该协议详细介绍了一种解剖小鼠脂肪库以及分离和消化各自动脉以释放然后鉴定内皮细胞群的方法。用于下游应用的新鲜分离细胞将促进对血管细胞生物学和血管功能障碍机制的理解。
血管系统壁上的血管内皮细胞在各种生理过程中起重要作用,包括血管张力调节、屏障功能和血管生成。内皮细胞功能障碍是严重心血管疾病进展的标志性预测因子和主要驱动因素,但其潜在机制仍知之甚少。从各种血管床上以天然形式分离和分析内皮细胞的能力将深入了解心血管疾病的过程。该协议介绍了解剖小鼠皮下和肠系膜脂肪组织的程序,然后分离其各自的动脉脉管系统。然后使用特定的消化酶混合物消化分离的动脉,重点是释放功能上可行的内皮细胞。通过使用CD31 + / CD45 −细胞作为阳性内皮细胞鉴定的标志物的流式细胞术分析评估消化的组织。细胞可以分选用于直接下游功能测定或用于生成原代细胞系。从不同血管床分离和消化动脉的技术将为研究人员提供评估来自感兴趣动脉的新鲜分离的血管细胞的选择,并允许他们对特定细胞类型进行广泛的功能测试。
内皮细胞因其在各种生理过程中的重要作用而得到广泛认可,包括屏障功能、血管生成和血管张力调节1,2。尽管内皮细胞功能障碍在促进动脉粥样硬化、高血压、糖尿病等方面有充分证据,但驱动内皮功能障碍的潜在机制仍然知之甚少,并且可能因不同的血管床而异2,3,4。揭示内皮细胞功能障碍的这些病理机制的努力受到从组织获得纯内皮细胞群的有限访问和/或培养物中内皮细胞的表型变化的挑战5,6。因此,能够以天然形式从各种血管床中分离和分析内皮细胞,将深入了解心血管疾病的过程。
该协议介绍了从小鼠身上解剖皮下和肠系膜脂肪组织的程序,然后分离它们各自的动脉脉管系统。动脉壁内衬的功能活内皮细胞使用特定的酶混合物释放。特别注意优化消化方案的条件,以从<1mg起始组织中获得足够的内皮细胞产量,同时保持生物分子标记物完整以进行分析。接下来使用流式细胞术鉴定分离的内皮细胞。CD31(PECAM)的存在主要用于识别内皮细胞。由于CD31在其他细胞类型中的表达,包括几种也表达CD45的造血来源,通过排除同时表达CD31和CD455,6,7,8的细胞,进一步提高了分离的内皮细胞的纯度。此外,根据研究问题和要采用的下游应用,研究人员应考虑选择一组广泛的正负选择标记,以优化目标细胞群的纯度。
尽管在以前的出版物9,10,11,12,13中已经使用了解剖和分离脂肪库动脉的技术,但尚未提出描述嵌入式动脉分离的详细协议。展示从给定感兴趣的物种的不同血管床中分离和消化动脉的技术将为研究人员提供评估来自感兴趣动脉的新鲜分离的血管细胞的选择,并允许他们对特定细胞类型进行广泛的功能测试。测试可能包括但不限于用于细胞分选和膜蛋白表达的流式细胞术5,8,离子通道活性的电生理学9,分子分析(蛋白质组学/基因组分析等)14,15,以及用于体外药物筛选的原代细胞系的产生16,17。
内皮功能障碍是严重疾病状态的前兆,可能导致动脉粥样硬化、高血压和卒中的发展3,23。虽然在给定病理条件下内皮功能障碍的已确定机制很多,但不同的血管床可能受到病理状况的不同影响4,24。此外,不同的心血管危险因素(例如,肥胖,高血压,血脂异常,吸烟,糖尿病)通过各种不同的机制诱发功能障碍23,25。因此,从已建立的疾病动物模型或可及的人体组织中分离内皮细胞群并对立即从体内环境中取出的细胞进行测定至关重要。与研究培养中的细胞相比,以这种方式分离细胞具有独特的优势,因为它们没有培养诱导的表型变化5,6。此外,包括异质内皮细胞群,如在体内观察到的26,27(并且可以使用流动辅助细胞分选进一步分离),从活生物体更好地告知体内环境。最后,该方法适用于多种动物模型和潜在人体组织的研究,如果需要,可用于生成原代细胞培养系。
该协议中的关键步骤,也是最需要针对此处未介绍的不同血管床或细胞类型进行调整的步骤,是血管组织的消化。此步骤必须针对细胞健康进行优化,而不会降低细胞产量。使用的特定酶和消化持续时间对于优化细胞健康和产量至关重要,以便能够充分进行下游测定。为了鉴定CD36的膜表达,如流式细胞术在皮下和肠系膜内皮细胞中检测到的那样(图4),开发了最初为膜片钳电生理学设计的消化方案的修改版本28 。这包括将胶原酶I消化时间延长至30分钟,以提高细胞产量,从而更好地满足流式细胞术的需求,而不是膜片钳研究所需的需求。由于这种修饰可能会在一定程度上影响细胞健康,因此在流式细胞术分析中使用了细胞活力染色剂,以确保按照该方案仅评估活的内皮细胞(图3)。建议旨在从血管组织中分离细胞的研究在评估所需方法之前应包括细胞活力标记。
所述方案足以从来自小鼠的≤1mg动脉样品中释放活的内皮细胞进行分析和下游应用;然而,如果要从不同的组织或生物体(例如人类)中分离出感兴趣的动脉,这将导致显着不同的动脉质量,则必须优化消化酶含量和孵育持续时间以有效地分离感兴趣的细胞群。对于一些起始组织量甚至比此处介绍的皮下和肠系膜床(例如冠状动脉)开始的血管床,每个样本可能需要汇集几只小鼠的动脉。事实上,对于任何给定的血管床来说,这可能是一个必要的步骤,因为结果方法需要相对较高的细胞产量。一个主要的限制是,由于每个样品消化的差异性质,即使来自同一血管床,不同批次的细胞产量有时也会显着不同。这可能会导致分析数据时出现问题,应在适当时通过规范化进行说明。例如,由于皮下和肠系膜脂肪动脉单个样本的细胞产量改变,CD36表达在原始数据中变化极大。因此,将原始数据归一化为CD31 + CD45−平均荧光强度,假设该方法将校正批次差异(图4)。当然,根据方法的不同,可能需要更复杂的统计分析和归一化方法。
总之,本文提出了一种解剖、分离和消化小鼠皮下动脉和肠系膜动脉的方法,以研究感兴趣的内皮靶标的表达和/或功能。通过修改所提出的方案,可以研究不同的血管床和细胞类型(例如,平滑肌细胞)。该协议作为大量可用实验方法的基础,有可能促进对血管细胞生物学和血管功能障碍机制的理解。
The authors have nothing to disclose.
怀念里奇·韦斯特,一位杰出的科学家、同事和亲爱的朋友。我们要感谢特拉华大学流式细胞术和生物成像核心作为特拉华生物技术研究所的一部分,感谢他们对我们研究的持续贡献。我们还要感谢艾玛·哈金斯对手稿的仔细审查和编辑。我们的工作得到了国家普通医学科学研究所P20GM113125-6564(I.S. Fancher)的支持。该项目还得到了特拉华州INBRE计划的支持,获得了美国国立卫生研究院和特拉华州(I.S. Fancher)的NIGMS(P20GM103446)的资助,以及特拉华大学普通大学研究基金(I.S. Fancher)。此内容完全由作者负责,并不一定代表NIH的官方观点。
Tissue dissection tools | |||
5 forceps (2) | Fine Science Tools | 11252-00 | For isolation of mesenteric adipose depot and arteries transfer |
55 forceps (2) | Fine Science Tools | 11295-51 | For parenchymal adipose removal |
Curved Bonn scissors | Fine Science Tools | 14061-10 | For isolation of mesenteric adipose depot |
Graefe forceps | Fine Science Tools | 11051-10 | For general dissection steps and isolation of subcutaneous adipose depot |
Straight Bonn scissor | Fine Science Tools | 14060-09 | For general dissection steps and isolation of subcutaneous adipose depot |
Stereoscope with light source | Laxco | Z230PT40 | For parenchymal adipose removal and artery isolation |
Digestive enzymes for Artery Digestion | |||
Collagenase Type I | Wothington-BioChem | LS004194 | |
Dispase (Neutral Protease) | Wothington-BioChem | LS02110 | |
Elastase | Wothington-BioChem | LS002292 | |
Solutions Recipes | |||
HEPES Buffer, pH 7.4 | Final concentration | ||
Calcium chloride dihydrate | J.T.Baker | 1332-1 | 2 mM |
Dextrose (D-glucose) anhydrous | Fisher | D16-500 | 10 mM |
HEPES | Fisher | BP310-500 | 10 mM |
Magnesium Chloride | Fisher | M33-500 | 1 mM |
Potassium Chloride | Fisher | P217-500 | 5 mM |
Sodium chloride | Oxoid | LP0005 | 145 mM |
Dissociation Solution, pH 7.30-7.40 | |||
Dextrose (D-glucose) anhydrous | Fisher | D16-500 | 10 mM |
HEPES | Fisher | BP310-500 | 10 mM |
Magnesium Chloride | Fisher | M33-500 | 2 mM |
Potassium Chloride | Fisher | P217-500 | 56 mM |
Sodium chloride | Oxoid | LP0005 | 55 mM |
Sodium L-Glutamate monohydrate | TCI | G0188 | 80 mM |
Flow Cytometry Analyses | |||
5 mL Polystyrene round-bottom tube with cell-strainer cap | Falcon | 352235 | |
CD31-PE | Miltenyi Biotec | 130-119-653 | 0.75µg/sample |
CD36-APC | R&D Systems | AF2519 | 2.5µg/ sample |
CD45-FITC | BioLegend | 103108 | 2.5µg/ sample |
Live/Dead Fixable Violet Dead Cell Staining kit (cell viability stain) | Invitrogen | L34955 | 1µL/sample |