This manuscript presents a unique in vitro model of immunopurified human villous cytotrophoblast cells cultured under hypoxia/reoxygenation. This model is suitable to study the protective effects of promising treatments, such as melatonin, on pregnancy complications associated with increased oxidative stress and altered placental function.
This protocol describes how villous cytotrophoblast cells are isolated from placentas at term by successive enzymatic digestions, followed by density centrifugation, media gradient isolation and immunomagnetic purification. As observed in vivo, mononucleated villous cytotrophoblast cells in primary culture differentiate into multinucleated syncytiotrophoblast cells after 72 hr. Compared to normoxia (8% O2), villous cytotrophoblast cells that undergo hypoxia/reoxygenation (0.5% / 8% O2) undergo increased oxidative stress and intrinsic apoptosis, similar to that observed in vivo in pregnancy complications such as preeclampsia, preterm birth, and intrauterine growth restriction. In this context, primary villous trophoblasts cultured under hypoxia/reoxygenation conditions represent a unique experimental system to better understand the mechanisms and signalling pathways that are altered in human placenta and facilitate the search for effective drugs that protect against certain pregnancy disorders. Human villous trophoblasts produce melatonin and express its synthesizing enzymes and receptors. Melatonin has been suggested as a treatment for preeclampsia and intrauterine growth restriction because of its protective antioxidant effects. In the primary villous cytotrophoblast cell model described in this paper, melatonin has no effect on trophoblast cells in normoxic state but restores the redox balance of syncytiotrophoblast cells disrupted by hypoxia/reoxygenation. Thus, human villous trophoblast cells in primary culture are an excellent approach to study the mechanisms behind the protective effects of melatonin on placental function during hypoxia/reoxygenation.
Nel corso della gravidanza umana, le cellule placentari citotrofoblasto, che sono le cellule staminali mononucleate, rapidamente proliferano e si differenziano in cellule sia citotrofoblasto villi o extravilloso. citotrofoblasti extravilloso invadono e rimodellano le arterie a spirale della parete uterina. Cytotrophoblasts villi, invece, continuano a proliferare, differenziare e fusibile per formare syncytiotrophoblast multinucleate (il sincizio) 1. Il mantenimento della omeostasi dei villi trofoblasto è essenziale per il benessere fetale e gravidanza sana. In realtà, trophoblasts villi consentono lo scambio materno-fetale di ossigeno e nutrienti, e producono ormoni essenziali per la gravidanza. Inoltre, il syncytiotrophoblast è l'unico tipo cellulare in diretto contatto con la circolazione del sangue materno e fornisce una barriera fisica e immunologica essenziale. Pertanto, il sinciziotrofoblasto deve subire apoptosi e la sostituzione per la manutenzione omeostatico e di AVOid placentare patologie 2-5.
La tecnica sviluppata da Kliman et al. 6 nel 1986 per isolare citotrofoblasti villi primari da placenta umana ha causato una rivoluzione nel campo della ricerca placentare, consentendo lo studio dei meccanismi molecolari coinvolti nella differenziazione dei villi trofoblasto. Questa tecnica classica, sulla base di digestioni enzimatiche sequenziali con tripsina e DNasi, seguita da isolamento nei media densità centrifugazione (particelle di silice colloidale rivestito da polivinilpirrolidone, o Percoll) è ormai riconosciuto come il gold standard per isolare le cellule citotrofoblasto villi. La tecnica può essere ottimizzata immunopurificazione magnetica, una procedura che separa cytotrophoblasts villi da cellule non trofoblastiche basati sull'espressione differenziale di antigeni specifici sulla superficie di queste cellule. Abbiamo scelto l'antigene leucocitario umano ABC (HLA-ABC) per l'assenza della sua espressione sulla membran cellulare trofoblasticae 7,8.
La placenta è un organo che subisce drammatiche variazioni nei livelli di ossigeno durante la gravidanza. Nel primo trimestre, il rapporto di ossigenazione è fisiologicamente molto bassa (2% O 2), ma aumenta a livelli lievi di ossigenazione (8% O 2) nel secondo e terzo trimestre. Tuuli et al. 9 descritto che la riproduzione in vitro dell'ambiente trofoblasto all'interno del villi della placenta è una sfida e le variazioni dei livelli di ossigenazione può anche portare a cambiamenti fenotipici. È pertanto suggerito di adottare dell'8% ossigeno come normossia per imitare la tensione di ossigeno trovato in villi placentari durante il terzo trimestre di gestazione 8,9. Chen et al. 10 ampiamente studiato diverse variabili legate alla tensione di ossigeno nelle cellule in coltura trofoblasto e dimostrato l'importanza di determinare i livelli di ossigeno in un ambiente pericellulare. I livelli di ossigeno nei villi tendono ad aumentarea causa di vasculogenesi. Il flusso di sangue placentare villi aumenta costantemente e il livello di perossido di idrogeno (un'abbondante specie reattive) è un segnale importante che controlla vasculogenesi 11,12. In complicazioni della gravidanza, la mancanza di vasculogenesi genera ipossia, e ancora più importante, le variazioni intermittenti di ossigenazione (chiamato ipossia / riossigenazione). Queste condizioni portano ad un aumento anomalo stress ossidativo, che compromette placentare e fetale 13,14 vitalità. Le alterazioni che le cellule del trofoblasto subiscono in vivo durante gli episodi di ipossia / riossigenazione possono essere imitate in vitro come segue: citotrofoblasti villi sono mantenute in condizioni di normossia (8% O 2) fino a quando non si differenziano in sinciziotrofoblasto. Essi vengono quindi sottoposti a condizioni di ipossia (0,5% O 2) per 4 ore, seguito da un ulteriore 18 ore di normossia (riossigenazione). Usando questo approccio ipossia / riossigenazione, trofoblasto exvietare liberalizzato stato redox e aumento dei livelli di apoptosi intrinseca 8, come è stato osservato in alcune complicazioni durante la gravidanza. Quindi, questo è un utile modello in vitro per valutare nuovi approcci preventivi e terapeutici per combattere le complicazioni della gravidanza associate a ipossia placentare / riossigenazione.
Cellule placentari producono melatonina, che ha diverse funzioni importanti, come la capacità di ovviare stress ossidativo e disfunzione placentare 15. Qui, presentiamo i modelli di approccio e cellulari sperimentali utilizzate per dimostrare gli effetti protettivi della melatonina in cellule del trofoblasto placentare a livello molecolare, cellulare e funzionale 8.
Nei mammiferi, lo sviluppo fetale è direttamente dipendente adeguata funzione placentare. Le origini dello sviluppo di disturbi di salute sono basate sull'ipotesi che la causa delle malattie che si manifestano più tardi nella vita può essere fatta risalire al primo sviluppo e che la placenta ha un ruolo meccanicistico nella programmazione fetale 30-32. La placenta è il mediatore chiave della crescita e lo sviluppo fetale: regola il trasferimento dei nutrienti, protegge contro le esposizioni dannose, e…
The authors have nothing to disclose.
Supported by grants from the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC) (no. 262011-2009) to CV and March of Dimes Social and Behavioral Sciences Research grant (#12-FY12-179) to CV and JTS; by studentships to LSF from the Ministère de l’éducation, de l’Enseignement supérieurs et de la recherche (MEESR)-Fonds de recherche du Québec (FRQ)-Nature et technologies (NT) and the Fondation Universitaire Armand-Frappier INRS, to HC from the Réseau Québécois en Reproduction-NSERC-CREATE, to AAHT from the Canadian Institutes of Health Research (CIHR) and FRQ-Santé, and to JBP from NSERC; by a fellowship to EMAS from the Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientìfico e Tecnològico (CNPq) and the Programme de bourses d’excellence pour étudiants étrangers MEESR-FRQNT.
Curved Metzenbaum Scissors | Shandon | 9212 | surgical equipment (cell isolation) (2 units) |
Splinter Forceps Fine 41/2in | Fisherbrand | 13-812-42 | surgical equipment (cell isolation) (2 units) |
Scissors 4.5 Str Dissection | Fisherbrand | 08-940 | surgical equipment (cell isolation) (2 units) |
Gauze Sponge 10cm X 10cm | Cardinal Health | 361020733 | |
Oblong Glass Baking Dish | Pyrex | 1105397 | Glassware (2.8L) |
Funnel Buchner | Coorstek Inc | 10-356E | Glassware (114MM DIAMeter) |
Watch Glass | pyrex | 9985100EMD | Glassware |
Formalin solution, neutral buffered, 10% | Sigma-Aldrich | HT501128-4L | histological tissue fixative solution |
Trypsinizing Flasks | Wheaton | 355395 | Glassware (1 unit) |
Disposable Culture Tubes | Kimble | 73750-13100 | Glassware |
Borosilicate Glass Pasteur Pipet (22.8 Cm) | Fisherbrand | K63B1367820C | Glassware |
250 Ml Glass Beakers | Fisherbrand | KFS14005250 | Glassware |
Glass Media Bottles With Cap | Fisherbrand | KFS14395250 | Glassware (8 units) |
50 Ml Corex Tube | Corning | 8422-A | (1 unit) |
15 Ml Polystyrene Centrifuge Tube | Corning | 430791 | |
50 Ml Polystyrene Centrifuge Tube | Corning | 430829 | |
10ml Serological Pipet | Corning | 11415038 | |
Cell Strainer 100μm Nylon | Corning | 431752 | |
Absorbant Liner | Scienceware | 1199918 | |
500 Ml Bottles Top Filter | Corning | Pore: 0,22 µm / medium and HBSS preparation | |
2 Ml Criogenic Vials | Corning | 430488 | |
Freezing Container, Nalgene Mr. Frosty | Sigma-Aldrich | C1562-1EA | |
Peristaltic Pump | Pharmacia Fine Chemicals | P3 model | |
Shaking Water Bath | Fisher | Model 127 | |
Vacuum Pump | ABM | 4EKFS6CX-4 | |
Sodium Chloride | Fisherbrand | EC231-598-3 | Saline solution 0.9% |
Hank’s Buffered Salt Solution (Hbss) | Sigma-Aldrich | H2387 | Quantity: 9.25 (one vial) for 1L of digestion solution |
Hydroxypiperazineethansulphonic Acid (Hepes) | Life Technologies | 15630-080 | 25mL (1M) for 1L of digestion solution |
Trypsin Type I | Sigma-Aldrich | T8003 | 9,888U |
Deoxyribonuclease Type Iv | Roche | 10-104-159-001 | 402,000U |
Calcium Chloride | Sigma-Aldrich | C4901 | 100mM |
Magnesium Sulfate | Baker | 2500-01 | 800mM |
Dulbecco’s Modified Eagle Medium High Glucose (Dmem) | Life Technologies | 10564-045 | |
Penicillin/Streptomycin Sulphate | Hyclone | SV30010 | |
Fetal Bovine Serum | Corning | 35-010-CV | |
Percoll | Sigma-Aldrich | P1644 | Density centrifugation media gradient. Volume: 36mL |
Isopropanol | Acros | 42383-0010 | 50mL |
Dimethyl Sulfoxide | Sigma-Aldrich | 472301 | |
Automacs Magnetic Separator | Miltenyi Biotec | Model 003 | |
Automacs Columns | Miltenyi Biotec | 130-021-101 | |
Automacs Running Buffer | Miltenyi Biotec | 130-091-221 | http://www.miltenyibiotec.com/~/media/Images/Products/Import/0001100/IM0001131.ashx?force=1 |
Automacs Rinsing Solution | Miltenyi Biotec | 130-091-222 | http://www.miltenyibiotec.com/en/products-and-services/macs-cell-separation/cell-separation-buffers/automacs-rinsing-solution.aspx |
Anti-Human Hla Abc Purified Clone W6/32 | Affymetrix eBioscience | 14-9983-82 | anti-mouse antibody |
Anti Mouse Igg Microbeads | Miltenyi Biotec | 130048401 | |
Multiple Well Plate - 6 Well With Lid | Corning | 3335 | Cell Bind surface |
Multiple Well Plate - 24 Well With Lid | Corning | 3337 | Cell Bind surface |
Multiple Well Plate - 96 Well With Lid | Corning | 3300 | Cell Bind surface |
Modular Incubator Chamber | Billups-Rothenberg | MIC-101 | A set of two is necessary for simultaneous to generate normoxia and hypoxia/reoxygenation conditions |
Single Flow Meter | Billups-Rothenberg | SFM3001 | |
50 Mm In-Line Filter | Whatman | 6721-5010 | PTFE, pore: 1.0 µm |
Gas Regulator | Pro Star | PRS301233 | A set of two is necessary for simultaneous to generate normoxia and hypoxia/reoxygenation conditions |
Gas Hose Class Vi Clear 5/16 | Parker | 100-05070102 | 3 pieces with ~ 0.5 m |
17 Mm Adjustable Gas Hose Clamp | Tiewraps | THCSS-16 | |
Normoxia Gas Cylinder | Praxair | NI CDOXR1U-K | Size K (3rd trimester‘s composition: 5% CO2, 8% O2, Bal. N2) |
Normoxia Gas Cylinder | Praxair | NI CDOXR1U-K | Size K (3rd trimester‘s composition: 5% CO2, 0.5% O2, Bal. N2) |
Oxygen Microelectrode Mi-730 | Microelectrodes INC | 84477 | |
Oxygen Adapter | Microelectrodes INC | 3572 | |
ROS Detection Reagent: CM-H2DCFDA | Invitrogen | C-400 | |
β-hCG ELISA kit | DRG internatinal | EIA-4115 | |
Anti-Vimentin ourified antibody | eBioscience | 14-9897 | Host: mouse |
Anti-Cytokeratin 7 (FITC) antibody | Abcam | ab119697 | Host: mouse |
Alexa Fluor 488 Goat Anti-mousse IgG H&L antibody | Life Technologies | A-11029 |