Aqui, apresentamos um método para eficientemente aproveitar o potencial de diferenciação cardíaca da jovens fontes de células-tronco mesenquimais humanas a fim de gerar células funcionais, contratantes, casos, como in vitro.
É necessária uma assinatura do JoVE para visualizar este conteúdo. Faça login ou inicie seu teste gratuito.
Artigo de método
* These authors contributed equally
Aqui, apresentamos um método para eficientemente aproveitar o potencial de diferenciação cardíaca da jovens fontes de células-tronco mesenquimais humanas a fim de gerar células funcionais, contratantes, casos, como in vitro.
Infarto do miocárdio e a subsequente cascata isquêmica resultam na perda extensa de cardiomyocytes, levando à insuficiência cardíaca congestiva, a principal causa de mortalidade em todo o mundo. Células-tronco mesenquimais (MSCs) são uma opção promissora das terapias baseadas em células substituir as técnicas atuais, invasivas. MSCs podem diferenciar em linhagens mesenquimais, incluindo tipos de células cardíacas, mas completa diferenciação em células funcionais ainda não foi alcançada. Métodos anteriores de diferenciação foram baseados em agentes farmacológicos ou fatores de crescimento. No entanto, estratégias mais fisiologicamente relevantes também podem habilitar o MSCs submeter-se a transformação do cardiomyogenic. Aqui, apresentamos um método de diferenciação usando MSC agregados em camadas de alimentador de casos para produzir células contratantes casos.
Cordão humano perivasculares células (HUCPVCs) foram mostradas para ter uma maior diferenciação potencial do que comumente investigados tipos MSC, tais como a medula óssea MSCs (BMSCs). Como uma fonte de ontogenetically mais jovem, nós investigamos o potencial de cardiomyogenic de HUCPVCs de (FTM) do primeiro trimestre em comparação com as fontes mais antigas. FTM HUCPVCs são uma fonte rica, romance de MSCs que retêm suas no utero immunoprivileged Propriedades quando cultivadas em vitro. Usando este protocolo de diferenciação, FTM e termo HUCPVCs alcançado cardiomyogenic significativamente maior diferenciação em relação ao BMSCs, conforme indicado pelo aumento da expressão de marcadores de casos (ou seja, miócito factor potenciador 2C, troponina cardíaca T, cardíaco miosina de cadeia pesada, α proteína reguladora de sinal e connexin 43). Eles também mantiveram significativamente mais baixa imunogenicidade, como demonstrado pela sua menor expressão de HLA-A e HLA-G maior. Aplicação de diferenciação baseada no agregado, FTM HUCPVCs mostrou maior formação de agregados potenciais e gerado contratação aglomerados de células dentro de 1 semana de co-cultura sobre camadas cardíacas alimentador, tornando-se o primeiro tipo MSC a fazê-lo.
Nossos resultados demonstram que esta estratégia de diferenciação pode efetivamente aproveitar o potencial de cardiomyogenic da jovens MSCs, tais como FTM HUCPVCs e sugere que em vitro pre-diferenciação poderia ser uma estratégia potencial para aumentar sua eficácia regenerativa em vivo.
Insuficiência cardíaca congestiva (ICC) persiste como das principais causas de morbidade e mortalidade em todo o mundo. CHF ocorre frequentemente após a perda maciça de cardiomyocytes e o desenvolvimento do tecido de cicatriz sem célula como resultado patológico de um infarto do miocárdio (MI)1. Enquanto o coração é um órgão parcialmente auto renovadora, a residente tronco progenitoras célula piscina e responsável pela execução de regeneração tecidual significativamente diminui em abundância e função em pacientes idosos, muitas vezes tornando-se insuficiente para a recuperação ideal após a lesão. Assim, há grande interesse no desenvolvimento de tratamentos experimentais que envolvem o transplante de células de doadores saudáveis para o miocárdio danificado. É imperativo que as células do doador não só restaurar a estrutura do tecido, mas também alcançar a recuperação funcional do miocárdio afetado.
O coração nativo emprega coração tecido-residente e endógenas células-tronco da medula óssea-originou para pós-lesão reparar2,3,4. Regenerativa células-host e doador derivada de iguais, deve ter a capacidade de obter o fenótipo apropriado e a função do microambiente do miocárdio remodelação, juntamente com a capacidade de forma eficiente e segura a substituir as células perdidas. Métodos de diferenciação in vitro têm sido amplamente utilizados para alcançar alta eficiência, com base em células estaminais casos produção5,6. O perfil de expressão de marcadores de linhagem cardíaca é usado para definir o processo de diferenciação de células-tronco para a linhagem cardíaca7. Início diferenciação marcadores, tais como NKX2.5, factor potenciador de miócito 2C (Mef2c) e GATA48,9, podem ser uma indicação do início do processo de cardiomyogenic. Marcadores de casos maduro, comumente usados para avaliar a eficácia de diferenciação são sinal proteína reguladora α (SIRPA)10, troponina cardíaca T (miocardite)11, cadeia pesada miosina cardíaca (MYH6)8,12,13e connexin 43 (Cx43)14,15,16. Os métodos usando células-tronco embrionárias (CES) e as células-tronco pluripotentes (EPS) foram cuidadosamente otimizados e discutidos sobre os detalhes de fatores indutivos, oxigênio e nutrientes gradientes e o momento exato da ação5,6,7,17,18. No entanto, ESC e PSC-com base em tecnologias ainda apresentam várias preocupações éticas e de segurança, juntamente com características eletrofisiológicas e imunológicos suboptimal19,20. Hosts transplantados com estas células frequentemente experimentam immunorejection e requerem imunossupressão permanente. Isto é principalmente devido ao descasamento de histocompatibilidade (MHC) as moléculas complexas no host e o doador e o resultante de resposta de células T21. Enquanto indivíduo MHC classe I de correspondência é uma solução possível, uma prática clínica mais acessível exigiria uma fonte de celular que é universalmente immunoprivileged superar a preocupação de rejeição.
Como uma fonte alternativa de células para uso em aplicações clínicas, MSCs e em particular, BMSCs, têm sido investigados para uso na regeneração de tecidos desde sua descrição inicial em 199522. MSCs são acreditados para ser residentes células regenerativas que podem ser encontradas em quase qualquer tecido vascularizado23. Após o isolamento da fonte desejada, MSCs podem facilmente ser expandidos na cultura, têm capacidade extensa parácrina e frequentemente possuem immunoprivileged ou imunomoduladores propriedades24,25. Sua segurança e eficácia já foram mostrados em diversos estudos pré-clínicos, em particular para regeneração cardíaca3,26.
Muitas estratégias de diferenciação de MSC utilizam agentes farmacológicos, tais como azacytidine 522 e DMSO27e crescimento ou fatores morphogenic, BMPs5,7,28,29 ou da angiotensina-II30, com eficiência variável. Estas estratégias, no entanto, não se baseiam os obstáculos que um celular regenerativa ingênuo é provável encontrar depois de hospedagens ou sendo entregue para o local da lesão in vivo. Estratégias mais fisiologicamente relevantes, embora mais difícil de definir e manipular, baseiam-se na premissa de que a diferenciação de MSC pode ser induzida através de sinais do microambiente do tecido em si. Estudos anteriores mostraram que a exposição à célula cardíaca lysates31 ou32,de miocárdio ventricular33, ou direto contato com cardiomyocytes primária em vitro15,34, pode aumentar a expressão dos marcadores cardíacos no MSCs. Outros demonstraram cardiomyogenesis espontânea após o tratamento de lesões cardíacas com MSCs35,36,37,38, embora em parte, a fusão de BMSCs e cardiomyocytes39,40 gerado o miocárdio nascente. A nosso conhecimento, funcionais, espontaneamente contratantes cardiomyocytes do MSCs humanas (hMSCs) de qualquer fonte de tecidos ainda não foram relatados.
O consenso atual é que todos os MSCs surgem a partir de células perivasculares23. Young MSCs com Pericito propriedades podem ser isolados da região perivascular de4342,41,do tecido humano do cordão umbilical. Em comparação com BMSCs, HUCPVCs possuem potencial maior diferenciação e várias outras vantagens regenerativas, ambos em vitro41,44 e na vivo45,46,47. Notavelmente, a fonte, sendo a interface materno-fetal, HUCPVCs têm significativamente mais baixa imunogenicidade em comparação com adultas fontes do MSCs. Nossa pesquisa centra-se na caracterização e aplicações pré-clínicas de FTM HUCPVCs, a mais nova fonte de MSCs investigados, que mostramos anteriormente ter aumentado multilineage proliferativa e maior capacidade de diferenciação, incluindo a linhagem de cardiomyogenic41.
Aqui, apresentamos um protocolo que combina a formação de agregados e camadas de alimentador primário de células cardíacas como indutivas forças para alcançar a diferenciação de cardiomyogenic completa de MSCs. agregados fornecem um ambiente 3D, que modela melhor condições em vivo em comparação com as culturas aderentes 2D. Utilizar camadas cardíacas alimentador fornece um ambiente que é representante do site do transplante final para os MSCs. Demonstramos que fontes mais jovens de MSCs isoladas de cordões umbilicais de pré ou pós-natal têm uma maior capacidade para agregados de forma e atingir o fenótipo cardíaco em comparação com BMSCs adultos, mantendo ainda o seu privilégio imunológico. Além da elevação íngreme de genes marcadores de linhagem cardíaca e a expressão induzida de intracelular (i.e., miocardite e MYH6) e as proteínas da pilha-superfície (i.e., SIRPA e Cx43) específicos para cardiomyocytes, mostramos que o potencial de diferenciação da FTM HUCPVCs pode ser aproveitado com esse método e que eles podem dar origem a contratantes espontaneamente células casos.
Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.
Todos os estudos envolvendo animais foram conduzidos e relatados de acordo com as diretrizes ARRIVE48. Todos os estudos foram realizados com aprovação do conselho de ética em pesquisa institucional (REB número 454-2011, Sunnybrook Research Institute; REB 29889, Universidade de Toronto, Toronto, Canadá). Todos os procedimentos em animais foram aprovados pelo Comitê de Cuidados com Animais da University Health Network (Toronto, Canadá), e todos os animais receberam cuidados humanitários em conformidade com o Guia para o Cuidado e Uso de Animais de Laboratório,8ª edição (National Institutes of Health 2011).
1. Cultura de tecidos
2. Preparação de Co-culturas Primárias de Cardiomiócitos de Ratos-MSC
3. Preparação de coculturas agregadas
4. Citometria de fluxo (FC) e classificação de células ativadas por fluorescência (FACS)
5. Imunocitoquímica (ICC) e Microscopia
6. Isolamento de RNA e RT-PCR quantitativo
Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.
HUCPVCs Apresentam Maior Potencial de Formação de Agregados e Níveis de Expressão de CD49f em Comparação com BMSCs:
Para induzir a diferenciação de hMSCs (ou seja, FTM HUCPVCs, HUCPVCs do termo e BMSCs), suspensões celulares únicas de MSCs indiferenciadas ou gotas suspensas contendo MSCs (Tabela 1) foram transferidas para monocamadas de cardiomiócitos primários de rato para estabelecer ...
Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.
A diferenciação cardíaca de células-tronco tem sido sob desenvolvimento por mais de 2 décadas, com várias estratégias diferentes, sendo usadas para gerar células casos de fontes MSC. Muitas destas estratégias, no entanto, são ineficientes, e as condições usadas frequentemente não são representativas do ambiente transplantada células encontro na vivo.
Em contraste com os métodos existentes, o protocolo aqui apresentado utiliza uma combinação de camadas de alimentador cardíaca primária ...
Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.
Dr. Clifford L. Librach é co-titular da patente: métodos de isolamento e o uso de células derivadas de tecido de cordão umbilical do primeiro trimestre, concedido no Canadá e Austrália.
Os autores agradecer os seguintes membros de pessoal e investigação pessoal para suas contribuições: Matthew Librach, Leila Maghen, Tanya A. Baretto, Shlomit Kenigsberg e Andrée Gauthier-Fisher. Este trabalho foi financiado pelo fundo de pesquisa The Ontário - excelência em pesquisa (ORF-RE, rodada #7) e criar programa Inc..
Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| 0,25% Trypsin / EDTA | Gibco | 25200056 | para dissociação celular |
| Alpha-MEM | Gibco | 12571071 | para meios de cultura HUCPVC e BMSC. |
| Anticorpo anti-humano/camundongo conjugado com PE CD49f | Marcador de | integrina | 313612 |
| anticorpo humano Cx43/GJA1 conjugado com FC APC | R& D Systems | FAB7737A | marcador de conexina 43 para anticorpo |
| HLA-A2 conjugado com FC FITC | Genway Biotech Inc. | GWB-66FBD2 | Marcador de imunogenicidade para |
| anticorpo anti-HLA-G [MEM-G/9] conjugado com FC FITC | Abcam | ab7904 | Marcador de imunogenicidade para |
| anticorpo anti-SIRPA / CD172a de camundongo conjugado com FC FITC | AbD Serotec / Bio-Rad | MCA2518F | Marcador cardíaco para |
| anticorpo humano TRA-1-85 / CD147 conjugado com FC APC | R & D Systems | FAB3195A | Marcador de células humanas para anticorpos |
| TRA-1-85/CD147 humanos conjugados | FITC R& D Systems | FAB3195F | Marcador de células humanas para anticorpo FC e FACS |
| Anti-conexina 43 / GJA1 | Abcam | ab11370 | Cx43. Para anticorpo |
| secundário de absorção cruzada IgG (H+L) anti-coelho de cabra ICC, Alexa Fluor 555 | Life Technologies | A-21428 | Para anticorpo ICC |
| anti-sarcomérico alfa actinina [EA-53] | Abcam | ab9465 | aSARC. Para o |
| anticorpo secundário de absorção cruzada de cadeia pesada IgM anti-rato de cabra ICC, Alexa Fluor 555 | Life Technologies | A-21426 | Para ICC |
| Mef2C (D80C1) XP anticorpo de coelho | New England BioLabs Ltd. | 5030S | Para anticorpo |
| secundário IgG (H+L) anti-coelho ICC Donkey, Alexa Fluor 488 | Life Technologies | A-21206 | Para anticorpo ICC |
| Anti-núcleos (HuNu) (clone 235-1) | EMD Millipore | MAB1281 | Para estereomicroscópio ICC |
| MZ9.5 | Leica | Para agregados de imagem. | |
| Microtubos de centrífuga de 1,5 ml | Axygen | MCT-150-C | Para coloração de MSCs com corante fluorescente. |
| ImageJ | Software de processamento de imagem de código aberto. | ||
| Aria II | Instalação BD | UHN SickKids FC. Para classificação de células. | |
| Células estromais mesequimais da medula óssea | Lonza | PT-2501 | BMSCs |
| Albumina sérica bovina | Sigma-Aldrich | A7030-100G | BSA. Para preparar soluções para ICC |
| BrdU | EMD Millipore | MAB3424 | Cuidado: BrdU é um forte teratogênico e suspeito de mutagênico. Certifique-se de um treinamento adequado e consulte o SDS antes de usar. |
| Canto II | BD | UHN SickKids FC Facility. Para citometria de fluxo. | |
| cDNA EcoDry Premix | Clontech/Takara | 639570 | Para preparação de cDNA para qPCR |
| CellTracker Green CMFDA Dye | Life Technologies | C7025 | Imagem fluorescente do citoplasma celular |
| Contador de células automatizado Countess | Invitrogen Inc. | C10227 | Para contagem de células |
| DMEM-F12 | Sigma-Aldrich | D6421 | Para meio de cultura de cardiomiócitos primários de ratos. |
| Gibco de solução salina tamponada com fosfato da Dulbecco | 10010023 | D-PBS, sem Ca2+, Mg2+ | |
| EVOS | Life Technologies | Microscópio fluorescente interno | |
| FACSCalibur | BD | Interno. Para citometria de fluxo. | |
| Soro fetal bovino (Hyclone) | GE Healthcare | SH3039603 | FBS. Componente do meio de cultura celular. |
| Sondas de qPCR IDT Prime Time | de Dados Integradas | FAM fluoróforo | http://www.idtdna.com/pages/products/gene-expression/primetime-qpcr-assays-and-primers |
| Lab Vision PermaFluor Meio de Montagem Aquosa | ThermoScientific | TA-030-FM | Para armazenamento de células a serem submetidas a ICC |
| LSR II | Instalação BD | UHN SickKids FC. Para citometria de fluxo. | |
| MoFlo Astrios | Beckman Coulter | UHN SickKids FC Instalação. Para classificação de células. | |
| Tecnologia de sinalização celular | de soro de cabra normal | 5425S | NGS. Usado na solução de bloqueio para a |
| lamínula da câmara ICC Nunc Lab-Tek II, 8 poços | Thermo Scientific Nunc | 155409 | Para preparar amostras para o |
| surfactante ICC OmniPur Triton X-100 | EMD Millipore | 9410-OP | Como um componente da solução permeabilizante ao preparar células para |
| ICC Paraformaldeído, solução a 16%, | ciências de microscopia eletrônica | 15710 | Para fixar células para ICC. |
| Penicilina/estreptomicina | Gibco | 15140122 | Componente do meio de cultura celular. |
| Primers | Sigma | Custom Standard DNA Oligos, Dessalinizado, 0.2 μ mol | CTnT_F: GGC AGC GGA AGA GGA TGC TGA A; CTnT_R: GAG GCA CCA AGT TGG GCA TGA ACG A; MYH6 F: GCA AAG TAC TGG ATG ACA CGC T; MYH6 R: GTC ATT GCT GAA ACC GAG AAT G |
| Quorum Spinning Disk Confocal | Zeiss | SickKids Imaging Facility | |
| ReproCardio Cardiomiócitos derivados de células hiPS | ReproCell | RCD001N | Controle positivo para qPCR |
| RNeasy mini kit | Qiagen | 74106 | Para isolar RNA para qPCR |
| Rotor-Gene SYBR Green PCR Kit | Qiagen | 204074 | Para qPCR com master mix |
| RPMI 1640 | Gibco | A1049101 | Para MSC, meio de cocultura de monócitos. |
| Ensaios de primer TaqMan qPCR | Thermo Fisher Scientific | 4444556 | para qPCR |
| Trypan Blue | Life Technologies | T10282 | Coloração de células para viabilidade e contagem |
| Trypsin | Gibco | 272500108 | Para dissociação celular |
| Volocidade | Perkin-Elmer | Volocidade 6.3 | Software de imagem |
| 0.2 μ filtro de poros m | Thermo Fisher Scientific | 566-0020 | Para esterilizar meios de cultura de tecidos |
| HERAcell 150i CO2 Incubadora | Thermo Fisher Scientific | 51026410 | Para incubação de células |
| Dulbecco's fosfato tamponado salino | Sigma-Aldrich | D8537 | PBS. 1X, Sem cloreto de cálcio e cloreto de magnésio |
| Fórceps | Almedic | 7727- A10-704 | Para entregar coração de rato. Pode usar qualquer fórceps semelhante. |
| Tesoura | Fine Science Tools | 14059-11 | Para picar coração de rato. Tesouras curvas recomendadas. |
| Tubo de 50 mL | BD Falcon | 352070 | Para coleta durante a coleta de cardiomiócitos e procedimentos gerais de cultura de tecidos Tubo de |
| 15 mL | BD Falcon | 352096 | Para procedimentos gerais de cultura |
| de tecidos Placas de 6 poços | Thermo Scientific Nunc | CA73520-906 | Para cultura de |
| tecidos Placas de cultura de tecidos de 10 cm | Corning | 25382-428 | Para formação de agregados |
| Microscópio Axiovert 40C | Zeiss | Para imagens de campo claro através da cultura de tecidos e do resto do protocolo | |
| 70 μ filtro de células m | Fisherbrand | 22363548 | Para garantir uma suspensão de célula única antes da citometria de fluxo ou classificação |
| Triton X-100 | EMD Millipore | 9410-1L | Usado na solução de permeabilização para ICC |
| Hoechst 33342 | Thermo Fisher Scientific | H1399 | Mancha usada durante a visualização da localização Cx43 |
Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.