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).
La majorité des maladies connues sont accompagnés par des troubles du système cardio-vasculaire. Les études sur la complexité des voies en interaction activées lors de pathologies cardio-vasculaires sont, cependant, limitée par le manque de méthodes robustes et physiologiquement pertinents. Afin de reproduire des événements vasculaires pathologiques nous avons mis au point un test in vitro pour étudier l'interaction entre l'endothélium et le sang total. Le dosage est constitué de cellules endothéliales humaines primaires, qui sont placés en contact avec le sang total humain. Le procédé utilise le sang natif avec peu ou pas d'anticoagulant, ce qui permet l'étude des interactions entre les composants délicats moléculaires et cellulaires présents dans un vaisseau sanguin.
Nous avons étudié la fonctionnalité de l'essai par comparaison de l'activation de la coagulation par des volumes de sang incubées avec ou sans les cellules endothéliales de veine ombilicale humaine (HUVEC). Considérant qu'une quantité de sang plus contribué àune augmentation de la formation de la thrombine de l'antithrombine (TAT) complexes, la présence de cellules HUVEC entraîné réduit l'activation de la coagulation. En outre, on a appliqué l'analyse de l'image de l'attachement des leucocytes aux cellules HUVEC stimulées par le facteur de nécrose tumorale (TNFa) et a trouvé la présence de cellules CD16 + à être nettement plus élevé sur le TNFa a stimulé les cellules par rapport aux cellules non stimulées après contact avec le sang. En conclusion, le test peut être appliqué à l'étude de pathologies vasculaires, où les interactions entre l'endothélium et le compartiment de sang sont perturbées.
Des procédés pour l'analyse des interactions de sang vasculaire à une maladie cardio-vasculaire comportent généralement des expériences de recherche animale. Résultats créés dans des modèles animaux de recherche expérimentales peuvent, cependant, avoir peu ou pas d'incidence sur les maladies humaines 1,2 En tant que tel., Il ya un besoin pour de bon et fiable dans des modèles in vitro pour étudier les interactions cellulaires entre le compartiment sanguin et les cellules endothéliales vasculaires un système de type humain. Nous avons donc mis en place un modèle de la chambre de cellules endothéliales dans le sang. Ceci est basé sur un modèle décrit précédemment utilisé pour étudier les interactions entre les biomatériaux et le sang total humain. 3 Contrairement à d'autres configurations in vitro où habituellement au nombre de composants purifiés, limitées à-dire, les thrombocytes, des leucocytes ou des cellules endothéliales sont disponibles, le modèle actuel intègre tous les composants présents dans un vaisseau sanguin.
La configuration de l'endothélium de sang cmodèle de chambre ell est conçu pour permettre l'utilisation du sang humain fraîchement prélevé avec peu ou pas d'anticoagulant ajouté. Sang conservé pendant des périodes de temps plus longues acquérir ce qu'on appelle des lésions de stockage où répartition des érythrocytes peut interférer avec les interactions délicates entre le sang et les cellules endothéliales. 4
Pour éviter la formation de caillots lors de la manipulation de sang entier ex vivo nécessite soit de fortes doses d'anticoagulant ou que tout le matériel en contact avec du sang doivent être non-activation. Comme les surfaces non-activation sont rares dans l'environnement du laboratoire, les matériaux peuvent également être équipées d'une couche de protection de l'héparine immobilisée. Une couche protectrice de l'héparine immobilisée (ci-après dénommée surface Corline d'héparine (CHS)) qui peut être appliquée à la plupart des matériaux qui créent une surface où un contact avec du sang peut se produire sans provoquer une activation de la cascade de la coagulation. 5 Par conséquent, en fournissant des chambres avec CHS, la CE endothéliale artériellell modèle de la chambre permet l'utilisation de très faibles concentrations de l'anticoagulant dans le sang. En évitant l'ajout de concentrations élevées d'anti-coagulant dans le modèle de la chambre de l'endothélium dans le sang, il est possible d'étudier les interactions sensibles au sein d'un vaisseau sanguin qui pourraient autrement être masqués. 6
Le modèle de la chambre de cellules endothéliales dans le sang est constitué de deux chambres formées en attachant des cylindres en plastique (hauteur: 8 mm, un rayon de 9 mm) sur une lame de microscope en plastique. Les bords tournés vers le haut sur les cylindres sont équipés de rainures qui sont équipés de joints toriques en caoutchouc utilisés pour assurer l'étanchéité des chambres à l'encontre du support de culture cellulaire. Les chambres sont seulement partiellement remplies de sang comme l'air dans la chambre maintient le sang en circulation, lorsque les chambres sont ensuite mis en rotation dans une position verticale (figure 1).
Afin d'évaluer la fonctionnalité du modèle, nous avons effectué des expériences avec soit un CHS recouvert complètementchambre ou ombilical veine cellules endothéliales (HUVEC). Deux volumes de sang ont été analysés séparément et la formation de la thrombine de l'antithrombine (TAT) complexes (un marqueur indirect de la coagulation) a été mesurée avec la méthode immuno-enzymatique (ELISA). Nous avons ensuite évalué l'effet de volumes de sang et le facteur de nécrose tumorale (TNFa) stimulé des cellules endotheliales sur le recrutement des leucocytes par analyse d'image.
Figure 1. Configuration du modèle de chambre de cellule endothéliale du sang. (A) Vue du dessus dessin schématique de la chambre de sang faite en PMMA. (B) des cellules endothéliales humaines primaires sont cultivées sur des lames de la chambre 1 puits. Le sang entier humain frais est ajouté à deux chambres sur une lame de microscope. Les chambres et tous les matériaux utilisés pour la manipulation du sang sont traités avec un revêtement de protection HS. Après avoir enlevé les parois de la CEll glissière culture, les cellules sont placées en regard du sang et le système de fermeture est serré. chambres d'éléments (C) Le endothéliale de sang sont ensuite incubées sous rotation à 37 ° C. Par la suite, les réactions dans le compartiment de sang peuvent être analysés par ELISA et les cellules endotheliales peuvent être analysées par microscopie.
Interactions multiples entre le sang et la paroi du récipient sont normalement maintenus dans un état de repos en raison de la nature non-adhésive et anti-thrombotique de l'endothélium. 7 Dans des conditions pathologiques impliquant une inflammation, l'endothélium est activé avec une augmentation résultante de l'expression des récepteurs d'adhérence 8 et une diminution de la capacité à inhiber l'hémostase. 9 Activation des systèmes en cascade dans le sang à son tour amplifie le thrombogène de l'endothélium provoquant de nouveaux recrutements de thrombose et de leucocytes. 10 Pour avoir une meilleure compréhension de cette délicate interactions entre les cellules endothéliales et du sang total, nous avons mis au point une nouvelle méthode in vitro, où les cellules endothéliales en culture sont mises en contact avec du sang entier. À notre connaissance, notre installation est la première à montrer les cellules endothéliales incubées avec du sang humain total avec très peu ou pas d'anticoagulant pour des périodes de temps plus longues.
nt "> La sensibilité de ce système est activée par ouverture de ponction veineuse du système, en combinaison avec une couche de protection de l'héparine immobilisée sur toutes les surfaces mises en contact avec du sang. L'utilisation d'un système ouvert lors du prélèvement sanguin réduit l'activation des systèmes en cascade pendant la ponction veineuse tout en permettant l'utilisation d'une quantité d'auto-déterminé de l'anticoagulant. disponibles dans le commerce tubes de sang évacués peuvent, toutefois, être utilisés en fonction des points d'extrémité visés par l'étude. La concentration finale de l'anticoagulant ajouté à tubes de système fermé plus disponibles dans le commerce peuvent inhiber sensible et par ailleurs difficile d'étudier les interactions dans la configuration. 6 Une surface de l'héparine de protection élimine en outre l'activation du sang à travers la surface de contact par des surfaces autres que les cellules endotheliales. 5 En effet, l'incubation du sang total additionné d'une petite quantité d'héparine non fractionnée en chambre sans la protection de la SCH a donné lieu à la formation de caillots. <pclass = "jove_content"> La bulle d'air dans la chambre permet de mixer du sang pendant l'incubation avec les cellules endothéliales. Afin d'évaluer l'effet de la taille des bulles d'air, nous avons utilisé deux volumes sanguins différents. Dans ce modèle, nous avons mesuré les niveaux de TAT similaires quelle que soit la taille des bulles d'air dans les chambres incubées avec HUVEC. TAT a toutefois augmenté avec une taille de bulle d'air plus faible dans les chambres entièrement CHS traité. Ce, en fonction des propriétés des cellules endothéliales décrites précédemment 11, indique un effet régulateur sur l'activation de la coagulation accrue fournie par les cellules endothéliales qui manquent dans la chambre CHS inerte. La bulle d'air dans le système crée un écoulement lors de la rotation de la chambre. La taille de la bulle affecte les forces dans le système en rotation. Ceci est illustré par les résultats de la figure 2D était une petite bulle crée des valeurs de TAT plus élevés représentant une diminution de la vigueur à la ie de sang, le mouvement de sangà l'intérieur de la chambre est plus faible et par conséquent l'activation du système de cascade se produit à un degré plus élevé. Il convient de mentionner que, dans ce système, nous sommes en train de créer un écoulement tournant qui sera différent en vitesse dans la chambre avec la plus grande vitesse le long des murs et la plus faible dans le centre. Ceci est évidemment pas un environnement optimal en ce qui concerne l'écoulement et la contrainte de cisaillement pour les cellules endothéliales, mais nous avons encore un système produisant des résultats stables et reproductibles. Des conditions plus optimales comprendraient circuler un écoulement laminaire, en l'absence de turbulence. Ceci est, cependant, pas possible dans le modèle représenté ici et à notre connaissance, un tel système ne sont pas disponibles à ce jour. Bien que, il ya plusieurs systèmes microfluidiques disponible dans le commerce qui ne sont pas possible de combiner avec du sang total sans ou avec de faibles niveaux d'anticoagulant ajouté au système ainsi ne pas permettre une évaluation correcte sensible des interactions entre tous les éléments présents dans le sang et les cellules endothéliales.En outre, il y avait une augmentation de 2 fois dans le recrutement de cellules sanguines vers les cellules HUVEC TNFa activée en combinaison avec une formation de TAT doublé indépendamment du volume sanguin. Cela permet de vérifier la stabilité du système de modèle et montre aussi la possibilité d'utiliser un endothélium activé en association avec du sang total. Future sur, la chambre de cellules endothéliales dans le sang peut être utilisé pour étudier le recrutement de cellules sanguines vers les cellules endotheliales activées par une variété de marqueurs exprimés sur des cellules dans diverses conditions et les étapes d'activation. En outre, le modèle peut être utilisé en combinaison avec des agents pharmacologiques dans le but d'évaluer les effets sur les états inflammatoires.
En résumé, nous montrons le grand avantage de combiner un modèle de chambre avec les cellules sanguines et vasculaires humaines pour créer un être humain complet dans le système in vitro pour mener des enquêtes pertinentes de maladie vasculaire.
The authors have nothing to disclose.
Cette étude a été soutenue par des subventions du Conseil suédois de la recherche (90293501, A0290401, A0290402), septième programme-cadre de la Communauté européenne dans le cadre d'accord de subvention n ° 602699 (DIRECT), la Fondation Novo Nordisk, la Fondation Gurli et Edward Brunnberg, La thérapie génique, Vleugel Fondation et la Fondation Åke Wiberg.
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 |