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Developmental Biology

Generazione in vitro di cellule progenitrici cardiache specifiche del campo del cuore del mouse

Published: July 3, 2019 doi: 10.3791/59826

Summary

Lo scopo di questo metodo è quello di generare cellule progenitrici cardiache specifiche del campo cardiaco del campo cardiaco in vitro al fine di studiare le specifiche delle cellule progenitrici e le proprietà funzionali, e di generare cellule cardiache specifiche della camera per la modellazione delle malattie cardiache.

Abstract

Le cellule staminali pluripotenti offrono un grande potenziale per comprendere lo sviluppo e la malattia del cuore e per la medicina rigenerativa. Sebbene i recenti progressi nella cardiologia dello sviluppo abbiano portato a generare cellule cardiache da cellule staminali pluripotenti, non è chiaro se i due campi cardiaci - il primo e il secondo campo cardiaco (FHF e SHF) - siano indotti nei sistemi di cellule staminali pluripotenti. Per risolvere questo problema, abbiamo generato un protocollo per la specifica in vitro e l'isolamento delle cellule progenitrici cardiache specifiche del campo cardiaco. Abbiamo usato linee di cellule staminali embrionali che trasportano Hcn4-GFP e Tbx1-Cre; I giornalisti Rosa-RFP del FHF e dello SHF, rispettivamente, e l'immunostaining delle cellule vive della proteina della membrana cellulare Cxcr4, un marcatore SHF. Con questo approccio, abbiamo generato cellule progenitrici che ricapitolano le proprietà funzionali e il trascrittoma delle loro controparti in vivo. Il nostro protocollo può essere utilizzato per studiare le specifiche iniziali e la segregazione dei due campi cardiaci e per generare cellule cardiache specifiche della camera per la modellazione delle malattie cardiache. Poiché si tratta di un sistema organoide in vitro, potrebbe non fornire informazioni anatomiche precise. Tuttavia, questo sistema supera la scarsa accessibilità degli embrioni dello stadio di gasastrulation e può essere scalato per schermi ad alta velocità.

Introduction

L'uso di cellule staminali pluripotenti (PSC) ha rivoluzionato il campo della rigenerazione cardiaca e della medicina personalizzata con miociti specifici per il paziente per la modellazione della malattia e le terapie farmacologiche1,2,3, 4.Più recentemente, sono stati sviluppati i protocolli in vitro per la generazione di cardiomiociti atriale vs ventricolare e di un pacemaker derivato da PSC5,6. Tuttavia, se la cardiogenesi può essere ricreata in vitro per studiare lo sviluppo cardiaco e successivamente generare cellule cardiache ventricolare specifiche della camera non è ancora chiaro.

Durante lo sviluppo embrionale precoce, le cellule mesodermiche sotto l'influenza di morfogeni secreti come BMP4, Wnts e Activin A formano la striscia primitiva7. Le cellule mesodermiche cardiache segnate dall'espressione di Mesp1 migrano anteriormente e ultimamente per formare la mezzaluna cardiaca e poi il tubo cardiaco primitivo7,8. Questo gruppo migratorio di cellule comprende due distinte popolazioni di cellule progenitrici cardiache (CPC), vale a dire il primo e il secondo campo cardiaco (FHF e SHF)9,10. Le cellule del SHF sono altamente proliferanti e migratorie e sono principalmente responsabili dell'allungamento e del looping del tubo cardiaco. Inoltre, le cellule SHF si differenziano per cardiomiociti, fibroblasti, muscoli lisci e cellule endoteliali mentre entrano nel tubo cardiaco performare il ventricolo destro, il tratto di deflusso ventricolare destro e gran parte di entrambi atri atri,10. Al contrario, le cellule FHF sono meno proliferanti e migratorie e si differenziano principalmente per i cardiomiociti in quanto danno origine al ventricolo sinistro e una parte più piccola degli atri11. Inoltre, i progenitori SHF sono contrassegnati dall'espressione di Tbx1, FGF8, FGF10 e Six2 mentre le cellule FHF esprimono Hcn4 e Tbx511,12,13,14,15.

I PSC possono differenziarsi a tutti e tre glistrati germinali e successivamente a qualsiasi tipo di cellula nel corpo 4,16. Pertanto, offrono un enorme potenziale per comprendere lo sviluppo del cuore e per modellare difetti specifici dello sviluppo con conseguente malattia cardiaca congenita, la causa più frequente di difetti alla nascita17. Un grande sottogruppo di malattie cardiache congenite include anomalie cardiache specifiche della camera18,19. Tuttavia, non è ancora chiaro se questi provengano dallo sviluppo anomalo del campo cardiaco. Inoltre, data l'incapacità dei cardiomiociti di proliferare dopo la nascita, ci sono stati ampi sforzi per creare tessuto cardiaco per la rigenerazione cardiaca1,7,20. Considerando le differenze fisiologiche e morfologiche tra le camere cardiache, la generazione di tessuto cardiaco specifico della camera utilizzando i PSC è di notevole importanza. Mentre i recenti progressi nella cardiologia dello sviluppo hanno portato a una solida generazione di cellule cardiache da PSC, non è ancora chiaro se i due campi cardiaci possano essere indotti nei sistemi PSC.

Per ricapitolare cardiogenesi in vitro e studiare le specifiche e le proprietà dei CPC, in precedenza abbiamo usato un sistema basato sulla differenziazione degli sferoidi cardiaci derivati da PSC21,22,23,24. Recentemente, abbiamo generato cellule staminali embrionali di topo (mESC) con gFP e reporter RFP sotto il controllo del gene FHF Hcn4 e del gene SHF Tbx1, rispettivamente (mESCsTbx1-Cre; Rosa-RFP; HCN4-GFP) 25. Gli mESC differenziati in vitro formavano sferoidi cardiaci in cui le cellule GFP e RFP sono apparse da due aree distinte di cellule mesodermiche e modellate in modo complementare. Le cellule di GFP e RFP e RFP risultanti hanno mostrato caratteristiche FHF e SHF, determinate rispettivamente dalle analisi di sequenziamento dell'RNA e clonali. È importante sottolineare che, utilizzando mESC che trasportano il reporter Isl1-RFP (mESCIsl1-RFP), abbiamo scoperto che le cellule SHF sono state contrassegnate fedelmente dalla proteina della superficie cellulare CXCR4, e questo può consentire l'isolamento delle cellule specifiche del campo cardiaco senza transgeni. Il presente protocollo descriverà la generazione e l'isolamento di CPC specifici sul campo cardiaco da mESC, che possono fungere da valido strumento per studiare le malattie cardiache specifiche della camera.

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Protocol

NOT: Nella generazione in vitro di cellule progenitrici cardiache del campo cardiaco specifiche del campo cardiaco (Figura 1).

1. Manutenzione degli ESC del mouse

  1. Coltivare mESC (mESCsTbx1-Cre; Rosa-RFP; HCN4-GFP, mESCIsl1-RFP)25 su 0,1% (w/v) gelatina rivestita t25 flaconi in 2i media (870 mL di glascow minimo mezzo essenziale (GMEM), 100 mL di siero bovino fetale (FBS), 10 mL di GlutaMAX, 10 mL di acidi essenziali non essenziali, 10 ml di piravae, 3 - L di beta-mercaptoetanolo, 20-L di Lif (200 U/mL), 0,3 CHIR99021 e 0,1 -M PD0325901).
  2. Quando le cellule raggiungono il 70-80% di confluenza, sciacquare le cellule una volta con soluzione tampone fosfato (PBS) e quindi dissociare in singole cellule aggiungendo 1 mL di Trypsin e incubando a 37 gradi centigradi per 3 min.
  3. Neutralizza Trypsin aggiungendo 4 mL di 10% FBS nel DMEM (Modified Eagle Medium) di Dulbecco. Contare le celle utilizzando un contatore cellulare automatizzato.
  4. Centrifuga 3 x 105 cellule per 3 min a 270 x g e temperatura ambiente.
  5. Aspirati il supernatore, sospendere le cellule in 5 mL di mezzo 2i e riplaccare su 0.1% (w/v) gelatina rivestita flaconi T25 per la manutenzione.

2. Generazione di cellule progenitrici cardiache utilizzando sferoidi cardiaci

  1. Centrifuga 2,5 x 106 cellule dal passo 1,3 per 3 min a 270 x g e temperatura ambiente.
  2. Aspirare il supernatante e risospendere le cellule in 25 mL di mezzo SFD (105 celle / mL). A seconda della portata dell'esperimento, il numero mESC può essere regolato di conseguenza.
    NOT: Il supporto SFD contiene 715 mL di Medium (IMDM) di Iscove, 250 mL di F12 di Ham, 5 mL di N2-supplemento, 10 mL di B27 meno vitamina A, 5 mL di 10% (w/v) BSA (in PBS), 7,5 mL di GlutaMAX e 7,5 mL di Penicillina-Streptomimia. Aggiungere l'acido ascorbico (50 mg/mL) e 3,9 x 10-3% (v/v) di monothioglicerolo prima dell'uso.
  3. Infilare la sospensione cellulare in una piastra sterile da 150 mm x 25 mm e incubare a 37 gradi centigradi nell'incubatrice di CO2 del 5% per 48 h. Gli sferoidi cardiaci devono essere formati entro 24 ore.
  4. Raccogliere tutti gli sferoidi cardiaci formati e centrifugare per 3 min a 145 x g e temperatura ambiente per isolare selettivamente gli sferoidi ed evitare singole cellule.
  5. Aspirare il supernatante e risospendere gli sferoidi in 25 mL di mezzo SFD con 1 ng/mL di Activin A e 1.5 ng/mL di BMP4 per l'induzione differenziazione. Placcare gli sferoidi nella stessa piastra sterile da 150 mm x 25 mm e incubarli a 37 gradi centigradi nell'incubatrice di CO2 del 5% per 40 h.
    NOT: Diverse concentrazioni di Activin A (0-3 ng/mL) e BMP4 (0,5-2 ng/mL) possono essere utilizzate per l'ottimizzazione della differenziazione a seconda della linea mESC.
  6. Raccogliere tutti gli sferoidi cardiaci e centrifugare per 3 min a 145 x g e temperatura ambiente.
  7. Aspirare il supernatante e risospendere gli sferoidi in 25 mL di SFD medio. Trasferire gli EB risospesi in un accessorio ultra-basso 75 cm2 fiaschetta e incubarli a 37 gradi centigradi nell'incubatrice di CO2 del 5% per 48 h.

3. Isolamento delle cellule progenitrici cardiache specifiche del campo cardiaco mediante reporter fluorescenti

  1. Centrifuga sferoidi cardiaci a 145 x g e temperatura ambiente per 3 min e aspirare il supernatante. Aggiungere 1 mL di Trypsin e incubare a 37 gradi centigradi per 3 min.
  2. Aggiungere 4 mL di 10% FBS in DMEM per inattivare Trypsin e mescolare bene con il pipettaggio. Per rimuovere gli EB non dissociati, filtrare il mix utilizzando un colino da 70 mm e centrifugare le cellule filtrate per 3 min a 270 x g e temperatura ambiente.
  3. Ordinare i CPC che trasportano reporter fluorescenti (CPC derivati da mESCsTbx1-Cre; Rosa-RFP; HCN4-GFP), aspira il superataento e aggiunge la 500 unità di smistamento FACS (1% (v/v) FBS, 200 mM HEPES e 10 mM di EDTA in PBS) per la sospensione.
  4. Per rimuovere tutti i cluster di cellule prima dello smistamento, filtrare nuovamente le cellule utilizzando un tubo rotondo-inferiore in polistirolo da 5 mL con un colino da 40 m. Tenere le cellule sul ghiaccio fino allo smistamento.
  5. Ordinare le celle per isolare Tbx1-Cre; Rosa-RFP e HCN4-GFP CPC positivi utilizzando un sorter cellulare attivato fluorescente (FACS). Raccogliere le celle ordinate in 1 mL di FBS. Mantenere il campione di celle e le celle ordinate a 4 gradi centigradi.

4. Isolamento delle cellule progenitrici cardiache specifiche del campo cardiaco utilizzando Cxcr4 come indicatore di proteine della superficie cellulare

  1. Per isolare i CPC di primo campo contro il secondo campo cardiaco in base all'espressione del recettore della proteina superficiale Cxcr4, utilizzare la linea mESCIsl1-RFP. Aspirare il supernatante dal passo 3.3 e risospendere i singoli CPC in 300 : L di 10% FBS in PBS contenente 1:200 (vol/vol) PerCP-efluor 710 anti-Cxcr4 anti-Cxcr4 anti-Cxcr4 anti-Cxcr4 anti-Cxcr4 anti-Cxcr4 anti-Cxcr4 anti-Cxcr4 anti-Cxcr4 anti-Cxcr4 anti-Cxcr4 anti-Cxcr4 anti-Cxcr4 anti-Cxcr4 anti-Cxcr4 anti-Cxcr4 anti-Cxcr4 anti-Cxcr4 anti-Cxcr4 anti-Cxcr4 anti-Cxcr4 anti-Cxcr4 anti-Cxcr4 anti-Cxcr4 anti-
  2. Incubare a temperatura ambiente per 5min e lavare aggiungendo 1-2 mL di PBS freddo. Centrifugare i singoli CPC per 3 min a 270 x g e temperatura ambiente e lavare altre due volte seguite dalla centrifugazione.
  3. Aspirati il supernatante e aggiungete 500 l di soluzione di selezione FACS per risospendere i singoli CPC e filtrare come nel passaggio 3.4.
  4. Isolare le celle Cxcr4 e Cxcr4 utilizzando FACS. Raccogliere le celle ordinate in 1 mL di FBS. Mantenere il campione di celle e le celle ordinate a 4 gradi centigradi.

5. Analisi delle cellule progenitrici cardiache specifiche del campo cardiaco isolato

  1. CPC ordinati Centrifuga per 3 min a 270 x g e temperatura ambiente. Le cellule ordinate possono essere utilizzate per analisi dell'espressione genica e proteica oppure possono essere ricoltivate per le analisi in momenti successivi.
  2. Per ricolturare cPC isolati, aspirare il supernatore, risospendere le cellule in mezzo SFD e riaffiorare 3 x 104 celle per un piatto di 384 pozzetti rivestito con 0,1% (w/ v) gelatina.  Se si nota un aumento della morte cellulare dopo l'ordinazione, aggiungere al campione 10 M di Y-27632 (inibitore ROCK). Due giorni dopo la ricoltura, si deve notare il pestaggio spontaneo.
  3. Per analizzare la capacità dei CPC placcati di differenziarsi ai cardiomiociti, raccogliere le cellule al giorno 12 della differenziazione. Utilizzare la Trypsin come descritto nei passaggi 1.2-1.5 per isolare le singole PMI. Resospendio le cellule in paraformaldeide (PFA) del 4% (w/v) e incubaperdi per 30 min a temperatura ambiente per fissare le cellule.
  4. Centrifugare le cellule per 3 min a 895 x g, e temperatura ambiente. Aspirare il supernatante e risospendere le cellule in PBS per lavare il PFA. Ripetere di nuovo questo passaggio.
  5. Aspirare il supernatante e risospendere le cellule in 10% FBS in PBS. Incubametà metà del campione cellulare con anticorpo topo anti-Troponina T (1:500) e utilizzare il resto del campione come controllo negativo. Incubare per 30 min a temperatura ambiente.
  6. Lavare le celle due volte come descritto nel passaggio 5.4 utilizzando PBS. Aspirati il superatante e risospendere entrambi i campioni di cellule in 10% FBS in PBS con 1:500 asino anti-topo IgG (H-L) anticorpo, Alexa Fluor 647 coniugato. Incubare per 30 min a temperatura ambiente.
  7. Lavare due volte con PBS come nel passaggio 5.6. Aspirare il supernatante e risospendere le cellule in 200 gradi l di PBS. Utilizzare un citometro di flusso per analizzare le cellule.

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Representative Results

Dopo circa 132 h di differenziazione, i CPC Tbx1-RFP e Hcn4-GFP possono essere rilevati utilizzando un microscopio fluorescente (Figura 2). Generalmente, le celle GFP e RFP appaiono approssimativamente intorno allo stesso tempo. Le due popolazioni di CPC continuano ad espandersi nelle immediate vicinanze e comunemente in un modello complementare. L'adeguamento delle concentrazioni di Activin A e BMP4 modificherà le percentuali di FHF vs CPC SHF (Figura 3). La specifica CPC in vitro è stata determinata principalmente dalla concentrazione di BMP4. Pertanto, il nostro sistema di sferoide cardiache può essere utilizzato per studiare le specifiche CPC.

Analogamente, utilizzando la linea isl1-RFP reporter mESC, dopo 132 h di differenziazione, appaiono i CPC Isl1-RFP. Dopo l'immunostaining dei CPC per CXCR4, Isl1-RFP, Cxcr4 , vs Isl1-RFP , le cellule Cxcr4- possono essere isolate (Figura 4).

Per analizzare la capacità dei CPC derivati da mESC di differenziarsi ai cardiomiociti, l'immunostaining per la Troponina T cardiaca può essere eseguita al giorno 12 della differenziazione. In accordo con il modello secondo il quale le cellule FHF si differenziano principalmente per i miociti, le cellule derivate dai CPC Hcn4-GFP sono principalmente miogene (Figura 5A, B). Allo stesso modo, le cellule derivate da Isl1, CXCR4- CPC danno origine a cardiomiociti a percentuali molto più elevate rispetto a Isl1, CXCR4- CPC (Figura 5C).

Occasionalmente, le mESC non riescono a differenziare in modo efficiente e formano numeri molto bassi specifici CPC per il campo del cuore (Figura 6).

Figure 1
Figura 1 : rappresentazione schematica della specifica in vitro delle cellule progenitrici cardiache specifiche del campo cardiaco. mESC formano sferoidi entro 48 h. Quindi l'esposizione ad Activin A e BMP4 per 40 h porterà all'induzione mesodermica. Le cellule progenitrici cardiache si sviluppano circa 36 h dopo. I progenitori del secondo o primo campo del cuore possono essere ordinati utilizzando lo smistamento fluorescente delle cellule attivate. Le seconde celle di campo cardiache sono contrassegnate da espressione Tbx1-RFP contro campo del primo cuore contrassegnate da Hcn4-GFP. In alternativa, L'ISl1-RFP contrassegna i CPC e usa l'immunostaining dal vivo contro Cxcr4 si può ordinare rispettivamente Isl1, Cxcr4, vs Isl1, Cxcr4- CPC che rappresentano rispettivamente le cellule di secondo vs primo campo cardiaco. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 2
Figura 2 : Immagine rappresentativa degli sferoidi cardiaci dopo le specifiche CPC. La richiesta di offerta contrassegna i marchi Tbx1 e GFP per i CPC Hcn4. Le due popolazioni cellulari si formano in stretta vicinanza in un modello gratuito. Barre della scala: 50 m. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 3
Figura 3 : Analisi citometrica del flusso di sferoidi cardiaci dopo l'esposizione a diverse concentrazioni di Activin A e BMP4. L'adeguamento delle concentrazioni dei due morfogeni porta a diverse percentuali di CPC Tbx1 e Hcn4. Le due popolazioni sono state colpite principalmente dalla regolazione della concentrazione di BMP4. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 4
Figura 4 : Analisi citometrica del flusso delle cellule progenitrici cardiache che esprimono Isl1 e sono immunostainse per Cxcr4. I progenitori cardiaci sono stati prima gated in base alla loro espressione Isl1 e poi Isl1, Cxcr4 vs Isl1, le cellule Cxcr4- sono state ordinate. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 5
Figura 5 : Analisi citometrica del flusso delle cellule derivate da CPC specifici del campo cardiaco macchiati per la Troponina T cardiaca. (A) Coerentemente con il più alto potenziale miogenico delle cellule FHF, un'alta percentuale di cellule HCN4-GFP si differenziano per i miociti. (B) Analisi di tutti i cardiomiociti derivati da mESC, in cui la stragrande maggioranza è di Hcn4-GFP. (C) Cxcr4- CPC differenziano per una più alta percentuale di cardiomiociti. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 6
Figura 6 : analisi citometriche rappresentative delle differenziazioni in vitro guaste/basse efficienze. (A) Analisi della citometria di flusso dopo 132 h di differenziazione che non mostra alcuna formazione di cellule Hcn4-GFP e una percentuale molto bassa di cellule Tbx1-RFP. (B) Bassa efficienza di differenziazione dei mESC che esprimono livelli molto bassi di Isl1. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

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Discussion

Nel nostro protocollo, descriviamo una metodologia per generare sferoidi cardiaci e CPC isolati specifici sul campo del cuore. Questi possono essere utilizzati per studiare i meccanismi di specifica CPC e le loro proprietà, così come per la modellazione della malattia della camera cardiaca specifica. Un lavoro pubblicato in precedenza ha utilizzato una linea mESC con due reporter fluorescenti (Mef2c/Nkx2.5) per studiare cardiogenesi in vitro, tuttavia, entrambi questi marcatori sono espressi al giorno embrionale 9,5-10 quando i cardiomiociti sono già formati26. A nostra conoscenza, attualmente non ci sono metodi per l'isolamento dei CPC specifici sul campo cardiaco in vitro. Ancora più importante, il nostro protocollo può essere applicato anche alle cellule staminali umane, dove CXCR4 può essere utilizzato per isolare i CPC SHF che esprimono alti livelli di Isl125. Inoltre, la nostra doppia linea di reporter fluorescente mESC può essere utilizzata per vagliare librerie di composti e fattori di trascrizione che possono influenzare la specifica del campo cardiaco o la polarità cellulare nei CPC.

Uno dei passaggi critici del protocollo è il numero iniziale di mESC. L'uso di numeri bassi o alti influenzerà in modo significativo le dimensioni degli sferoidi cardiaci e l'efficienza di differenziazione. Si consiglia di testare diversi numeri di cella (7,5-10 x 104 celle/mL) per diverse linee mESC. In alternativa, se le dimensioni degli sferoidi cardiaci rimangono significativamente variabili, le piastre con pozze contenenti micropozzi di dimensioni specificate possono essere utilizzate anche per aumentare la riproducibilità. I ricercatori dovrebbero anche essere consapevoli della tempistica e della durata specifiche dell'induzione mesodermica, nonché della tempistica dello smistamento cellulare. Inoltre, per diverse linee di mESC, l'ottimizzazione delle concentrazioni di morfogeni dovrà essere eseguita prima di testare la loro capacità di generare CPC negli sferoidi cardiaci. L'uso di citochine più vecchie/scadute o di mezzi di coltura cellulare, o concentrazioni incoerenti di morfogeni influenzeranno l'efficienza di differenziazione. Infine, le linee mESC che sono state passate per più di 15-20 volte, sembrano perdere la loro capacità di differenziare in modo efficiente.

Il nostro sistema di differenziazione permette modifiche specifiche. Cxcr4 può essere utilizzato come unico marcatore di CPC SHF in linee mESC senza un reporter fluorescente. Tuttavia, gli investigatori dovrebbero comunque ottimizzare il protocollo di differenziazione per aumentare la percentuale di CPC Isl1 prima di smistare Cxcr4 , vs Cxcr4- CPC25. Inoltre, Activin A può essere sostituito con agonisti/attivatori canonici di Wnt come Wnt3a o CHIR99021 (inibitore di GSK3b) per aumentare ulteriormente la specifica dei CPC SHF25.

Questo protocollo consente lo studio delle specifiche CPC utilizzando condizioni ben definite, il monitoraggio time-lapse e un numero illimitato di celle. Pertanto, è più facile, efficiente e meno costoso rispetto all'analisi degli embrioni. Tuttavia, è ancora un sistema in vitro in cui i valori assoluti dell'espressione genica dei CPC specifici del campo cardiaco potrebbero non essere strettamente correlati ai livelli di espressione genica in vivo. Così, nel nostro sistema, solo BMP4 potrebbe specificare CPC da entrambi i campi di cuore e può alterare significativamente i rispettivi rapporti. Inoltre, può esistere variabilità per quanto riguarda l'efficienza di differenziazione.

In conclusione, utilizzando linee di reporter fluorescenti mESC o immunostaining delle proteine della membrana cellulare, abbiamo ricapitolato la cardiogenesi in vitro e i CPC isolati sul campo del cuore. Ciò consente lo studio dei primi segnali che mediano le specifiche CPC e le proprietà funzionali, nonché la modellazione di malattie cardiache del campo cardiaco/specifiche della camera.

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Disclosures

Gli autori non hanno nulla per le divulgazioni.

Acknowledgments

E. T. è stato supportato da The Magic That Matters e AHA. C. K. è stato supportato da sovvenzioni da NICHD/NIH (R01HD086026), AHA e MSCRF.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
β-mercaptoethanol Sigma M6250
0.1% (w/v) Gelatin EMD Millipore ES-006-B
100 mM Sodium Pyruvate Gibco 11360
100x Pen/Strep Gibco 15070-063
1x PBS w/o Calcium and Magnesium Thermo Fisher Scientific 21-040-CV
20% Paraformaldehyde Thermo Fisher Scientific 50-980-493
5 mL Polystyrene round-bottom tube with a 40μm cell strainer BD Falcon 35223
Activin A R & D Systems 338-AC-010
Ascorbic Acid Sigma A-4544
B27 minus vitamin A (50x) Thermo Fisher Scientific 12587010
BMP4 R & D Systems 314-BP
Bovine Serum Albumin Sigma A2153
Cell sorter Sony SH800 Sony or any other fluorescence-activated cell sorter
Cell strainer 70μm Thermo Fisher Scientific 08-771-2
Centrifuge Sorvall Legend XT Thermo Fisher Scientific 75004508
CHIR99021 Selleck chemicals S2924
CO2 Incubator Thermo Fisher Scientific 51030285
Corning Ultra Low Attachment T75 flask Corning 07-200-875
Countless II FL automated cell counter Thermo Fisher Scientific
Donkey anti-mouse IgG secondary antibody, Alexa Fluor 647 conjugate Thermo Fisher Scientific A-31571, Lot #1757130
Dulbecco's Modified Eagle's Medium high glucose (DMEM) Gibco 11965-092
EDTA Sigma E6758
ESGRO (LIF) Millipore ESG1106
EVOS FL microscope Thermo Fisher Scientific AMF4300
Fetal Bovine Serum Invitrogen SH30071.03
Glasgow’s MEM (GMEM) Gibco 11710035
GlutaMAX (100x) Gibco 35050-061
Ham’s F12 Gibco 10-080-CV
HEPES Sigma H3375
IMDM Gibco 12440053
Monothioglycero (MTG) Sigma M-6145
Mouse anti-Troponin T antibody Thermo Fisher Scientific MS-295-P1
N2-SUPPLEMENT Gibco 17502-048
Non-essential amino acid solution (NEAA Invitrogen 11140-050
PD0325901 Selleckchem S1036
PerCP-efluor 710 conjugated anti-Cxcr4 antibody Thermo Fisher Scientific 46-9991-82
Suspension culture dish 150 mm x 25 mm Corning 430597
T25 flasks Corning 353109
TrypLE (Trypsin) Gibco 12604
Y-27632 (ROCK inhibitor) Stem cell technologies 72304

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Laflamme, M. A., Murray, C. E. Heart regeneration. Nature. 473 (7347), 326-335 (2011).
  2. Spater, D., Hansson, E. M., Zangi, L., Chien, K. R. How to make a cardiomyocyte. Development. 141 (23), 4418-4431 (2014).
  3. Birket, M. J., Mummery, C. L. Pluripotent stem cell derived cardiovascular progenitors--a developmental perspective. Developmental Biology. 400 (2), 169-179 (2015).
  4. Bellin, M., Marchetto, M. C., Gage, F. H., Mummery, C. L. Induced pluripotent stem cells: the new patient. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 13 (11), 713-726 (2012).
  5. Lee, J. H., Protze, S. I., Laksman, Z., Backx, P. H., Keller, G. M. Human Pluripotent Stem Cell-Derived Atrial and Ventricular Cardiomyocytes Develop from Distinct Mesoderm Populations. Cell Stem Cell. 21 (2), 179-194 (2017).
  6. Protze, S. I., et al. Sinoatrial node cardiomyocytes derived from human pluripotent cells function as a biological pacemaker. Nature Biotechnology. 35 (1), 56-68 (2017).
  7. Galdos, F. X., et al. Cardiac Regeneration: Lessons From Development. Circulation Research. 120 (6), 941-959 (2017).
  8. Lescroart, F., et al. Early lineage restriction in temporally distinct populations of Mesp1 progenitors during mammalian heart development. Nature Cell Biology. 16 (9), 829-840 (2014).
  9. Bruneau, B. G. Signaling and transcriptional networks in heart development and regeneration. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology. 5 (3), 008292 (2013).
  10. Kelly, R. G., Buckingham, M. E., Moorman, A. F. Heart fields and cardiac morphogenesis. Cold Spring Harbor Perspectives in Medicine. 4 (10), (2014).
  11. Bruneau, B. G., et al. Chamber-specific cardiac expression of Tbx5 and heart defects in Holt-Oram syndrome. Developmental Biology. 211 (1), 100-108 (1999).
  12. Watanabe, Y., et al. Fibroblast growth factor 10 gene regulation in the second heart field by Tbx1, Nkx2-5, and Islet1 reveals a genetic switch for down-regulation in the myocardium. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109 (45), 18273-18280 (2012).
  13. Huynh, T., Chen, L., Terrell, P., Baldini, A. A fate map of Tbx1 expressing cells reveals heterogeneity in the second cardiac field. Genesis. 45 (7), 470-475 (2007).
  14. Zhou, Z., et al. Temporally Distinct Six2-Positive Second Heart Field Progenitors Regulate Mammalian Heart Development and Disease. Cell Reports. 18 (4), 1019-1032 (2017).
  15. Spater, D., et al. A HCN4+ cardiomyogenic progenitor derived from the first heart field and human pluripotent stem cells. Nature Cell Biology. 15 (9), 1098-1106 (2013).
  16. Cho, G. S., Tampakakis, E., Andersen, P., Kwon, C. Use of a neonatal rat system as a bioincubator to generate adult-like mature cardiomyocytes from human and mouse pluripotent stem cells. Nature Protocols. 12 (10), 2097-2109 (2017).
  17. Bruneau, B. G., Srivastava, D. Congenital heart disease: entering a new era of human genetics. Circulation Research. 114 (4), 598-599 (2014).
  18. Liu, X., et al. The complex genetics of hypoplastic left heart syndrome. Nature Genetics. 49 (7), 1152-1159 (2017).
  19. Li, L., et al. HAND1 loss-of-function mutation contributes to congenital double outlet right ventricle. International Journal of Molecular Medicine. 39 (3), 711-718 (2017).
  20. Garbern, J. C., Lee, R. T. Cardiac stem cell therapy and the promise of heart regeneration. Cell Stem Cell. 12 (6), 689-698 (2013).
  21. Uosaki, H., et al. Direct contact with endoderm-like cells efficiently induces cardiac progenitors from mouse and human pluripotent stem cells. PLoS One. 7 (10), 46413 (2012).
  22. Cheng, P., et al. Fibronectin mediates mesendodermal cell fate decisions. Development. 140 (12), 2587-2596 (2013).
  23. Shenje, L. T., et al. Precardiac deletion of Numb and Numblike reveals renewal of cardiac progenitors. Elife. 3, 02164 (2014).
  24. Morita, Y., et al. Sall1 transiently marks undifferentiated heart precursors and regulates their fate. Journal of Molecular and Cellular Cardiology. 92, 158-162 (2016).
  25. Andersen, P., et al. Precardiac organoids form two heart fields via Bmp/Wnt signaling. Nature Communications. 9 (1), 3140 (2018).
  26. Domian, I. J., et al. Generation of functional ventricular heart muscle from mouse ventricular progenitor cells. Science. 326 (5951), 426-429 (2009).

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Biologia dello sviluppo Numero 149 cellule staminali campi cardiaci progenitori cardiaci sferoidi cardiaci Tbx1 Hcn4 Cxcr4
Generazione in vitro di cellule progenitrici cardiache specifiche del campo del cuore del mouse
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Tampakakis, E., Miyamoto, M., Kwon,More

Tampakakis, E., Miyamoto, M., Kwon, C. In Vitro Generation of Heart Field-specific Cardiac Progenitor Cells. J. Vis. Exp. (149), e59826, doi:10.3791/59826 (2019).

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