私たちは、基礎研究と生物学と治療の可能性の研究のために、マウス心膜を分離し、精製するためのプロトコルを最適化しました。
微小血管および毛細血管の血管細胞は、血管新生、血管安定化、および内皮バリア完全性の一部を果たすることが知られている。しかし、心臓の組織特異的な機能はよく理解されていません。さらに、現在、心臓起源のペリサイトを分離して精製するために容易にアクセス可能な材料を利用するプロトコルはありません。私たちのプロトコルは、細胞の供給源として広く使用されている哺乳類モデル、マウスを使用することに焦点を当てています。心臓組織の酵素消化と機械的解離を用いて、多数のマーカーにより蛍光活性化細胞選別(FACS)によりさらに精製した粗細胞混合物を得た。ペリサイトに対して単一の明確なマーカーがないため、CD31–CD34–CD45–CD140b+NG2+CD146+を有する細胞に対してゲートを付けた。精製後、これらの一次細胞を培養し、形態およびマーカー発現に変化することなく複数回通過した。私たちのプロトコルを使用して定期的に原発性マウス心膜を得る能力を持つ我々は、心血管生理学におけるペリサイトの役割とその治療の可能性をさらに理解したいと考えています。
周囲細胞として知られている血管細胞は、血管の木1、2の微細血管および毛細血管を囲む。生理学的には、血管新生の一部を促進および果たすることが知られており、内皮細胞との密接な関係に起因するバリアの完全性を高めるだけでなく、安定化および成熟した血管1、2。また、これらの細胞の機能不全および/または損失は、アルツハイマー病2、3および様々な心血管疾患4などの疾患に関与している。これらの細胞は全身に見られるが、細胞数は組織に依存している。ペリサイトは、血液脳関門1、2の高血管化のために脳内で最も顕著に研究されている。しかし、心臓では、ペリサイトの生物学が研究されています。
最近、心臓心膜の分野への関心が高まっていますが、現在、生物学で最も使用されているツールの1つであるマウスから分離するための合理化されたプロトコルはありません。脳5、網膜6、胎盤7、骨格筋8、9から細胞を分離することに関する文献のプロトコルがあります。しかし、心臓からペリサイトを分離しているプロトコルはほとんどありません。単離された心臓心膜を有するいくつかのグループがある。Neesらは、マウスを含む複数の種から豊富な量の心膜を分離することができた。しかし、その方法は、再現性を低下させる特定の自社建機器を使用しました 10.Avolio et al.11,Chen et al. 12, および Baily et al. 13 もヒト心臓組織から心膜を単離することに成功したが、ヒト組織は必ずしも入手可能ではなく、一部の研究者にとって入手が困難である。ここでは、マウスモデルから心膜を得るための単離法を開発し、容易に入手可能な材料で生物学をさらに研究した。
既知のキーペリサイトマーカー14を用いた酵素消化および蛍光活性化細胞選別(FACS)を用いて、我々のプロトコルはCD31- CD34–CD45によって特徴付けられたペリサイトの集団を分離し、精製することを可能にする-CD140b+NG2+CD146+.マーカーのパネルには、包含マーカーと除外マーカーの両方が含まれています。CD45は、血化細胞を排除するマーカーとして使用される。CD31は、内皮細胞を排除するマーカーとして使用される。CD34は、血化細胞および内皮前駆細胞の両方を排除するマーカーとして使用される。CD146は、血管細胞のマーカーである。最後に、NG2およびCD140b(血小板由来成長因子受容体β−PDGFRβとも呼ばれる)は、いずれもペリサイト14に対して受け入れられたマーカーである。得られた一次培養物は、形態またはマーカー発現に変化なしで複数回培養および通過することができる。さらに、これらの細胞は内皮細胞と共培養し、相互作用を研究し、相互にクロストークすることができます。この細胞分離法により、研究者は野生型、疾患、および遺伝的変異型マウスモデルから心膜膜の生物学と病態生理学を研究することができます。
心膜膜に関する研究は比較的新しいため、心血管生理学および病態生理学におけるペリサイトの役割はまだ定義されていない。他の臓器では、それらは血管恒常症および灌流1、2で重要な役割を果たすることが示されている。脳などの他の臓器からのペリサイトの文献と比較して、心臓心膜に関する出版物は著しく少ない。心膜膜の単離は、その機能特性とシグナル伝達機構を理解するために重要です。したがって、このプロトコルは、より容易に利用可能な組織源から心臓心膜にアクセスし、その生物学に関する研究を促進する簡単な方法を研究者に提供します。心臓心膜炎が心臓恒常性と病態生理学にどのように寄与するかに関する質問に答えるだけでなく、その治療の可能性を調査するのに役立ちます。
マウスの心臓から分離され、CD31–CD34–CD45–CD140b+NG2+CD146+が複数回通過している(P12まで、まだ強い行っていた)、それはそうではありません生存率の低下と迅速な伝播(補足図2)。細胞はまた凍結され、少なくとも95%の生存率で回復した。しかし、我々は我々の実験のために細胞P7以下を使用することを好む。我々の頭細胞の明るい視野画像とヒト脳頭細胞を比較すると、2つの細胞株は平滑筋細胞とは形態が異なるのに対し、2つの細胞株は同等の細胞形態を有する(図4A)。我々のP7細胞は、ペリサイトマーカーに対する免疫細胞化学、一部のFACSパネル(NG2およびCD140b)、およびパネルにない少数(ビメンチン、デスミン、αSMA)を特徴とし、細胞が同質に発現した細胞を見出した(図4B)。さらに、P7細胞を同じマーカーパネルで再度フローサイトメトリーで解析し、通過によるマーカー発現の変化を評価したところ、変化がないことがわかりました(図4C)。したがって、フェノ典型的および形態学的に、我々の細胞はペリサイトである。
Nees et al.10,Avolio etal. 11, Chen et al. 12, および Baily et al. 13 による研究は、成功した心臓心膜細胞の単離を示している.しかし、Neesら10によって微細血管からペリサイトを切り離す社内カスタム構築装置の使用は、メッシュネットスタックを通じてプロテアーゼ溶液を前後に浸透させたポンプを備えた2つのチャンバーを含み、彼らが複製するのは困難でした。装置の概略図や画像を提供しなかったし、それがどのように構築されたか。Nees et al.10は多くの種から心臓心膜を正常に単離したが、その方法を再現することはできなかった。私たちのプロトコルの周皮剥離ステップは、単に眼窩シェーカー(すべての細胞を解離するために)を使用し、ほとんどの実験室で利用可能であり、組織と酵素溶液を円錐管に入れ、機械的解離ステップを行います。カスタム装置は必要ありません。第二に、残りのプロトコルは、ヒト組織の使用を伴い、したがって、ヒト組織の調達は、研究者に限定されています。我々のプロトコルは、マウスモデル(野生型、遺伝子組み換え、病気)およびすべての研究者が容易に入手可能な材料を使用して、現在のプロトコル9、12の修正と最適化です。
血管皮細胞は一般に感受性であるため、良好な収率を得るために細胞の生存率が重要である。心臓組織の調達と細胞の染色の間、組織/細胞は氷を冷たく保つ必要があります。第二に、組織の酵素消化は、個々の基準で最適化を必要とする場合があります。酵素のバイアル上の活性の単位に応じて, 濃度と消化時間を最適化する必要があります。.酵素溶液が新鮮に調製されていることを確認してください。第三に、粗混合物は、多くの細胞を含有し、いくつかの死および/または死んで、染色バッファー内のFBSの濃度を5%から2%に下げるのが最善である。ソート中にノズルを詰まらせる細胞に問題がある場合は、まず死細胞除去キットを使用して細胞を濃縮してください。また、細胞の束を防ぐために、セルプリソートにEDTA/HEPESバッファまたはDNase処理を追加することもできます。最後に、抗体のパネルはかなり大きく、多くの蛍煙管を使用しているため、FMOコントロールと補正制御が正しく行われていることを確認してください。
この方法に対する1つの制限は、心臓ごとに得ることができる心膜膜の量である。我々の場合、1匹のマウス心臓からの粗混合物のわずか1.1%は、ヒトの心臓分離の割合に匹敵するペリサイトであったが、マウスが提供する心臓組織の量により細胞数は著しく少ない。FACSの後は細胞の開始数が非常に少ないので、一度に複数の心臓から分離する方が良いでしょう。ただし、問題は、1 日で並べ替える必要があるセルの数が非常に多い点です。3,000万個以上の細胞がある場合、細胞の生存率に影響を与えずにソートを通過することは困難です。もし研究者が複数の細胞選別機を持っていたら、1日に複数の心臓から隔離することは可能であろう。もう一つの制限は、骨格筋15、16があるような心臓にペリサイトの亜集団があるかどうかわからないので、我々は我々のゲーティング戦略でサブタイプを排除しているかどうかわからないことです。私たちは心臓心膜を特徴付ける過程にあり、これまでのところ、未発表のデータでは、それらは文献の他のペリサイトと同様に機能的です。
私たちのプロトコルは、研究者が心膜炎とヘモダイナミクスへの貢献を定義するのに役立つ心心膜の特性、特性、機能性、およびその他の側面に関する質問に答えることを可能にします。これらの細胞は、彼らの生物学がよりよく理解されれば、心血管疾患への治療の可能性を持つことができます。
The authors have nothing to disclose.
著者らは、蛍色素パネルの設計、トラブルシューティング、および細胞の選別に関する彼らの助けに対して、Amgen Flowサイトメトリーコアに感謝したいと思います。
0.25% Trypsin-EDTA | Corning | 25-053-Cl | dilute with 1x DPBS to get 0.1% |
100 μM Cell strainer | FisherSci | 22363549 | |
15 mL Falcon conical tubes | BD | 352096 | |
24-well plate | Corning | CLS3527 | |
25 gauge butterfly needle | FisherSci | 22-253-146 | |
31 gauge needle syringe | FisherSci | B328446 | |
50 mL Falcon conical tubes | BD | 352098 | |
6-well plate | Corning | CLS3516 | |
anti-alpha smooth muscle actin rabbit mAb | abcam | ab32575 | Antibody used in ICC 1:100 dilution |
anti-CD140b rabbit mAb | Cell Signaling | 28E1 | Antibody used in ICC 1:100 dilution |
anti-CD31 rabbit pAb | abcam | ab28364 | Antibody used in ICC 1:100 dilution |
anti-desmin rabbit pAb | abcam | ab8592 | Antibody used in ICC 1:100 dilution |
anti-NG2 conjugated to AF488 | Millipore | MAB5384A4 | Antibody used in ICC 1:100 dilution |
anti-vimentin rabbit mAb | abcam | ab92547 | Antibody used in ICC 1:100 dilution |
ArC Amine Reactive Compensation bead kit | Invitrogen | A10346 | compensation beads for Live/Dead Near IR dye |
Brightfield Microscope | camera attached | ||
CD140b-PE (clone APB5) | eBioscience | 12-1402-81 | Antibody used in FACS 1:100 dilution |
CD146-BV605 (clone ME-9F1) | BD | 740434 | Antibody used in FACS 1:100 dilution |
CD31-APC (clone MEC 13.3) | BD | 551262 | Antibody used in FACS 1:100 dilution |
CD34-BV421 (clone RAM 34) | BD | 56268 | Antibody used in FACS 1:100 dilution |
CD45-PE-Cy7 (clone 30-F11) | BD | 552848 | Antibody used in FACS 1:100 dilution |
Centrifuge | eppendorf | ||
Collagenase B | Roche | 11088815001 | 0.226 U/mg lyo. |
Confocal Microscope | |||
DAPI | ThermoFisher | D1306 | nuclear stain |
DMEM with 4.5 g/L glucose, L-glutamine & sodium pyruvate | Corning | 10-013-CV | 500 mL |
Dowell scissors | FST | 15040-11 | |
Dulbecco's Phosphate-Buffered Saline (DPBS) | Corning | 21-030-CV | 500 mL |
Dulbecco's Phosphate-Buffered Saline without Ca and Mg (CMF-DPBS) | Corning | 21-031-CV | 500 mL |
Dumont #5 Fine Forceps | FST | 11254-20 | |
FACSAria cell sorter | BD | Lasers: 405 nm 50 mW, 488 nm 100 mW, 561 nm 50mW, 633 nm 11 mW | |
FACSAria software | BD | ||
Falcon tube round-bottom polypropylene, 5 mL | BD | 38057 | |
Falcon tube with cell strainer cap, 5 mL | BD | 08-771-23 | |
Fetal Bovine Serum | Corning | 35-015-CV | 500 mL |
Fine scissors | FST | 14060-09 | |
FlowJo software | FlowJo LLC | ||
Fortessa LSR flow cytometer | BD | Lasers: 405 nm 50 mW, 488 nm 100 mW, 561 nm 50mW, 633 nm 11 mW | |
Gelatin-based coating | Cell Biologics | 6950 | |
Goat anti-rabbit IgG (H+L) Cross-Absorbed Secondary antibody, Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A-11008 | Antibody used in ICC 1:1000 dilution |
Graefe Forceps | FST | 11049-10 | |
Heparin sodium solution | Hospira | NDC 0409-2720-02 | 10,000 USP units/10 mL; from porcine intestines |
Incubator | set at 37 °C, 5% CO2, 95% O2 | ||
Live/Dead-Near IR | Life Technologies | L10119 | |
Microscope slides | FisherSci | 12-550-343 | |
NG2-FITC | Millipore | AB5320A4 | Antibody used in FACS 1:100 dilution |
Oribital shaker | VWR | Inside 37 °C incubator or room | |
Paraformaldehyde | FisherSci | 50-980-487 | dilute with 1x DPBS to get 4% |
Penicillin-Streptomycin | Corning | 30-002-CI | |
Petri dish | FisherSci | FB0875714 | |
Pipette and tips | |||
ProLong Diamond | ThermoFisher | P36965 | mounting media |
Propidum Iodide | ThermoFisher | cell viability dye for supplemental figure 2 | |
Rabbit IgG FITC | eBiosciences | 11-4614-80 | Isotype control antibody – FITC |
Rat IgG2a APC | Biolegend | 400512 | Isotype control antibody – APC |
Rat IgG2a BV421 | Biolegend | 400536 | Isotype control antibody – BV421 |
Rat IgG2a BV605 | BD | 563144 | Isotype control antibody – BV605 |
Rat IgG2a PE | Biolegend | 400308 | Isotype control antibody – PE |
Rat IgG2b PE-Cy7 | Biolegend | 400617 | Isotype control antibody – PE-Cy7 |
SuperBlock | ThermoFisher | 37515 | blocking buffer |
T75 | ThermoFisher | 156499 | |
Triton X-100 | Sigma | X100 | detergent, dilute with x DPBS to get 0.1% |
UltraComp beads | Invitrogen | 01-2222-42 | compensation beads |
Variable-Flow Peristaltic Pump | FisherSci | 13-876-1 | |
ViCell Cell counter | Beckman | ||
Wash buffer | 1:10 dilution of Superblock in 1x DPBS |