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Bioengineering

Paragonabile decellularizzazione degli espianti di tessuto cardiaco fetali ed adulti come 3D-come le piattaforme per studi In Vitro

Published: March 21, 2019 doi: 10.3791/56924

ERRATUM NOTICE

Summary

Cardiaca matrice extracellulare (ECM) è una complessa rete di molecole che orchestrano processi chiave in tessuti e organi pur sopportando fisiologico rimodellamento per tutta la vita. Decellularizzazione standardizzata dei cuori fetali ed adulti permette studi comparativi sperimentali di entrambi i tessuti in un contesto 3D mediante l'acquisizione di architettura nativa e proprietà biomeccaniche.

Abstract

Conoscenze attuali della matrice extracellulare (ECM)-comunicazione cellulare si traduce in studi di grande bidimensionale (2D) coltura in vitro dove componenti dell'ECM sono presentati come un rivestimento superficiale. Questi sistemi di cultura costituiscano una semplificazione della natura complessa del tessuto ECM che racchiude la composizione biochimica, struttura e proprietà meccaniche. Per meglio emulare la comunicazione ECM-cellula che modella il microambiente cardiaco, abbiamo sviluppato un protocollo che consente di decellularizzazione del cuore intero fetale e tessuto adulto ventricolo sinistro espianti simultaneamente per studi comparativi. Il protocollo combina l'uso di un buffer ipotonico, un detergente di proprietà di tensioattivo anionico e trattamento della dnasi senza alcun requisito per competenze specialistiche o attrezzature. L'applicazione della stessa strategia di decellularizzazione attraverso campioni di tessuto da soggetti di età diverse è un approccio alternativo per eseguire studi comparativi. Il presente protocollo permette l'identificazione delle differenze strutturali uniche attraverso fetali ed adulte cardiaco ECM mesh e biologico delle risposte cellulari. Inoltre, la presente metodologia viene illustrata un'applicazione più ampia essere applicata con successo in altri tessuti e specie con piccoli aggiustamenti, come ad esempio nelle biopsie dell'intestino umane e polmone del topo.

Introduction

La matrice extracellulare (ECM) è una rete dinamica di molecole che regolano importanti processi cellulari, vale a dire destino-decisione, proliferazione e differenziazione di1,2. L'indagine sulle interazioni cellula-ECM è stata eseguita principalmente in bidimensionale (2D) in vitro culture rivestito con componenti della MEC, che costituiscono una semplificazione di nativo ECM oggetti trovati in vivo. Decellularizzazione genera acellulare 3D-come ECM bioscaffolds che conservano in gran parte l'architettura extracellulare e la composizione dei tessuti e organi3,4. Oltre a servire come scaffold bioattivi per ingegneria tissutale, decellularizzati biomateriali di ECM 3D stanno emergendo come romanzo piattaforme per valutare la biologia delle cellule-ECM quello parallelo dell'ambiente in vivo.

Valutazione del ruolo del differenziale dei componenti ECM di diversi tessuti, organi ed età potranno beneficiare con l'uso di protocolli simili di generare bioscaffolds nativo. Nel cuore, abbiamo sviluppato un protocollo versatile per decellularizzazione di campioni fetali e adulto-derivati, come metodo alternativo per eseguire studi comparativi del microambiente dell'organo. Utilizzando questa metodologia, abbiamo catturato il microambiente cardiaco nativo e ha mostrato che l'ECM fetale promuove rendimenti più elevati di ripopolazione di cellule cardiache5. Decellularizzazione fornito ulteriormente l'identificazione delle differenze strutturali residente tra ECM fetali ed adulti al livello del seminterrato lamina e pericellulari arrangiamento di maglia matrice e fibra composizione5. Prima di iniziare questo lavoro, confronto testa a testa dei tessuti nelle diverse fasi ontogenic utilizzando lo stesso approccio di decellularizzazione è stata segnalata solo per roditori cuori e reni di scimmia rhesus. Inoltre, un numero limitato di studi segnala tessuto/organo fetale decellularizzazione per sé5,6,7. Questo è stato realizzato usando SDS come agente unico decellularizzati; Tuttavia, le concentrazioni di SDS distinte sono state utilizzate per decellularizzazione di tessuto cardiaco fetali ed adulti7,8. SDS è uno dei più efficaci detergenti ionici per lo sdoganamento di citoplasmatici e nucleari e ampiamente usato in decellularizzazione di diversi tessuti e campioni9,10. Soluzioni contenenti alte concentrazioni di SDS e lunghi periodi di esposizione sono stati correlati con denaturazione proteica, perdita di glicosaminoglicani (gag) e la rottura del collagene fibrille10,11e quindi un equilibrio tra rimozione di conservazione e delle cellule di ECM è necessario. Per applicare la stessa procedura al tessuto del cuore fetale e adulto, il protocollo descritto nel presente documento è diviso in tre fasi sequenziali: lisi della cellula da shock osmotico (tampone ipotonico); solubilizzazione delle interazioni lipido-proteina, DNA-proteina e proteina-proteina (0,2% SDS); e rimozione di materiale nucleare (trattamento della dnasi).

Nostro protocollo presenta diversi vantaggi: i) la possibilità di decellularizzazione equivalente di età-specifici tessuti cardiaci applicando la stessa strategia di decellularizzazione; II) nessun requisito per metodi specializzati o attrezzature; III) pronto adattamento ad altri tessuti e specie come è stato applicato con successo con alterazioni minori in biopsie dell'intestino umano12 e mouse polmone13; e, soprattutto, iv) può indirizzare le proprietà biomeccaniche ECM consentendo il montaggio di colture organotipiche di tipo 3D che più strettamente imitare le caratteristiche molecolari del microambiente tissutale nativa.

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Protocol

Tutte le metodologie descritte sono state approvate dalla i3S Comitato di etica animale e Direção Geral de Veterinária (DGAV) e sono in conformità con il Parlamento europeo direttiva 2010/63/UE.

1. preparazione delle soluzioni di decellularizzazione

Nota: Decellularizzazione tutte le soluzioni dovrebbero essere filtrate attraverso un filtro a membrana 0.22 μm e conservati per un massimo di 3 mesi, salvo specificato diversamente.

  1. Per 1x PBS: Mix 8 g di NaCl, 1,01 g di Na2HPO4 200 mg di KCl e 200 mg di KH2PO4 con 900 mL di acqua deionizzata (acqua deionizzata). Regolare la soluzione pH a 7,5 e il volume di soluzione finale fino a 1 L. filtro, autoclave e store la soluzione a temperatura ambiente (TA).
  2. Per Buffer ipotonico (10 mM Tris, 0.1% EDTA): sciogliere 1,21 g di TrisBASE e 1g di EDTA in 900 mL di acqua deionizzata. Regolare il pH della soluzione a 7,8 con NaOH/HCl e il volume di soluzione finale per 1 L. filtro, sterilizzare in autoclave e archiviare a TA.
  3. Per la soluzione di 0,2% SDS (0,2% SDS, 10 mM Tris): aggiungere 0,6 g di TrisBASE e 1 g di sodio dodecil solfato (SDS) in 400 mL di acqua deionizzata e mescolare a 60 ° C fino al completo scioglimento soluto. Lasciate che la soluzione di raffreddarsi per RT. Adjust soluzione pH a 7,8 e il volume di soluzione finale a 500 mL. Sterilizzare la soluzione per filtrazione.
    Nota: La soluzione di SDS deve essere preparata prima dell'uso. Filtro soluzione solo dopo completa dissoluzione di SDS, altrimenti le particelle insolubili SDS saturerà il filtro, cambiando la concentrazione finale di SDS e di conseguenza che influenzano l'efficienza di decellularizzazione di tessuto.
  4. Per il tampone ipotonico (10 mM Tris): Mix 1,21 g di TrisBASE in 900 mL di acqua. Regolare il pH della soluzione a 7,8 e il volume finale di 1 L. filtro, sterilizzare in autoclave e memorizzare a TA.
  5. Per il trattamento della dnasi (20 mM Tris, 2 mM MgCl2, 50 U/mL DNasi): sciogliere 2,42 g di TrisBASE e 2 mL di 1 M MgCl2 in 900 mL di acqua deionizzata. Regolare il pH a 7,8 e il volume di soluzione finale per 1 L. filtro e sterilizzare la soluzione in autoclave. Conservare la soluzione a RT. aggiungere dnasi I (50 U/mL) prima dell'uso.
  6. Per dnasi stock soluzione: preparare un tampone di dnasi contenente glicerolo al 50%, 20 mM Tris-HCl a pH 7.5, 1 mM MgCl2e regolare a un volume di soluzione finale di 10 mL con acqua deionizzata. In una cappa a flusso laminare, aggiungere la dnasi I polvere nel buffer di DNasi e mescolare delicatamente fino al completo scioglimento. Sterilizzare la soluzione attraverso un filtro di 0,22 μm. Aliquote di 1ml di preparare e conservare a-20 ° C.

2. tessuto raccolta e crioconservazione

  1. Eutanasia adulte femmine gravide a 18 giorni di gestazione (E18 feti) via CO2 asfissia. Eseguire un taglio cesareo nelle femmine con una forbice chirurgica e raccogliere i corni uterini cuscinetto topi fetali di una capsula di Petri con PBS 1X ghiacciata con due pinzette seghettate con punte curve (una pinzetta a ciascuna estremità del corno).
    1. Aprire i corni uterini e il sacco amniotico per isolare i feti. Trasferire i feti una nuova capsula Petri con PBS 1X ghiacciata per anestetizzare li e decapita con una forbice.
    2. Eutanasia topi maschii C57BL/6-7-8 settimane vecchio usando CO2 asfissia. Eseguire un'incisione su ogni petto di mouse e raccogliere il cuore.
    3. Risciacquare brevemente cuori fetali ed adulti con PBS 1X freddo di ghiaccio.
  2. Rimuovere gli atrii del cuore adulto con l'aiuto di un bisturi. Eseguire un'incisione il ventricolo di destra e rimuoverlo utilizzando direttamente piccole forbici. Esporre la parete interna del ventricolo sinistro mediante la rimozione del setto. In un nuovo piatto di Petri, dividere il libero-parete del ventricolo sinistro in strisce longitudinali con 2 mm di spessore e rimuovere il muscolo papillare usando un bisturi e pinzette seghettate con punte curve.
    1. Accise espianti piccolo tessuto con l'aiuto di un bisturi utilizzando una griglia di 2 x 2 mm (descrizione dettagliata supplementare 1 di figura5). Risciacquare brevemente espianti di tessuto con PBS 1X.
  3. Aggiungi ~ 250 µ l della temperatura ottimale di taglio (OCT) composta per provette per microcentrifuga da 1,5 mL sterilizzato nell'autoclave. Trasferire tutto fetali cuori ed espianti cardiaci adulti ai tubi con 250 µ l di OCT e congelarli con isopentano raffreddato a ghiaccio secco e conservare a-80 ° C (per un massimo di 6 mesi).
    Nota: È possibile che l'uso di espianti di tessuto cardiaco crioconservati per più di 6 mesi ridurrà significativamente l'efficienza di decellularizzazione, soprattutto in espianti di tessuto del cuore adulto.

3. decellularizzazione tessuto

Nota: Decellularizzazione di tessuto cardiaco viene eseguita in una piastra di coltura del tessuto 24 pozzetti con un campione per pozzetto. 1 mL di ciascuna soluzione di decellularizzazione viene aggiunto ad ogni singolo bene. Tutti decellularizzazione procedura deve essere eseguita con agitazione a 165 giri/min (Agitatore incubatore orbitale di diametro di 20 mm) e a 25 ° C, se non specificato diversamente. Per maggiori dettagli, si prega di consultare lo schema nella Figura 1A. Amfotericina B (per esempio fungizone) e gentamicina sono appena aggiunto a tutte le soluzioni di decellularizzazione prima dell'uso per una concentrazione finale di 2,5 μg/mL e 0,01 μg/mL, rispettivamente. Per quantificare la quantità di DNA conservato all'interno di tessuti decellularizzati, le esigenze di massa del campione deve essere determinato prima di iniziare il protocollo di decellularizzazione. Il protocollo di quantificazione del DNA è ulteriormente dettagliati nel paragrafo 5.1.

  1. 1 ° GIORNO
    1. Rimuovere i campioni di tessuto dal congelatore-80 ° C. Lasciare il 1,5 mL microcentrifuga RT fino a OCT diventa parzialmente fuso. Trasferimento del blocco di tessuto cardiaco di personalizzazione di Office ancora congelati in una capsula di Petri con PBS 1X.
    2. Dopo l'OCT si scioglie, spostare il tessuto cardiaco una nuova capsula Petri con PBS 1X. Campioni di lavaggio in 1X PBS e a 60 rpm con un agitatore per 10-15 minuti ripetere almeno due volte.
    3. Aggiungere 1 mL di lavoro Buffer ipotonico per pozzetto di una piastra a 24 pozzetti sterili per coltura. Trasferire un campione per bene con l'aiuto di pinze.
    4. Spostare la piastra di coltura del tessuto 24 pozzetti con i campioni in un agitatore incubatore a 25 ° C e iniziare l'incubazione di 18 h con Buffer ipotonico.
  2. 2 ° GIORNO
    1. Preparare la soluzione di SDS di 0,2% come descritto nella sezione 1.3.
    2. Aspirare il Buffer ipotonico e lavare i campioni con PBS 1X per volte di 1 h. 3 ripetere.
      Nota: Punto di pausa: tessuto sotto decellularizzazione possa essere tenuto in 1X PBS a 4 ° C per 18 h in condizioni statiche.
    3. Rimuovere il PBS 1X, aggiungere 1 mL di soluzione SDS appena fatte (punto 1.3) ogni pozzetto e incubare i campioni per 24 h.
      Nota: Incubazione SDS Post (CHECK POINT), assicurarsi che i campioni mostrare un bianco di aspetto traslucido. A questo punto, SDS trattati campioni sono inzuppati nel DNA, mostrando una gelatina-come consistenza. Rimuovere la soluzione di SDS lentamente per evitare l'adesione del campione per la punta della pipetta.
  3. 3 ° GIORNO
    1. Lavare i campioni con tampone ipotonico lavare (1 mL per pozzetto) per 20 min., ripetere 3 volte.
      Nota: In questa fase, è normale osservare una diminuzione della dimensione del campione a causa della rimozione dei resti delle cellule. PUNTO di pausa: Tessuto sotto decellularizzazione può mantenersi nel tampone di lavaggio ipotonica a 4 ° C per 18 h in condizioni statiche.
    2. Aggiungere 1 mL di soluzione per il trattamento della dnasi per pozzetto e incubare i campioni per 3 h a 37 ° C.
    3. Aspirare la soluzione di trattamento della dnasi e lavare i campioni con PBS 1X (1 mL per pozzetto) per 20 min., ripetere 3 volte. Eseguire un lavaggio finale con PBS 1X (1 mL per pozzetto) durante la notte a RT e scuotendo a 60 giri/min.
    4. (Check point) Dopo il trattamento della dnasi, garantire che i campioni decellularizzati hanno perso la consistenza gelatina.
      Nota: Dopo il trattamento della dnasi, rimuovere e aggiungere 1X PBS delicatamente dal campioni possono essere facilmente intrappolati e attaccati per la punta della pipetta.

4. valutazione di rimozione delle cellule dei tessuti decellularizzati

  1. Difficoltà i campioni in una piastra di coltura del tessuto 24 pozzetti, 1 campione per pozzetto, aggiungendo 1 mL di appena fatte Formalina 10% neutra tampone con eosina acquosa 0,03% per 2.5-3 h a TA.
    Nota: Eosina viene aggiunto il fissativo per macchiare il tessuto decellularizzato e per facilitare la visualizzazione del campione durante il sezionamento e la macchiatura istologici. L'aggiunta di eosina che né interferisce con le macchie istologiche né con tecniche di immunofluorescenza. In alternativa, la fissazione può essere eseguita durante la notte a 4 ° C.
  2. Rimuovere la soluzione fissante e aggiungere 1 mL di PBS 1X per lavare il campione.
  3. Incapsulare il bioscaffolds fisso in elaborazione di istologia gel utilizzando uno stampo di esemplare di vinile monouso secondo le istruzioni del produttore.
  4. Con il campione incorporato dalla muffa e trasferimento a biopsia elaborazione/Embedding cassette con coperchio, rimuovere il gel di istologia.
    Nota: Un'alternativa al tessuto incorporamento in istologia e gel di elaborazione è per elaborare ciascun campione in due spugne di biopsia con pori piccoli. I campioni devono essere localizzati al centro delle spugne biopsia per attivare il rilevamento. Di nota, alcuni campioni possono essere difficili da localizzare utilizzando questo approccio.
  5. Trattare i campioni per paraffina incorporamento attraverso successive incubazioni (30 min per ogni soluzione) in serie di concentrazioni di alcool (70%, 80%, 90%, 100%, 100%), soluzione di isoparaffina idrocarburo alifatico (2 stazioni di incubazione) e paraffina (incubazione 2 stazioni) a 56 ° C.
  6. Montare i campioni in un blocco di paraffina.
  7. Tagliare 3 μm di spessore paraffina sezioni su un microtomo e raccogliere le sezioni su vetrini microscopio.
  8. Sezioni della paraffina asciutto durante la notte a 37 ° C.
    Nota: Sezioni di paraffina (pausa punto) vengono memorizzate a 4 ° C fino all'utilizzo ulteriore.
  9. Per verificare l'efficienza del protocollo, eseguire ematossilina ed eosina (H & E) e Trichrome di Masson (MT) di colorazione delle sezioni decellularizzati campione e alle sezioni di tessuto non manipolati secondo le istruzioni del produttore.
    Nota: H & E macchie di colorazione delle cellule i nuclei blu/viola, citoplasma rosa/rosso scuro e collagene pallido rosa e MT macchie nuclei neri, rosso, citoplasma e collagene e mucina blu. Decellularizzazione efficiente è raggiunto quando un rosa chiaro poroso (H & E, MT) e blu della rete (MT) è osservato, in assenza di una macchia nucleare.

5. valutazione dell'asportazione di materiale nucleare decellularizzati tessuto

Nota: La quantificazione del contenuto di DNA sul tessuto decellularizzato deve essere eseguita in confronto il rispettivo tessuto non manipolato.

  1. Prima di decellularizzazione, pesare una microcentrifuga da 1,5 mL su una bilancia digitale di alta precisione. Trasferire il tessuto cardiaco al tubo, rimuovere l'importo supplementare di PBS 1X e pesare il tubo con i campioni. Calcolare il peso bagnato dei campioni:
    Peso bagnato del campione = peso tubo con campioni – peso tubo vuoto
  2. Decellularize i campioni come descritto nel passaggio 3.
  3. Dopo decellularizzazione, raccogliere i tessuti decellularizzati in una microcentrifuga.
    1. Grazie alle piccole dimensioni e massa dei singoli campioni cardiaci e kit specifiche, piscina decellularizzazione tessuti di ciascuna condizione di campione (cuore fetale: 5 cuori interi; adulto LV espianti: 15 espianti). Eseguire la stessa procedura con il tessuto non manipolato.
      Nota: (Punto di pausa) i campioni possono essere conservati a-20 ° C fino a DNA estrazione e quantificazione vengono eseguite.
  4. Tagliare non manipolato e decellularized tessuti in piccoli espianti con l'aiuto di un bisturi in una capsula Petri pulita.
    Nota: Utilizzare un bisturi individuali e capsula di Petri per ogni campione. Rottura meccanica dei campioni con un bisturi facilita la loro digestione enzimatica posteriore e la successiva estrazione del DNA.
  5. Per l'estrazione del DNA, utilizzare un metodo di estrazione del DNA di spin-colonna basata secondo le istruzioni del produttore.
    1. Raccogliere i campioni meccanicamente dissociati dalla capsula di Petri con il buffer di digestione master (buffer di digestione e proteinasi K) secondo le istruzioni del produttore utilizzando un puntale ampia orifizio.
      Nota: Lisi del tessuto con proteinasi K digestione sono più veloce nei campioni decellularizzati. Per elaborare i campioni distinti allo stesso tempo, mantenere i campioni lisati sul ghiaccio, fino a quando tutti i campioni vengono lisati per minimizzare la degradazione. Esempi completi Lisi viene raggiunto tra 4-6 h.
    2. Procedere con il protocollo secondo le istruzioni del produttore.
    3. Per aumentare le rese di DNA Estratto del campionario tessuti decellularizzati e non-decellularized, eluire il DNA il 25-50 μL e 100 μL di tampone di eluizione, rispettivamente. Raccogliere il DNA eluito e caricare la spin-colonna. Incubare per 1 min a RT. Centrifugare i campioni secondo le istruzioni del produttore.
      Nota: (Pausa punto) il DNA estratto dai campioni può essere conservare a-20 ° C fino a ulteriore uso.
  6. Quantificare il DNA estratto dai campioni con un kit di rilevazione fluorescente dsDNA seguendo le istruzioni del produttore.
  7. Normalizzare il contenuto di DNA come nanogrammi di DNA per milligrammo di peso bagnato di campione iniziale (prima di decellularizzazione).

6. semina di cellulare decellularizzati ponteggi

Nota: Tutte le soluzioni/reagenti devono essere sterili e l'intera procedura effettuata alle condizioni di sterilità.

  1. Preparare 1 x DPBS 2,5 μg/ml di amfotericina B e 1% di P/S (penicillina, 100 U.I.; streptomicina 100 µ g/mL).
  2. Rimuovere la soluzione di PBS 1X dall'ultimo passaggio di lavaggio di decellularizzazione (punto 3.3.3) e aggiungere 500 μL per pozzetto del preparata 1 x DPBS/2,5 μg/mL di soluzione di amfotericina B/1% P/S. Conservare i campioni a 4 ° C da 1-7 giorni.
    Nota: La conservazione di campioni a 4 ° C è importante per mantenere la sterilità.
  3. Aggiungi P/S alla cella media basale (senza FBS e integratori) a una concentrazione finale dell'1%.
  4. 1 x DPBS/2,5 μg/mL di soluzione B/1% P/S di anfotericina dai campioni di decellularizzazione di aspirare. Aggiungere 500 μL per pozzetto di cellula basale media/1% P/S e lasciare che i campioni equilibrare per 1h a 37 ° C, o a 4 ° C per più di 1 h.
  5. Dividere le celle di interesse e preparare piccole aliquote delle cellule presso la densità cellulare desiderato.
    Nota: La semina di decellularizzazione tessuto deve essere eseguita sotto un microscopio stereoscopico e in condizioni di sterilità. Terreni di coltura delle cellule deve contenere 1% P/S.
  6. Aggiungere 3-4 μL di DPBS al centro di un pozzetto di una piastra a 96 pozzetti. Con una pinzetta sottile e diritta, trasferire i ponteggi decellularizzati alla goccia DPBS, rimuovere il DPBS supplementare dall'aspirazione e assicurarsi che il campione non è piegato o rugoso. Lascia che diventi secco ai bordi di aderire alla superficie del bene.
    Nota: Ponteggi Detached hanno minore efficienza di semina.
  7. Aggiungere celle al patibolo pipettando la cella singola soluzione lentamente contro i bordi del pozzo.
    Nota: ad esempio, cardiomiociti neonatali del ratto sono seminati con una densità di 7.500 cellule/mm2 e mouse immortalizzato Lin Sca-1+ cardiaco del progenitor (iCPCSca-1) ad una densità di 60-1.500 cellule/mm2. Regolare la densità delle cellule secondo la logica sperimentale.
  8. Aggiungere DPBS pozzetti adiacenti per evitare l'evaporazione veloce media.
  9. 24 ore post semina delle cellule, se il tipo di cella utilizzato rispettate le lastre di polistirene di coltura tissutale (TCPS), trasferimento bioscaffolds a un nuovo pozzo. In caso contrario, sostituire il mezzo per rimuovere cellule non aderenti.
  10. Modificare attentamente i media secondo i requisiti specifici del tipo di cella.

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Representative Results

L'efficienza di decellularizzazione dovrebbe essere valutato attraverso tre principali tecniche: osservazione macroscopica, istologia e quantificazione del DNA. L'apparenza macroscopica del trattamento post-SDS campioni colpisce indirettamente l'efficacia di rimozione delle cellule. Dopo l'incubazione di SDS, campioni dovrebbero apparire come traslucidi al biancastro (Figura 1). Fetale (E18) decellularizzazione tessuti sono caratterizzati da una struttura altamente traslucida mentre espianti adulti hanno un aspetto bianco traslucido. Un aspetto più bianco è generalmente correlato a una rete di ECM espositrici fibra superiore e il contenuto di collagene, per esempio l'adulti ventricolari e vascolari vasi ECM in rete (Figura 1). Ematossilina ed eosina (H & E) e/o le macchie di Masson tricromica (MT) vengono eseguite per confermare la rimozione efficiente delle cellule tramite l'osservazione di una mesh porosa (rosa chiaro, H & E; rosa chiaro e blu, MT) (Figura 1). Inoltre, la macchia di MT mette in evidenza il reticolo di collagene in blu5. Clearance di materiale nucleare dopo decellularizzazione avviene mediante quantificazione del DNA e una riduzione di circa il 99,8% è generalmente ottenuti, rispetto ai tessuti non manipolato (Figura 1). La presenza di materiale nucleare su impalcature di decellularizzazione è stata descritta come un innesco della risposta infiammatoria indesiderato su impianto14. Per questo motivo, la conferma di decellularizzazione efficiente è essenziale prima di esperimenti di ripopolamento di ponteggi 3D nativo. Decellularizzati impalcature possono essere conservate in condizioni di sterilità fino la semina con le celle di interesse. Attuabilità delle cellule è monitorata durante la coltura in vitro di calceina macchiatura (Figura 2A). Tuttavia, la macchia di calceina può essere citotossico ai tipi cellulari sensibili. Analisi terminale di ripopolamento cellulare e distribuzione attraverso impalcature è eseguita post-paraffina trattamento; un'istantanea del ripopolamento di bioscaffold valutato da H & E che macchia a una sezione centrale della bioscaffolds è mostrata (fig. 2B, 2C).

Figure 1
Figura 1. Fetale (E18) e procedura di decellularizzazione di tessuto cardiaco adulto e conferma dell'efficienza di decellularizzazione. Panoramica del protocollo (A) . (B) protocollo di decellularizzazione dettagliato. (C) analisi macroscopiche del tessuto cardiaco feto ed adulto prima e dopo decellularizzati. Barra della scala: 2 mm. (D) quantificazione delle materie nucleari in decellularized rispetto al tessuto non manipolato. Dati espressi come media ± test t di Student SEM.-, due code * p < 0.05. (E) H & E e di Masson tricromica analisi istologica del tessuto cardiaco feto ed adulto prima e dopo decellularizzati. Barra della scala: 100 μm. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 2
Nella figura 2. Analisi di ripopolamento delle impalcature decellularizzate seeding con linea di cellule progenitrici cardiache Lin - Sca-1+ (iCPCSca-1). (A) alta attuabilità osservato alla superficie di impalcature durante la coltura in vitro di calceina macchia (verde). Barra della scala: 100 μm. (B) numero e distribuzione delle cellule attraverso impalcature valutate tramite colorazione H & E. Barra della scala: 100 μm. (C) vista ortogonale delle cellule incastonato in ECM decellularizzati. Immagine confocale di paraffina 50μm spessore sezione. Barra della scala: 10 μm (vista ortogonale XZ, YZ) e 40 μm. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Passo Osservazione Motivo possibile Problema Soluzione
3.1.2. Tessuto con un colore brunastro Campione cryofixation; temperatura di congelamento instabile Campione cryofixation porterà a inefficiente rimozione di proteine citoplasmatiche Conservare il tessuto congelato durante i periodi più brevi. Verifica stabilità e temperatura del congelatore
3.2.4. Campioni opachi bianco-rosa Soluzione di SDS non era ben preparato; adulti espianti di LV troppo grande Inefficiente rimozione di proteine citoplasmatiche Garantire la completa dissoluzione di SDS. Decellularize campioni di dimensioni più piccole.
3.3.4. Campioni con una gelatina-come l'apparenza Inefficiente rimozione del DNA Spazio di materiale nucleare inefficiente Aumentare il tempo di concentrazione e/o incubazione di dnasi.
4.6. Compattazione di gel di istologia Lunghi tempi di attesa in PBS1X/etanolo prima dell'elaborazione di paraffina Alterazione della struttura dei tessuti decellularizzati Avviare istologico elaborazione appena possibile
6.6. Campioni di decellularizzazione secchi Campioni sono stati lasciati ad per asciugare per troppo tempo Permanente collasso dei tessuti decellularizzati. Semina cellulare inefficiente Permetta che i campioni leggermente asciutto solo in periferia al fine di diventare attaccato al fondo del pozzo durante la semina
6.7. Distacco di decellularizzazione campione durante la semina Campioni non erano sufficienti essiccato prima della semina Semina cellulare inefficiente Aumentare il tempo di asciugatura di ECM per consentire la migliore aderenza prima della semina cellulare

Tabella 1. Tabella di risoluzione dei problemi per parallelo decellularizzazione di fetale (E18) e del tessuto cardiaco di topo adulto.

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Discussion

La matrice extracellulare (ECM) è un reticolo altamente dinamico e complesso delle glicoproteine fibrose e adesivi, costituito da un serbatoio di numerosi peptidi bioattivi e fattori di crescita intrappolati. Come il modulatore principale di adesione delle cellule, dinamica del citoscheletro, motilità/migrazione, proliferazione, differenziazione e apoptosi, ECM regola attivamente comportamento e funzione cellulare. Sapendo che il comportamento cellulare è diverso nelle culture 2D e 3D, ci sono stati gli sforzi per sviluppare modelli di romanzo organotipiche che possono riprodurre accuratamente gli ambienti naturali del tessuto. Negli ultimi anni, decellularizzazione di tessuto è emerso come una tecnica alternativa per la medicina rigenerativa e ingegneria dei tessuti. Pertanto, tessuti ed organi decellularizzati sono attualmente lo strumento di scelta per meglio dissecare tessuto-specifici parametri microambientali (biochimici, strutturali e meccanici) e l'attività biologica in vitro e in vivo.

Abbiamo sviluppato un protocollo che combina l'uso di un tampone ipotonico con un detergente di proprietà di tensioattivo anionico seguita da un trattamento di dnasi5,12,13. Il presente protocollo costituisce un metodo semplice e riproducibile per eseguire analisi comparativa tra tessuto cardiaco decellularizzati mouse fetali ed adulti. La nostra esperienza con altri tessuti, vale a dire con campioni di tumore derivati da resezioni chirurgiche dei malati di cancro e tessuto polmonare del mouse, dimostra che questo protocollo è facilmente adattabile e di successo in altre condizioni e modelli12,13. L'applicazione della stessa procedura decellularizzazione su diversi campioni permette studi comparativi della composizione ECM, proprietà biomeccaniche, architettura e proprietà modulatoria cellulari in un contesto 3D.

Una delle sfide più difficili di decellularizzazione di tessuto è l'equilibrio tra la rimozione delle cellule definitive, ECM trabecolato conservazione e biocompatibilità del tessuto. Quindi, diversi passaggi critici devono essere attentamente considerato, quali il tempo di crioconservazione di tessuto prima di decellularizzazione, la dimensione corretta espianto, l'uso di soluzioni fresche e la manipolazione del tessuto decellularizzato finale. Durante i nostri studi, abbiamo osservato una correlazione diretta tra il lungo periodo di conservazione del tessuto crioconservato e l'uso di lunga data SDS soluzioni con inefficienza decellularizzati. Stoccaggio a lungo termine del tessuto conduce ai resti di rendering inefficiente rimozione del contenuto cellulare di spessore zone cellulari (senza nuclei) tra il complesso reticolo di ECM. Un simile effetto indesiderabile è raggiunto quando lunga stored SDS soluzioni sono utilizzate per decellularizzazione di tessuto, probabilmente perché le soluzioni SDS hanno una stabilità breve a causa della ridotta solubilità, idrolisi e le alterazioni del pH sopra tempo15,16 . L'uso di espianti di dimensioni corrette (~1.5 x 1,5 x 1,5 mm) è inoltre essenziale per decellularizzazione successo tessuto adulto, poiché le resezioni di tessuto più grandi sono più difficili da decellularize, visualizzati da detriti cellulari intrappolate sulla superficie e arrestato tra la fitta rete di ECM. Anche se questo protocollo fornisce un metodo efficiente di decellularizzazione di tessuto cardiaco, una frazione secondaria di espianti adulti può presentare i resti delle cellule, in particolare quelli di dimensioni maggiori. L'analisi istologica di questi campioni facilita la loro identificazione e la conseguente esclusione dallo studio. In definitiva, il protocollo di questo documento è versatile e facilmente applicabili agli esemplari distinti con piccoli aggiustamenti per l'espianto di dimensione del tessuto, concentrazione di SDS (0.1-0.2% SDS) o soluzione incubazione tempo5,12,13 .

La limitazione principale di questo metodo è che la manipolazione di campioni di piccole dimensioni, cioè cuore fetale murino e cuore adulto espianti, richiede alcune competenze di gestione. Infatti, sia fetali ed adulti decellularizzazione tessuti sono strutture delicate che possono essere permanentemente deformate quando secca durante la procedura o intrappolato dalla punta della pipetta sottile o durante la manipolazione con forcipe5.

La principale novità di questo protocollo, oltre il parallelo decellularizzazione di cuore fetale del topo e ventricolo sinistro adulto espianti per valutazione comparativa della composizione di ECM (analisi biomeccaniche) e funzione biologica associata, è la sua semplice Traduzione a distinti tessuti e modelli5,12,13. Il decellularizzazione dei tessuti di età distinte applicando la metodologia standardizzata è stata descritta solo sul rene di scimmia rhesus e le sezioni trasversale dei tessuti fetali, neonatali e adulti, che sono stati sottoposti ad un trattamento di SDS 1% per 10 giorni6 . In un ambiente cardiaco, anche se fetale, neonatali e adulti di tessuti sono stati decellularized, i metodi differivano dal grado di sloggiare meccanico, SDS concentrazioni e tempi di applicazione7,8. Come ogni procedura di decellularizzazione colpisce l'ECM in una maniera unica, il confronto di decellularizzazione campioni ottenuti da diversi protocolli può portare a conclusioni fuorvianti. Quindi, applicare la stessa procedura di decellularizzazione attraverso diversi campioni consente analisi comparativa affidabile.

La grande maggioranza dei tessuti decellularizzati commercialmente disponibili deriva da esemplari adulti17. Nonostante il crescente riconoscimento per una maggiore capacità di microambienti fetale nel fornire segnali pro-rigenerativa rispetto alle loro controparti adulte, decellularizzazione di tessuti fetali è stato segnalato soltanto in pochi studi5, 7 , 18 , 19 , 20 , 21. dinamica della comprensione ECM durante il processo di invecchiamento sarà cruciale per identificare le caratteristiche uniche di microambienti pro-rigenerativa che, a sua volta, avrà un impatto lo sviluppo di efficienza superiore a materiali biomimetici.

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Disclosures

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

Acknowledgments

Gli autori sono in debito con tutti i membri del laboratorio di Pinto--Ó per discussione critica pertinente. Questo lavoro è stato supportato da MIT-Fundação Programa para Ciência e Tecnologia (FCT) nell'ambito del progetto "CARDIOSTEM-Engineered tessuti cardiaci e terapie basate sulle cellule staminali per applicazioni cardiovascolari" (MITP-TB/ECE/0013/2013). A.c.s. è un destinatario di una borsa di studio FCT [SFRH/BD/88780/2012] e M.J.O. è un collega di FCT (FCT-investigatore 2012).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Equipment
Incubated Benchtop Shaker Orbital Shakers IKA:3510001 Recommended
Fluorimeter - - Equipment available
Digital weight scale - - Equipment available
Inverted Microscope - - Equipment available
Cell culture incubator - - Equipment available
Fridge (4ºC) - - Equipment available
Deep freezer (-80ºC) - - Equipment available
Microtome - - Equipment available
Cirurgical Instruments
Vannas Spring Scissors - 2.5mm Cutting Edge Fine Science Tools 5000-08 Recommended
Dumont 5 Fine Forceps - Biologie/Inox Fine Science Tools 11254-20 Recommended
Dumont 7 forceps Fine Science Tools 11272-30 Recommended
Dissecting Scissors, straight - - Tool available
Forceps, serrated, curved - - Tool available
Materials
24 well plates, individually wrapped VWR 29442-044 -
96 well plates, individually wrapped VWR 71000-078 -
Steriflip-GV, 0.22µm, PVDF, Radio-Sterilized Millipore SE1M179M6 -
Eppendorff - - Material available
15 mL Falcon tubes Fisher Scientific 430791 -
50 mL Falcon tubes Fisher Scientific 430829 -
Four-Compartment Biopsy Processing/Embedding Cassettes with Lid Electron Microscopy Science 70075-B -
Fisherbrand Superfrost Plus Microscope Slides Thermo Fisher Scientific 22-037-246 -
Tissue cryopreservation
Shandon Cryomatrix embedding resin Thermo Scientific 6769006 -
2-METHYLBUTANE ANHYDROUS 99+% (isopentane) Sigma-Aldrich 277258-1L -
Dry ice - - -
Decellularization
NaCl BDH Prolabo 27810.364 -
Na2HPO4 Sigma-Aldrich S-31264 -
KH2PO4 Sigma-Aldrich P5379-100g -
KCl Sigma-Aldrich P8041-1KG -
TrisBASE Sigma-Aldrich T6066-500G -
Sodium dodecyl sulfate Sigma-Aldrich L-4390 -
MgCl2 MERCK 1.05833.1000 -
DNAse I AplliChem A3778,0050 -
Gentamicin Gibco 15710-049 -
Fungizone Gibco BRL 15290-026 -
Deionized water (DI water) - - -
Histology
10 % formalin neutral buffer Prolabo 361387P -
Eosin Y AQUEOUS Surgipath 01592E Can be replaced by alcoholic eosin
Richard-Allan Scientific HistoGel Specimen Processing Gel Thermo Fisher Scientific HG-4000-012 -
Ethanol ethilic alcohol 99,5% anydrous Aga 4,006,02,02,00 -
Deionized water (DI water) - - -
Clear Rite 3 Richard-Allan Scientific 6915 -
Shandon Histoplast Thermo Fisher Scientific RAS.6774006 -
Kits
PureLink Genomic DNA Mini Kit Thermo Fisher Scientific K182001 -
Quant-iT PicoGreen dsDNA kit Invitrogen P11496 -
Cell culture
DPBS VWR 45000-434 -
Penicillin-Streptomycin Solution 100X Labclinics L0022-100 -
Fungizone Gibco BRL 15290-026 -
Cell culture media of the cell of interest - - -

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References

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Bioingegneria problema 145 decellularizzazione matrice extracellulare impalcature 3D cuore fetale cuore adulto ingegneria del tessuto cardiaco

Erratum

Formal Correction: Erratum: Comparable Decellularization of Fetal and Adult Cardiac Tissue Explants as 3D-like Platforms for In Vitro Studies
Posted by JoVE Editors on 04/23/2019. Citeable Link.

An erratum was issued for: Comparable Decellularization of Fetal and Adult Cardiac Tissue Explants as 3D-like Platforms for In Vitro Studies.  The affiliations were updated.

The fourth affiliation was corrected from:

Gladstone Institutes, University of California San Francisco

to:

Gladstone Institute of Cardiovascular Disease

An additional affiliation was added for Todd C. McDevitt:

University of California San Francisco

Paragonabile decellularizzazione degli espianti di tessuto cardiaco fetali ed adulti come 3D-come le piattaforme per studi In Vitro
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Silva, A. C., Oliveira, M. J.,More

Silva, A. C., Oliveira, M. J., McDevitt, T. C., Barbosa, M. A., Nascimento, D. S., Pinto-do-Ó, P. Comparable Decellularization of Fetal and Adult Cardiac Tissue Explants as 3D-like Platforms for In Vitro Studies. J. Vis. Exp. (145), e56924, doi:10.3791/56924 (2019).

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