicowane komórki są traktowane kwasem askorbinowym (AA) i czynnikami wzrostu, takimi jak Bmp4, Activin A i Vegf13,15. Protokół ten umożliwia solidne i wydajne różnicowanie CPC przy użyciu zarówno mysich, jak i ludzkich ESC.