Summary

Isolatie van endotheliale voorlopercellen van menselijke navelstrengbloed

Published: September 14, 2017
doi:

Summary

Het doel van dit protocol is te isoleren van endotheliale voorlopercellen van bloed van de navelstreng. Enkele van de toepassingen zijn het gebruik van deze cellen als een biomarker voor het identificeren van patiënten met cardiovasculaire risico, behandeling van ischemische ziekten, en creëren weefsel-engineered vasculaire en hart ventiel construeert.

Abstract

Het bestaan van endotheliale voorlopercellen (Spoon) in perifeer bloed en haar betrokkenheid in vasculogenese werd eerst gemeld door Ashara en collega’s1. Later, gedocumenteerd anderen het bestaan van gelijkaardige types van Spoon afkomstig uit beenmerg2,3. Meer recentelijk, Yoder en Ingram bleek dat Spoon afgeleid van navelstrengbloed had een hogere proliferatieve potentieel in vergelijking met degenen geïsoleerd van volwassene perifere bloed4,5,6. Afgezien van betrokkenheid bij postnatale vasculogenese, Spoon ook is gebleken belofte als een bron van de cel voor het maken van weefsel-engineered vasculaire en hart ventiel constructies7,8. Er zijn diverse protocollen van de isolatie, waarvan sommige betrekking hebben op de cel sorteren van mononucleaire cellen (MDL) afkomstig van de bronnen die eerder vermeld met behulp van endotheliale en hematopoietische markers of kweken van deze multinationals met gespecialiseerde endothelial groei medium, of een combinatie van deze technieken-9. Hier presenteren we een protocol voor de isolatie en cultuur van Spoon met behulp van gespecialiseerde endothelial medium aangevuld met factoren die de groei, zonder het gebruik van immunosorting, gevolgd door de karakterisatie van de geïsoleerde cellen gebruikend het westelijke bevlekken en immunokleuring.

Introduction

Enkele onderzoekers hebben onderzocht de kenmerken en mogelijkheden van menselijke Spoon5,10,11,12,13. Spoon kunnen worden omschreven als het circulerende cellen die de mogelijkheid om te voldoen aan endothelial weefsel in sites van hypoxie, ischemie, letsel of tumor vorming en bijdragen tot de vorming van nieuwe vasculaire structuren4,14. Hun waargenomen betrokkenheid in neovascularization, in de vorm van postnatale vasculogenese, heeft geleid tot een goed begrip van de pathofysiologie van deze cellen en hun gebruik in therapeutische toepassingen4,15, 16. het aantal Spoon in een individu is aangetoond te worden gecorreleerd met cardiovasculaire pathologie9,15,16,17,18,19 ,20. Andere studies hebben ook onderscheid gemaakt tussen Spoon een ventiel fibroblast-achtige fenotype en voorgesteld dat deze cellen kunnen worden gebruikt voor weefselengineering hart kleppen7,21.

De bepaalde cel oppervlakte moleculen die nodig zijn voor het isoleren van Spoon zijn niet duidelijk geïdentificeerd als gevolg van de verschillen tussen de onderzoeken4. De hechting van MDL naar een bepaalde matrix, met de blootstelling aan een verscheidenheid van kweekomstandigheden, is uitgevoerd door verschillende groepen1,17,22,23, suggereren dat vermeende Spoon kan verschillende fenotypische eigenschappen weergeven Deze eigenschappen omvatten een gebrek aan phagocytotic vermogen, buis vorming in Matrigel, en de opname van low-density lipoproteins Dil-geacetyleerd. De hoge clonogenic en proliferatieve potentieel zijn twee eigenschappen met welke Spoon hierarchized5 kunnen. Spoon kunnen ook in vitro tubuli wanneer cocultured met menselijke foetale Long fibroblasten4vormen. Deze cellen zijn bekend uitspreken endothelial cel oppervlakte markeringen en sommige van de hematopoietische markeringen13,24,25te delen. De positief geformuleerde markeringen die zijn geaccepteerd voor fenotypering Spoon zijn CD31, CD34, vasculaire endotheliale groeifactor receptor 2 (VEGFR2), von Willebrand Factor (vWF), CD133, c-Kit, en vasculaire endothelial cadherine (VE-cadherine)4 , 18. cellen die mede express CD90, CD45, CD14, CD115 of alpha-gladde spier actine (α-SMA) worden niet beschouwd als Spoon omwille van hun beperkte proliferatieve potentiële, vermogen om de phagocytose van bacteriën, en het onvermogen om te vormen van DOVO menselijke schepen in vivo4,7. Dit artikel schetst een gewijzigd protocol voor de isolatie van endotheliale voorlopercellen van menselijke navelstrengbloed zonder de behoefte aan een willekeurige cel sorteren van protocollen. Voor dit artikel, hebben we een aantal CD31, CD34 en VEGFR2 als de positieve markers, met α-SMA als negatieve indicator gebruikt.

In dit artikel, stellen wij voor een methode van isoleren en kweken van endotheliale voorlopercellen van navelstrengbloed zonder cel sorteren via gespecialiseerd endothelial groeimedium aangevuld met groeifactoren (BAVA). Deze BAVA bevat vasculaire endotheliale groeifactor (VEGF) en fibroblast groeifactor (FGF), die de overleving, proliferatie, en migratie van endotheliale cellen26te vergroten. Het omvat ook ascorbinezuur, die verantwoordelijk is voor het behoud van de geplaveide morfologie van cellen; insuline-achtige groeifactor-1 (IGF-1), waarin angiogenic en trekkende functie; en heparine, waardoor verbeterde stabiliteit op lange termijn van de factoren die de groei in de middelgrote26. Andere factoren die de groei toegevoegd aan het kweekmedium endothelial cel bevat suppletie met epidermale groeifactor (EGF), die helpt bij het stimulerende celproliferatie en differentiatie en hydrocortison, die de cellen met EFG26 sensibiliseert . We laten zien dat het gebruik van deze specifieke groeisnelheid medium hogere aantallen Spoon t.o.v. endothelial Basaal medium (EBM) of Dulbecco van bewerkt Eagle Medium (DMEM levert).

Protocol

dit onderzoek werd uitgevoerd met de goedkeuring van de Universiteit van Arkansas institutionele Review Board (erkenningsnummer 16-04-722). Navelstreng bloed eenheden werden verzameld in citraatoplossing fosfaat dextrose (CPD) op de Arkansas navelstrengbloed Bank en eenheden die niet voldeed aan de eis voor opslag werden geschonken voor onderzoek. Koord bloed eenheden werden methoden.NETeller naar het lab binnen de 24u van collectie bij omgevingstemperaturen. 1. isolatie van endotheliale voorl…

Representative Results

Isolatie en uitbreiding van endotheliale voorlopercellen:Een schema (Figuur 1) wordt geleverd aan de beeltenis van het algemeen protocol. De verschillende bloed component lagen werden waargenomen na verloop centrifugeren van de dichtheid van menselijke navelstrengbloed met kleurovergang medium dichtheid. Bij zaaien MDL op de platen van collageen-behandeld, werd de uitgroei van de koloniën eerst waargenomen tussen dagen 5 en 7(<st…

Discussion

Zoals eerder vermeld, aanhanger Spoon bezitten een geplaveide morfologie. Onze geïsoleerde MDL gevorderd van een spindel-vormig cel kolonie (Figuur 2A-2D) in een vroeg stadium naar een geplaveide kolonie (Figuur 2E-2F) over een periode van tien dagen in cultuur. Spoon hebben het label verschillend door verschillende onderzoeksgroepen, namelijk als laat endothelial progenitor cellen10, endotheel kolonievo…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Dit materiaal is gebaseerd op werk gesteund door de National Science Foundation onder Grant nr. CMMI-1452943 en door de Universiteit van Arkansas Honors College. Wij willen ook te erkennen van de Arkansas navelstrengbloed Bank voor het verstrekken van ons met koord bloed eenheden.

Materials

A) For isolation and culturing
EGM-2 BulletKit Lonza CC-3162 This product comes with all the growth factors needed to make the Endothelial Growth Medium
Fetal Bovine Serum Thermofisher Scientific 26140079
Pencillin-Streptomycin-Glutamine (100X) Thermofisher Scientific 10378016
Ficoll-Paque GE Heatlhcare 17-1440-02
Hank's Balanced Salt Solution Thermofisher Scientific 14170-112
Ammonium Chloride Stem Cell Technologies 7850
1X Phosphate Buffer Saline Thermofisher Scientific 14190250
Rat Tail I Collagen Corning 354236
Glacial Acetic Acid Amresco 0714-500ML
0.05% Trypsin-EDTA Thermofisher Scientific 25300054
HEPES buffer Thermofisher Scientific 15630080
Dulbecco's Modified Eagle's Medium Thermofisher Scientific 10566-016
B) Antibodies and cell lysates
CD31  Abcam ab28364 1:250 dilution  for Western blotting
CD34 Santa Cruz Biotechnology sc-7045 1:100 dilution for Western blotting
α-SMA abcam ab5694 1:100 dilution for Western blotting
α-tubulin abcam ab7291 1:2500 dilution for Western blotting
VEGFR2 abcam sc504 1:100 dilution for Western blotting
Human umbilical vein endothelial cell lysate Santa Cruz Biotechnology sc24709 
Valve interstitial cell lysate Primary cell line cultured from own lab and lysed with RIPA buffer
C) Western blotting and immunostaining
10X Tris/Glycine/SDS buffer Biorad 161-0772 Used as running buffer
10X Tris/Glycine buffer Biorad 161-0771 Used as transfer buffer
Immobilon-FL transfer membrane Merck Millipore IPFL0010 This is a PVDF transfer membrane that has 45 µm pore size and is mentioned in the protocol as western blot membrane
4X Laemmli sample buffer Biorad 161-0747
2-mercaptoethanol Biorad 161-0710
10% Criterion TGX precast gel Biorad 5671033
Prolong Gold antifade Thermofisher Scientific P36930 Used for mounting immunostained coverslips for long term storage
Methanol VWR Analytical BDH1135-4LP

References

  1. Asahara, T., et al. Isolation of putative progenitor endothelial cells for angiogenesis. Science. 275 (5302), 964-967 (1997).
  2. Lin, Y., Weisdorf, D. J., Solovey, A., Hebbel, R. P. Origins of circulating endothelial cells and endothelial outgrowth from blood. J Clin Invest. 105 (1), 71-77 (2000).
  3. Shi, Q., et al. Evidence for circulating bone marrow-derived endothelial cells. Blood. 92 (2), 362-367 (1998).
  4. Hirschi, K. K., Ingram, D. A., Yoder, M. C. Assessing identity, phenotype, and fate of endothelial progenitor cells. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 28 (9), 1584-1595 (2008).
  5. Ingram, D. A., et al. Identification of a novel hierarchy of endothelial progenitor cells using human peripheral and umbilical cord blood. Blood. 104 (9), 2752-2760 (2004).
  6. Yoder, M. C., et al. Redefining endothelial progenitor cells via clonal analysis and hematopoietic stem/progenitor cell principals. Blood. 109 (5), 1801-1809 (2007).
  7. Sales, V. L., et al. Transforming growth factor-beta1 modulates extracellular matrix production, proliferation, and apoptosis of endothelial progenitor cells in tissue-engineering scaffolds. Circulation. 114, 193-199 (2006).
  8. Sales, V. L., et al. Endothelial Progenitor Cells as a Sole Source for Ex Vivo Seeding of Tissue-Engineered Heart Valves. Tissue Eng Pt A. 16 (1), 257-267 (2010).
  9. Liew, A., Barry, F., O’Brien, T. Endothelial progenitor cells: diagnostic and therapeutic considerations. Bioessays. 28 (3), 261-270 (2006).
  10. Hur, J., et al. Characterization of two types of endothelial progenitor cells and their different contributions to neovasculogenesis. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 24 (2), 288-293 (2004).
  11. Ingram, D. A., Caplice, N. M., Yoder, M. C. Unresolved questions, changing definitions, and novel paradigms for defining endothelial progenitor cells. Blood. 106 (5), 1525-1531 (2005).
  12. Melero-Martin, J. M., et al. In vivo vasculogenic potential of human blood-derived endothelial progenitor cells. Blood. 109 (11), 4761-4768 (2007).
  13. Melero-Martin, J. M., Bischoff, J. Chapter 13. An in vivo experimental model for postnatal vasculogenesis. Methods Enzymol. 445, 303-329 (2008).
  14. Yoder, M. C. Human endothelial progenitor cells. Cold Spring Harb Perspect Med. 2 (7), 006692 (2012).
  15. Siddique, A., Shantsila, E., Lip, G. Y. H., Varma, C. Endothelial progenitor cells: what use for the cardiologist. J Angiogenes Res. 2 (6), (2010).
  16. Camci-Unal, G., et al. Surface-modified hyaluronic acid hydrogels to capture endothelial progenitor cells. Soft Matter. 6 (20), 5120-5126 (2010).
  17. Hill, J. M., et al. Circulating endothelial progenitor cells, vascular function, and cardiovascular risk. N Engl J Med. 348 (7), 593-600 (2003).
  18. Young, P. P., Vaughan, D. E., Hatzopoulos, A. K. Biologic properties of endothelial progenitor cells and their potential for cell therapy. Prog Cardiovasc Dis. 49 (6), 421-429 (2007).
  19. Mehta, J. L., Szwedo, J. Circulating endothelial progenitor cells, microparticles and vascular disease. J Hypertens. 28 (8), 1611-1613 (2010).
  20. Nevskaya, T., et al. Circulating endothelial progenitor cells in systemic sclerosis are related to impaired angiogenesis and vascular disease manifestations. Ann Rheum Dis. 66, 67-67 (2007).
  21. Cebotari, S., et al. Clinical application of tissue engineered human heart valves using autologous progenitor cells. Circulation. 114, 132-137 (2006).
  22. Ito, H., et al. Endothelial progenitor cells as putative targets for angiostatin. Cancer Res. 59 (23), 5875-5877 (1999).
  23. Vasa, M., et al. Increase in circulating endothelial progenitor cells by statin therapy in patients with stable coronary artery disease. Circulation. 103 (24), 2885-2890 (2001).
  24. Wu, X., et al. Tissue-engineered microvessels on three-dimensional biodegradable scaffolds using human endothelial progenitor cells. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 287 (2), 480-487 (2004).
  25. Boyer, M., et al. Isolation of endothelial cells and their progenitor cells from human peripheral blood. J Vasc Surg. 31 (1), 181-189 (2000).
  26. Huber, B., Czaja, A. M., Kluger, P. J. Influence of epidermal growth factor (EGF) and hydrocortisone on the co-culture of mature adipocytes and endothelial cells for vascularized adipose tissue engineering. Cell Biol Int. 40 (5), 569-578 (2016).
  27. Sturdivant, N. M., Smith, S. G., Ali, S. F., Wolchok, J. C., Balachandran, K. Acetazolamide Mitigates Astrocyte Cellular Edema Following Mild Traumatic Brain Injury. Sci Rep. 6, 33330 (2016).
  28. Lam, N. T., Muldoon, T. J., Quinn, K. P., Rajaram, N., Balachandran, K. Valve interstitial cell contractile strength and metabolic state are dependent on its shape. Integr Biol (Camb). 8 (10), 1079-1089 (2016).
  29. Tandon, I., et al. Valve interstitial cell shape modulates cell contractility independent of cell phenotype. J Biomech. 49 (14), 3289-3297 (2016).
  30. Cockshell, M. P., Bonder, C. S. Isolation and Culture of Human CD133+ Non-adherent Endothelial Forming Cells. Bio-Protocol. 6 (7), (2016).

Play Video

Cite This Article
Ravishankar, P., Zeballos, M. A., Balachandran, K. Isolation of Endothelial Progenitor Cells from Human Umbilical Cord Blood. J. Vis. Exp. (127), e56021, doi:10.3791/56021 (2017).

View Video