The accessibility of reliable models to investigate vascular blood interactions in humans is lacking. We present an in vitro model of cultured primary human endothelial cells combined with human whole blood to investigate cellular interactions both in the blood (ELISA) and the vascular compartment (microscopy).
De meerderheid van deze ziekten gepaard gaan met aandoeningen van het cardiovasculaire systeem. Studies naar de complexiteit van de interactie responsen tijdens cardiovasculaire pathologieën geactiveerd worden echter beperkt door het gebrek aan sterke en fysiologisch relevante methoden. Om modelleren pathologische vasculaire gebeurtenissen hebben we een in vitro assay voor het bestuderen van de interactie tussen endotheel en volbloed ontwikkeld. De test bestaat uit primaire humane endotheelcellen, die in contact met menselijk volledig bloed worden geplaatst. De werkwijze gebruikt natieve bloed geen of zeer weinig anticoagulans, waardoor onderzoek delicate interacties tussen moleculaire en cellulaire componenten aanwezig in een bloedvat.
We onderzochten functionaliteit van de test door het vergelijken coagulatie door verschillende volumes bloed geïncubeerd met of zonder menselijke navelstreng endotheel cellen (HUVEC). Overwegende dat een groter bloedvolume bijgedragen aaneen toename van de vorming van trombine antitrombine (TAT) complexen, aanwezig HUVEC resulteerde in verminderde coagulatie. Bovendien pasten wij beeldanalyse van leukocyt hechting aan HUVEC gestimuleerd met tumornecrosefactor (TNFa) en vond de aanwezigheid van CD16 + cellen significant hoger op TNFa gestimuleerde cellen in vergelijking met niet-gestimuleerde cellen na contact met bloed zijn. Concluderend kan de assay worden toegepast op vasculaire pathologieën, waarbij interacties tussen het endotheel en het bloedcompartiment worden verstoord bestuderen.
Methoden voor het analyseren van bloed-vasculaire interacties in hart-en vaatziekten in het algemeen onderzoek dierproeven te betrekken. Resultaten die in experimenteel onderzoek diermodellen kunnen echter weinig of geen gevolgen voor de menselijke ziekte. 1,2 Zodoende is er behoefte aan goede en betrouwbare in vitro modellen cellulaire interacties tussen het bloedcompartiment en vasculaire endotheelcellen in onderzoeken een humaan-achtig systeem. We hebben hiertoe een systeem van bloed endotheelcellen kamermodel. Deze is gebaseerd op een eerder beschreven model gebruikt om de interacties tussen biomaterialen en humaan totaal bloed onderzoeken. 3 tegenstelling tot andere in vitro opstellingen waar gewoonlijk beperkt aantal gezuiverde componenten, dwz trombocyten, leukocyten of endotheelcellen zijn, de onderhavige model omvat alle de bestanddelen van een bloedvat.
De opzet van het bloed endotheliale cell kamermodel is ontworpen om het gebruik van vers getrokken menselijk bloed met weinig of geen toegevoegde antistollingsmiddel in te schakelen. Bloed opgeslagen tijdens langere perioden verwerven zogenaamde storage laesies waar afbraak van erytrocyten kan interfereren met delicate interacties tussen bloed en endotheelcellen. 4
Om stolselvorming tijdens hanteren van bloed ex vivo voorkomen vereist bij hoge doses anticoagulantia of dat al het materiaal in contact met bloed niet-activerende zijn. Als niet-activerende oppervlakken zijn zeldzaam in de laboratoriumomgeving, kunnen materialen ook worden uitgerust met een beschermende laag van geïmmobiliseerde heparine. Een beschermende laag van geïmmobiliseerde heparine (hierna Corline heparine oppervlak (CHS)) die kunnen worden toegepast op de meeste materialen waardoor een oppervlak waar bloedcontact kunnen optreden zonder dat een activering van de stollingscascade. 5 Aldus, door de inrichting van de kamers met CHS, het bloed endotheliale cell kamermodel maakt gebruik van zeer lage concentraties van antistollingsmiddel in het bloed. Het vermijden van de toevoeging van hoge concentraties van antistollingsmiddel in het bloed endotheliale kamer model kunnen gevoelige interacties binnen een bloedvat die anders gemaskeerd bestuderen. 6
Het bloed endotheliale celkamer model bestaat uit twee kamers gevormd door toevoeging van plastic cylinders (hoogte: 8 mm, radius: 9 mm) op een kunststof microscoopglaasje. De randen naar boven op de cilinders zijn voorzien van groeven die zijn voorzien van rubberen O-ringen voor het afdichten van de kamers tegen de celkweek dia. De kamers worden slechts gedeeltelijk gevuld met bloed de lucht in de kamer blijft bloed in beweging wanneer de kamers vervolgens in een verticale positie (figuur 1) wordt geroteerd.
Om de functionaliteit van het model te evalueren, voerden we experimenten met hetzij een volledig CHS gecoatkamer of humane navelstreng endotheelcellen (HUVEC). Twee afzonderlijke volumes bloed werden getest en de vorming van trombine antitrombine (TAT) complexen (indirecte marker van coagulatie) werd bepaald met enzym-gekoppelde immunosorbent assay (ELISA). Vervolgens hebben we onderzocht het effect van bloedvolume en tumor necrosis factor (TNFa) gestimuleerde endotheelcellen leukocyt rekrutering door beeldanalyse.
Figuur 1. Instellen van het bloed van endotheelcellen kamermodel. (A) Bovenaanzicht schematische tekening van het bloed kamer gemaakt in PMMA. (B) Primaire humane endotheelcellen zijn gekweekt op 1-goed kamer slides. Vers humaan totaal bloed twee kamers toegevoegd op een microscoopglaasje. De kamers en alle materialen die bij het hanteren van het bloed behandeld met een beschermende coating HS. Nadat de wanden van het cell cultuur schuif, worden de cellen geplaatst tegenover het bloed en het systeem wordt dichtgeklemd. (C) Het bloed endotheelcel kamers worden vervolgens geïncubeerd onder draaien bij 37 ° C. Daarna kunnen de reacties in het bloedcompartiment geanalyseerd door ELISA en de endotheelcellen kan worden geanalyseerd door microscopie.
Meerdere interacties tussen bloed en vaatwand worden normaal gehouden in een rusttoestand door niet hechtende en antitrombotische aard van het endotheel. 7 tijdens pathologische aandoeningen waarbij ontsteking is het endotheel geactiveerd met een resulterende toename van hechting receptor expressie en 8 een verminderd vermogen om te remmen hemostase. 9 Activering van de cascade in het bloed beurt versterkt de trombogeniciteit van het endotheel waardoor verdere trombose en rekrutering van leukocyten. 10 Voor een beter begrip te krijgen van deze delicate interacties tussen endotheliale cellen en bloed, we ontwikkelde een nieuwe in vitro werkwijze waarbij gekweekte endotheelcellen in contact met bloed worden geplaatst. Voor zover wij weten ons setup eerste endotheelcellen volledig menselijk bloed met geen of zeer weinig antistollingsmiddel voor langere tijd.
nt "> De gevoeligheid van het systeem wordt ingeschakeld open systeem venapunctie in combinatie met een beschermende laag van geïmmobiliseerde heparine op alle oppervlakken in contact met bloed. Het gebruik van een open tijdens bloed verkrijgen vermindert de activering van de cascade systemen tijdens venapunctie terwijl die het gebruik van een zelf bepaalde hoeveelheid anticoagulant. handel verkrijgbare geëvacueerd bloed buizen kunnen echter worden gebruikt, afhankelijk van het beoogde eindpunt van de studie. De eindconcentratie van anticoagulans toegevoegd meeste commercieel beschikbare gesloten systeem buizen kunnen gevoelig remmen en anders moeilijk te bestuderen, interacties in de setup. 6 een beschermende heparine oppervlak voorkomt verdere activering van bloed door oppervlaktecontact door anderen dan de endotheelcellen oppervlakken. 5 inderdaad incubatie van bloed aangevuld met een kleine hoeveelheid ongefractioneerde heparine kamer zonder de bescherming van CHS gevolg stolselvorming. <pclass = "jove_content"> De luchtbel in de kamer maakt het mengen van het bloed tijdens incubatie met de endotheelcellen. Om het effect van de omvang luchtbel beoordelen, gebruikten we twee verschillende bloedvolume. In dit model, maten we vergelijkbare TAT niveaus ongeacht luchtbelgrootte in kamers geïncubeerd met HUVEC. TAT werd echter verhoogd met een kleine luchtbel grootte in de volledig CHS behandelde kamers. Dit, overeenkomstig de eerder beschreven endotheliale cellen te 11 geeft een regulerend effect op de verhoogde activering van de stolling door de endotheliale cellen die ontbreekt in de inerte CHS kamer. De luchtbel in het systeem een stroom bij rotatie van de kamer. De grootte van de bel invloed krachten in dit draaisysteem. Dit blijkt uit onze resultaten in figuur 2D waren een kleinere bubbel creëert hogere TAT waarden die een verminderde werking na het bloed dwz, het bloed bewegingbinnen de kamer lager en daardoor activering van de cascade systeem optreedt in hogere mate. Opgemerkt zij dat in dit systeem creëren we een roterende stroming die verschillende snelheid wordt in de kamer met de hoogste snelheid langs de wanden en het laagste in het midden. Dit is duidelijk geen optimale milieu voor stroming en afschuifspanning voor endotheelcellen, maar hebben we een systeem produceert stabiele en reproduceerbare resultaten. Optimalere omstandigheden zou omvatten circulerende laminaire stroming in de afwezigheid van turbulentie. Dit is echter niet mogelijk het model vertegenwoordigd hier en onze kennis dergelijk systeem niet bijgewerkt. Hoewel er verschillende microfluïdische systemen commercieel beschikbaar die onmogelijk te combineren met volbloed met geen of lage anticoagulans toegevoegd aan het systeem daardoor niet goed gevoelige beoordeling van de interactie mogelijk tussen alle componenten aanwezig in bloed en endotheelcellen.Verder is er een 2-voudige toename rekrutering van bloedcellen naar TNFa geactiveerde HUVEC in combinatie met een verdubbelde vorming van TAT onafhankelijk van het bloedvolume. Dit verifieert stabiliteit van het modelsysteem en toont ook de mogelijkheid om een geactiveerd endotheel in combinatie met volbloed. Toekomst op het bloed endotheelcel kamer worden gebruikt bloedcellen rekrutering naar geactiveerde endotheelcellen onderzocht door een verscheidenheid van merkers uitgedrukt op cellen onder verschillende omstandigheden en fasen van activatie. Verder kan het model worden gebruikt in combinatie met farmacologische middelen om de effecten van inflammatoire te evalueren.
Samengevat, laten we het grote voordeel van het combineren van een kamer model met menselijk bloed en vasculaire cellen volledig menselijke in vitro systeem om relevante onderzoeken van vaatziekten met uitgevonden.
The authors have nothing to disclose.
Deze studie werd ondersteund door subsidies van de Zweedse Research Council (90293501, A0290401, A0290402), zevende kaderprogramma van de Europese Gemeenschap in het kader subsidieovereenkomst n ° 602699 (DIREKT), de NovoNordisk Foundation, de Gurli en Edward Brunnberg Foundation, Stem Therapie, Vleugel Foundation en Åke Wiberg Foundation.
Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
Human Umbilican Vein Endothelial Cells (HUVEC) | PromoCell | C-12200 | Any other type of primary human endothelial cell may be used. |
Endothelial Cell Growth Medium MV (ECGM MV) | PromoCell | C-22120 | |
Gelatin | Sigma-Aldrich | G-2500 | Prepare 1% gelatin in PBS, incubate 5 ml in a T75 for 15 min and remove before culturing cells. |
TAT ELISA | Enzyme Research Lab. | TAT-EIA-C | |
Mouse anti-human CD16 | DAKO | F7011 | Dilution 1:100 |
Goat anti-mouse Alexa 488 | Molecular Probes | A11001 | Dilution 1:500 |
Phalloidin-Texas Red | Molecular Probes | A22287 | Dilution 1:200 |
DAPI | Molecular Probes | D1306 | Dilution 10 μg/ml |
EDTA | Sigma | E-6758 | |
0.25% Trypsin-EDTA | Gibco Life Tecnologies | 25200-056 | |
Fetal Bovine Serum (FBS) | Gibco Life Technologies | 10437 | |
1 well cell culture slides | BD Falcon | 354101 | |
Blood Chambers | NA | NA | Blood Chamber may be manufactured in PMMA or any other plastic able to bind CHS |
Clamps | Office Depot | 2052204 | |
Corline Heparin Surface (CHS) | Corline Systems AB | 945-00 | |
Hypodermic needle | Terumo | NN-1850R | Size: 18 G x 5 mm |
Unfractionated Heparin (UFH) | Leo Pharma | 585679 | |
K3EDTA | Alfa Aesar | 1709958 | Prepare a 0.34 M stock solution in milliQ H20 |
PFA | Sigma-Aldrich | P-6148 | |
Fluorescence microscope | Nikon | 80i | |
Light microscope | Nikon | TS100 | |
Image analysis software | Broad Institute | CellProfiler | Available for free at www.cellprofiler.org |