Özet

Vitro çalışmalar için 3D benzeri platformlar olarak Fetal ve yetişkin kalp doku karşılaştırılabilir Decellularization Explants

Published: March 21, 2019
doi:

Özet

Kardiyak hücre dışı Matriks (ECM) anahtar süreçlerinde doku ve organların fizyolojik hayatı boyunca remodeling kalıcı süre alacak moleküllerinin karmaşık bir ağdır. Fetal ve yetişkin kalplerin standart decellularization 3D bir bağlamda yerel mimari ve biyomekanik özellikleri yakalayarak karşılaştırmalı deneysel çalışmalar hem dokuların izin verir.

Abstract

Geçerli hücre dışı Matriks (ECM) bilgisine-hücre iletişim çevirir büyük iki boyutlu (2D) tüp bebek kültür çalışmaları nerede ECM bileşenleri bir yüzey kaplama olarak sunulmaktadır. Bu kültür sistemleri biyokimyasal bileşimi, yapısı ve mekanik özellikleri kapsar ECM dokusunun karmaşık yapısı basitleştirilmesi oluşturmaktadır. Bütün fetal kalp decellularization için sağlayan bir protokol geliştirdiğimiz kardiyak microenvironment şekillendirme ECM-hücre iletişim daha iyi taklit etmek için ve yetişkin sol ventrikül doku aynı anda için karşılaştırmalı çalışmalar explants. Protokol Hipotonik bir arabellek, bir deterjan Anyonik yüzey aktif özellikleri ve Dnaz tedavi herhangi bir gereksinim olmadan kullanmak özel beceri ya da ekipman için birleştirir. Doku örnekleri arasında aynı decellularization stratejisi uygulamadan konularda çeşitli yaş karşılaştırmalı çalışmalar gerçekleştirmek için alternatif bir yaklaşımdır. Mevcut iletişim kuralı benzersiz yapısal farklılıkları tanımlaması fetal ve yetişkin kalp ECM mesh ve biyolojik hücresel yanıt izin verir. Ayrıca, burada daha geniş bir uygulama başarıyla diğer dokulara ve küçük ayarlamalar, bu türe gibi insan bağırsak biyopsisi ve fare akciğer uygulanan metodoloji gösterir.

Introduction

Hücre dışı Matriks (ECM) önemli hücresel süreçler, yani kader-karar, yayılmasını önleme ve farklılaşma1,2düzenleyen molekülleri dinamik bir ağdır. Hücre-ECM etkileşimlerin incelenmesi esas olarak iki boyutlu (2D) in vitro kültürlerde ECM bileşenleri ile kaplı, hangi vivo içindebulunan yerel ECM özellikleri basitleştirilmesi teşkil yapıldı. Decellularization büyük ölçüde hücre dışı mimarisi ve kompozisyon yerel doku ve organları3,4korumak acellular 3D benzeri ECM bioscaffolds oluşturur. Doku Mühendisliği için biyoaktif iskele olarak görev ek olarak, decellularized 3D ECM Biyomalzeme roman platformlar hücre-ECM Biyoloji değerlendirmek için o paralel içinde vivo ortamda ortaya çıkıyor.

ECM bileşenleri farklı dokular, organlar ve yaş fark rolünün değerlendirilmesi ile yerel bioscaffolds üretme benzer iletişim kurallarının kullanımını yararlanacaktır. Kalbinden, decellularization örnekleri, fetal ve yetişkin türetilmiş için çok yönlü bir iletişim kuralı organ microenvironment, karşılaştırmalı çalışmalar gerçekleştirmek için alternatif bir yaklaşım geliştirdik. Bu yöntemi kullanarak, biz yerel kardiyak microenvironment yakalanan ve fetal ECM kalp hücreleri5yüksek repopulation verimi teşvik gösterdi. Decellularization daha fazla lif kompozisyon5arasında fetal ve yetişkin ECM Bodrum lamina ve pericellular matris kafes düzenlemenin düzeyinde ikamet yapısal farklılıklar tanımlaması sağlanmıştır. Önce bu çalışmaları, aynı decellularization yaklaşımı kullanarak farklı ontogenic aşamalarında dokuların kafa kafaya karşılaştırma yalnızca al yanaklı maymun böbrekler ve kemirgen kalpler için bildirilmiştir. Buna ek olarak, sınırlı sayıda çalışmalar fetal doku/organ decellularization başına5,6,7rapor. Bu SDS benzersiz decellularization Aracısı olarak kullanarak elde edilmiştir; Ancak, farklı SDS konsantrasyonları fetal ve yetişkin kalp dokusu7,8decellularization için kullanıldı. SDS en etkili iyonik deterjanlar için izni sitoplazmik ve nükleer malzeme biridir ve yaygın olarak kullanılan farklı doku ve numuneler9,10decellularization içinde. Yüksek SDS konsantrasyonları ve uzun süreli maruz kalma içeren çözümler proteini denatürasyon, glikozaminoglikan (gag) kaybı ve kollajen liflerinde10,11, bozulma ile ilişkili ve bu nedenle bir ECM korunması ve hücre kaldırma arasında denge gereklidir. Fetal ve yetişkin kalp dokusu ile aynı yordamı uygulamak için burada açıklanan protokol üç sıralı adımları ayrılmıştır: hücre lizis ozmotik şok (Hipotonik arabellek); solubilization lipid-protein, DNA-protein ve protein-protein etkileşimlerinin (% 0,2 SDS); ve nükleer malzeme kaldırma (Dnaz tedavisi).

Bizim iletişim kuralı birkaç avantajları gösterir: Ben) aynı decellularization strateji; uygulama tarafından yaş özgü kardiyak dokuların eşdeğer decellularization olasılığı II) özel yöntemler veya ekipman gereksinim yoktur; III) diğer doku ve tür olarak bu hazır adaptasyon ile insan bağırsak biyopsisi12 ve fare akciğer13‘ te küçük değişiklikler başarıyla uygulandı; ve önemlisi, IV) ECM biyomekanik özellikleri 3D benzeri organotypic kültürleri daha yakından yerel doku microenvironment moleküler özelliklerini taklit Meclisi etkinleştirilirken adresleyebilir.

Protocol

Açıklanan yöntemleri i3S hayvan Etik Komitesi ve Direção Geral de tarafından onaylanmış Veterinária (DGAV) ve are uygun olarak Avrupa Parlamentosu yönergesi 2010/63/AB. 1. decellularization çözümleri hazırlanması Not: çözümleri 0,22 mikron membran filtre ile filtre ve dışında en fazla 3 ay için depolanan tüm decellularization aksi belirtilmediği. 1 x PBS için: 8 gram NaCl, 1,01 g Na2HPO4 KCl, 200 mg Mix ve KH<…

Representative Results

Decellularization verimliliği üç ana teknikleri sayesinde tespit edilebilir: makroskopik gözlem, Histoloji ve DNA miktar. Örnekleri yazı-SDS tedavi makroskopik görünümünü hücre kaldırma etkinliğini dolaylı olarak etkiler. SDS kuluçka sonra örnekleri beyazımsı (şekil 1 c) saydam görüntülenmesi gerekir. Fetal (E18) Yetişkin explants bir yarı saydam beyaz görünüşüyle varken decellularized doku tarafından son derece şeffaf bir yap?…

Discussion

Hücre dışı Matriks (ECM) çok sayıda biyoaktif peptidler ve sıkışmışlık büyüme faktörleri bir rezervuar oluşan lifli ve yapışkanlı glikoproteinlerin, son derece dinamik ve karmaşık bir meshwork var. Büyük modülatör hücre adezyon, sitoiskeleti dynamics, hareketliliği/geçiş, nükleer silahların yayılmasına karşı farklılaşma ve Apoptozis ECM aktif olarak hücresel fonksiyon ve davranış düzenlemektedir. Hücresel davranış 2D ve 3D kültürlerde farklı olduğunu bilmek, doğru bir şek…

Açıklamalar

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Yazarlar tüm üyelerine Pinto–Ó laboratuvar ilgili kritik tartışma için borçlu bulunmaktadır. Bu eser Programa MIT-Fundação para Ciência e teknoloji (FCT) “CARDIOSTEM-mühendislik kalp doku ve kök hücre tabanlı terapiler kardiyovasküler uygulamalar için” projesi kapsamında tarafından desteklenmiştir (MITP-TB/ECE/0013/2013). A.C.S. FCT dostluk [SFRH/BD/88780/2012] bir alıcı ve M.J.O. bir FCT adam (FCT-araştırmacı 2012).

Materials

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

Referanslar

  1. Frantz, C., Stewart, K. M., Weaver, V. M. The extracellular matrix at a glance. Journal of Cell Science. 123 (24), 4195-4200 (2010).
  2. Rozario, T., DeSimone, D. W. The extracellular matrix in development and morphogenesis: a dynamic view. Dev Biol. 341 (1), 126-140 (2010).
  3. Badylak, S. F., Taylor, D., Uygun, K. Whole-Organ Tissue Engineering: Decellularization and Recellularization of Three-Dimensional Matrix Scaffolds. Annu Rev Biomed Eng. 13 (1), 27-53 (2011).
  4. Ott, H. C., et al. Perfusion-decellularized matrix: using nature’s platform to engineer a bioartificial heart. Nat Med. 14 (2), 213-221 (2008).
  5. Silva, A. C., et al. Three-dimensional scaffolds of fetal decellularized hearts exhibit enhanced potential to support cardiac cells in comparison to the adult. Biomaterials. 104, 52-64 (2016).
  6. Nakayama, K. H., Batchelder, C. A., Lee, C. I., Tarantal, A. F. Decellularized rhesus monkey kidney as a three-dimensional scaffold for renal tissue engineering. Tissue Eng Part A. 16 (7), 2207-2216 (2010).
  7. Williams, C., Quinn, K. P., Georgakoudi, I., Black, L. D. Young developmental age cardiac extracellular matrix promotes the expansion of neonatal cardiomyocytes in vitro. Acta Biomater. 10 (1), 194-204 (2014).
  8. Fong, A. H., et al. Three-Dimensional Adult Cardiac Extracellular Matrix Promotes Maturation of Human Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Cardiomyocytes. Tissue Eng Part A. 22 (15-16), 1016-1025 (2016).
  9. Tapias, L. F., Ott, H. C. Decellularized scaffolds as a platform for bioengineered organs. Curr Opin Organ Transplant. 19 (2), 145-152 (2014).
  10. Crapo, P. M., Gilbert, T. W., Badylak, S. F. An overview of tissue and whole organ decellularization processes. Biomaterials. 32 (12), 3233-3243 (2011).
  11. Gilbert, T. W., Sellaro, T. L., Badylak, S. F. Decellularization of tissues and organs. Biomaterials. 27 (19), 3675-3683 (2006).
  12. Pinto, M. L., et al. Decellularized human colorectal cancer matrices polarize macrophages towards an anti-inflammatory phenotype promoting cancer cell invasion via CCL18. Biomaterials. 124, 211-224 (2017).
  13. Garlikova, Z., et al. Generation of a close-to-native in vitro system to study lung cells-ECM crosstalk. Tissue Eng Part C: Methods. , (2017).
  14. Wong, M. L., Griffiths, L. G. Immunogenicity in xenogeneic scaffold generation: Antigen removal vs. decellularization. Acta Biomaterialia. 10 (5), 1806-1816 (2014).
  15. Motsavage, V. A., Kostenbauder, H. B. The influence of the state of aggregation on the specific acid-catalyzed hydrolysis of sodium dodecyl sulfate. J Colloid Sci. 18 (7), 603-615 (1963).
  16. Rahman, A., Brown, C. W. Effect of pH on the critical micelle concentration of sodium dodecyl sulphate. J Appl Polymer Sci. 28 (4), 1331-1334 (1983).
  17. Brown, B. N., Badylak, S. F. Extracellular matrix as an inductive scaffold for functional tissue reconstruction. Transl Res. 163 (4), 268-285 (2014).
  18. Ieda, M., et al. Cardiac fibroblasts regulate myocardial proliferation through beta1 integrin signaling. Dev Cell. 16 (2), 233-244 (2009).
  19. Whitby, D. J., Ferguson, M. W. The extracellular matrix of lip wounds in fetal, neonatal and adult mice. Development. 112 (2), 651-668 (1991).
  20. Brennan, E. P., Tang, X. H., Stewart-Akers, A. M., Gudas, L. J., Badylak, S. F. Chemoattractant activity of degradation products of fetal and adult skin extracellular matrix for keratinocyte progenitor cells. J Tissue Eng Regen Med. 2 (8), 491-498 (2008).
  21. Coolen, N. A., Schouten, K. C., Middelkoop, E., Ulrich, M. M. Comparison between human fetal and adult skin. Arch Dermatol Res. 302 (1), 47-55 (2010).

Play Video

Bu Makaleden Alıntı Yapın
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).

View Video