Zwapnienie zastawki aortalnej (CAVD) jest przewlekłą patologią charakteryzującą się stanem zapalnym, zwłóknieniem i makrozwapnieniem płatków zastawki aortalnej. Postępująca przebudowa i zwapnienie płatków (określane jako stwardnienie aorty) może prowadzić do utrudnienia przepływu krwi (zwężenia zastawki aortalnej), co przyczynia się do udaru mózgu i prowadzi do niewydolności serca. Obecnie jedynym sposobem leczenia CAVD jest chirurgiczna lub przezcewnikowa wymiana zastawki aortalnej (odpowiednio SAVR i TAVR). Nie ma niechirurgicznej możliwości zatrzymania lub odwrócenia progresji CAVD, a bez wymiany zastawki śmiertelność zbliża się do 50% w ciągu 2-3 lat1,2,3. Zdefiniowanie mechanizmów leżących u podstaw tej patologii pozwoli zidentyfikować potencjalne nowe podejścia terapeutyczne.
U zdrowego dorosłego, płatki zastawki aortalnej mają około jednego milimetra grubości, a ich główną funkcją jest utrzymanie jednokierunkowego przepływu krwi z lewej komory4. Każdy z trzech listków składa się z warstwy komórek śródbłonka zastawki (VEC), które wyściełają zewnętrzną powierzchnię płatka i działają jako bariera. VEC utrzymują homeostazę zastawki poprzez regulację przepuszczalności, adhezji komórek zapalnych i sygnalizacji parakrynnej5,6,7. Komórki śródmiąższowe zastawki (VIC) obejmują większość komórek w ulotce zastawki8. VIC są ułożone w trzech charakterystycznych warstwach w ulotce. Warstwy te są znane jako ventricularis, spongiosa i fibrosa9. Komora jest skierowana w stronę lewej komory i zawiera włókna kolagenu i elastyny. Środkowa warstwa, gąbczasta, zawiera wysoką zawartość proteoglikanów, które zapewniają elastyczność ścinania podczas cyklu pracy serca. Zewnętrzna warstwa zwłóknienia znajduje się blisko powierzchni odpływu po stronie aorty i jest bogata w kolagen fibrylarny typu I i III, który zapewnia siłę do utrzymania koaptacji podczas rozkurczu10,11,12. VIC znajdują się w stanie spoczynku, jednak czynniki takie jak stan zapalny, przebudowa macierzy zewnątrzkomórkowej (ECM) i stres mechaniczny mogą zakłócić homeostazę VIC8,9,13,14,15,16. Wraz z utratą homeostazy, VIC aktywują i uzyskują fenotyp podobny do miofibroblastów, zdolny do proliferacji, kurczenia się i wydzielania białek, które przebudowują zewnątrzkomórkowy millieu17. Aktywowane VIC mogą przekształcać się w komórki wapnienia, co przypomina różnicowanie mezenchymalnej komórki macierzystej (MSC) w osteoblast15,17,18,19,20,21,22,23,24,25.
Zwapnienie wydaje się inicjować w warstwie fibrosy bogatej w kolagen z wkładu zarówno VEC, jak i VIC, ale rozszerza się i atakuje inne warstwy ulotki8. Tak więc jasne jest, że zarówno VEC, jak i VIC reagują na bodźce w celu zwiększenia ekspresji genów osteogennych, jednak dokładne zdarzenia napędzające aktywację genów osteogennych, a także złożone wzajemne oddziaływanie między komórkami a macierzą zewnątrzkomórkową ulotki, pozostają nieokreślone. Modele mysie nie są idealnym źródłem do badania niegenetycznych czynników patogenezy CAVD, ponieważ u myszy nie rozwija się CAVD de novo26,27, stąd konieczne jest użycie pierwotnych tkanek ludzkich i pierwotnych linii komórkowych wyizolowanych z tych tkanek. W szczególności konieczne jest uzyskanie tych komórek w dużej liczbie i dobrej jakości, ponieważ dziedzina hodowli komórkowych 3D i modelowania organoidów rozwija się i prawdopodobnie stanie się alternatywą dla modeli mysich opartą na ludziach ex vivo.
Celem obecnej metody jest udostępnienie przepływu pracy, który stworzył warunki do efektywnego izolowania i hodowania VEC i VIC uzyskanych z chirurgicznie usuniętych zastawek od ludzkich dawców. Poprzednie badania wykazały udaną izolację VEC i VIC z świń28 i mysich zastawek29, o ile nam wiadomo, jest to pierwsze opisujące izolację tych komórek w tkankach ludzkich. Opisany tutaj protokół ma zastosowanie do zastawek wycinanych przez ludzi i znacznie omija i poprawia uszkodzenia spowodowane często długim czasem pobierania między wycięciem tkanki a przetwarzaniem laboratoryjnym poprzez wprowadzenie wykorzystania roztworu do przechowywania w chłodni, roztworu buforowanego klinicznie stosowanego w przeszczepach narządów, który znacznie stabilizuje komórki wycinanej tkanki. Opisany tutaj protokół pokazuje również, w jaki sposób określić fenotyp komórki i zagwarantować wysoką skuteczność przeżycia komórki przy minimalnym zanieczyszczeniu krzyżowym komórek.