פרוטוקול זה מתאר את הבידוד, תרבות, הסתיידות של עכברוש-derived שסתום תאים ביניים, דגם מאוד פיזיולוגיים במבחנה של מחלת שסתום אבי העורקים calcific (CAVD). ניצול של מודל זה עכברוש מקלה על מחקר CAVD לחקור את התא ואת המנגנונים המולקולריים העומדים בבסיס תהליך פתולוגי מורכב זה.
מחלת שסתום אבי העורקים calcific (CAVD) מאופיין על ידי עיבוי הדרגתי של העלעלים שסתום אבי העורקים. . זה מצב לעתים קרובות נמצאו בחולי מחלת כליות (ESRD) קשישים, בשלב הסופי, הסובלים בדרך כלל היפרפוספטמיה שמוביל. כיום, ישנם טיפולים ללא טיפול תרופתי שיכול לעצור את התפתחותו. המנגנונים העומדים בבסיס תהליך פתולוגי זה אינן ברורות. העלעל שסתום אבי העורקים מורכב משכבה דקה של תאי אנדותל שסתום (VECs) על פני השטח החיצוני של cusps אבי העורקים, עם שסתום תאים ביניים (הקורבנות) דחוקה בין VECs. השימוש מודל עכברוש מאפשר המחקר במבחנה של הסתיידות חוץ רחמי בהתבסס על ויוו סרום physiopathological פוספט (Pi) רמות סידן (Ca) של חולים הסובלים היפרפוספטמיה שמוביל. הפרוטוקול המתואר פרטים הבידוד של חולדה טהור ויק האוכלוסייה כפי שמוצג על-ידי הביטוי של ויק סמני: שריר חלק-אלפא אקטין (α-SMA) vimentin ורקמות גורם הגדילה בטא (TGFβ) 1 ו-2, ואת העדר אשכול של בידול (CD) 31, VEC סמן. על ידי הרחבת הקורבנות, ניתן לבצע מחקרים ביוכימיים גנטיים, הדמיה כדי לחקור ולפצח המתווכים מפתח לגורם המרכזי עליו מושתתת CAVD.
שסתום אבי העורקים בריא מורכבת שלוש עלונים, שאליו חלוקת מכאניים במהלך פתיחת וסגירת המסתם במידה שווה לצפות. העלעל שסתום יש מבנה מוגדר של שלוש שכבות נפרדות: fibrosa, spongiosa, ventricularis, איזה בית שסתום תאים ביניים (הקורבנות) כסוג התא השולט. אלה שלוש שכבות הן דחוקה בין שתי מיטות של שסתום תאי אנדותל (VECs)1.
הקורבנות תפקיד קריטי בהתקדמות של Calcific אבי העורקים שסתום הסתיידות (CAVD), המחלה שסתום הלב הנפוצה ביותר בעולם המערבי. CAVD מתואר מצב מתקדם זה מוסדר באופן פעיל על ידי הרקמה valvular שלה microenvironment שמסביב. שינויים סלולריים לגרום בתחילה עיבוי שהותירה, ובסופו של הסתיידות נרחבת של העלעלים שסתום אבי העורקים. זה מוביל ואז היצרות מסתם אבי העורקים משמעותי ועזב בסופו של דבר, יצוא חדרית חסימה2, עוזב החלפת שסתום כירורגיים כמו הטיפול העתידי.
הפתופיזיולוגיה של CAVD הוא מורכב, אבל חולק מנגנונים דומים מינרליזציה עצם פיזיולוגיים3. בזמן, מספר מחקרים הדגימו את היכולת של הקורבנות לעבור osteogenic טרנס-בידול, הסתיידות4,5, המנגנונים לגורם המרכזי עליו מושתתת תהליך זה שעדיין לא להיות הובהר במלואו, המדגיש דרישה חיונית עבור מודל ריאלי ורלוונטי במבחנה של CAVD.
העבודות הקודמות על ידי מספר מעבדות יש בהצלחה מבודד הקורבנות חזירי דגמים שור, והוא תרבותי תאים אלה תחת calcifying תנאים-6,–7,–8. בשל גודלו של שסתום אבי העורקים במודלים אלה, בידוד של תאים דרך מערכת העיכול אנזימטי כבר יעילים ביצירת אוכלוסיות טהור של תאים. עם זאת, מודלים אלה יכולות להיות מגבילות עקב המוגבל של כלים עבור מיני בעלי חיים גדולים. לעומת זאת, מודלים מכרסמים נשארים יתרון עלויות נמוכות יחסית, פוטנציאל מניפולציה גנטית וכתוצאה את מערך נרחב של כלים הזמינים בקלות. עם זאת, בידודו של הקורבנות של מודלים בעלי חיים קטנים לא נרחב מועסק, וזו תוצאה סביר של הקשיים בעבודה עם דגימות רקמה קטנה.
פרוטוקול מפורט זה מדווח שיטה מקיפה הבידוד ישירה של חולדה ממין. על ידי ניתוח זהיר של השסתום, ואחריו סדרה של digestions אנזימטיות, הקורבנות יכולים להיות מבודדת, מועסקים במגוון רחב של טכניקות ניסיוני, כולל ביטוי לתרבות, הסתיידות, ג’ין תא. מודל זה מאוד רלוונטי במבחנה של CAVD יהפכו ללא ספק תרומה חיונית להגדלת הידע שלנו של תהליך פתולוגי.
פרוטוקול מפורט זה מתאר שיטה מעשית עבור הרכישה של עכברוש ראשי הקורבנות, המאפשר את ניתוקה של תאים אלה מן החולדה שסתומי הלב דרך מערכת העיכול אנזימטי. השיטה שלנו נוספת תומכת, מרחיב את השימוש שדווחה בעבר. החולדה במבחנה מודל ללמוד שסתום אבי העורקים הסתיידות13. בידודו של הקורבנות מן שסתום אבי העורקים מציג את פוטנציאל זיהום של VECs השכנה. עם זאת, הנתונים immunofluorescence שלנו מאשרים כי השלב הראשוני עיכול מספיקה להסיר את VECs, עיבוד תאים בודדים שלילי עבור דה מרקר תא אנדותל, CD31. יתר על כן, α-SMA מכתים מאשרת את פנוטיפ מופעל הקורבנות, אשר נדרש עבור הסתיידות12.
ויק ומשום בעבר דווח בחיה גדולה מודלים6,7,8. עם זאת, המינים הללו הם מוגבל על ידי מוגבל גנטית ומולקולרית הכלים הזמינים עבור המחקר במורד הזרם, כמו גם נגישות מוגבלת שלהם במעבדות ברחבי העולם. לעומת זאת, כלים כאלה מבוססים היטב מכרסמים זמינים, ולכן היכולת לבודד חולדה-derived הקורבנות מאפשר תכנון ניסויים קיבולת גדולה יותר. השימוש של הקורבנות של חולדות צעירות גם אומר כי התאים נמצאים יחסית proliferative יותר מאשר עכברים בוגרים, לכן הדורשים פחות חיות להניב יותר תאים. למרות עכברים נגישים בקלות, אבל בגלל עכברים שיש לבבות קטנים במיוחד, הבידוד של העכבר הראשי הקורבנות יהיה אורכת זמן רב ו בעלי חיים הרבה יותר יידרשו כדי לבודד את התשואה זהה של תאים כמודל חולדה.
יתרון משמעותי של גישה זו המתוארת היא כי הקורבנות ניתן לבודד חנותם של פראי סוג העכברים הטרנסגניים, כמו גם חולדה מודלים של מחלות לב וכלי דם ופציעות שסתום. שימוש במודל חולדה ידרוש מספר גדול יותר של בעלי חיים לניסויים בקנה מידה גדול, לכן כדי להפחית את השימוש בבעלי חיים, עכברוש ראשי הקורבנות יכול להיהפך כדי לייצר קו תא ברגע זה גם מאפיין.
בעוד ההשלכות קלינית חמורה של CAVD מזוהים באופן נרחב המנגנונים סיבתי כבסיס טרם להיקבע. בנוסף, מציגים תרופה יעילה טיפולים זה עשוי למנוע ולרפא פוטנציאל הסתיידות שסתום אבי העורקים אינם זמינים. התרבות של הקורבנות תחת calcifying תנאים ולכן מספק מודל מאוד רלוונטי במבחנה של CAVD. אנו מראים כי רמות גבוהות של Ca ו- Pi זירוז הסתיידות במבחנה של מבודדים חולדה ממין עם עלייה והמצוות בביטוי של סמנים ג’ין osteogenic Msx2, Alplו- Phospho1. זה נרחב נוסדה סמנים אלה קשורים עם תהליך פתולוגי של הסתיידות כלי הדם14,15,16. הנתונים שלנו להציג ולכן זו התרבות של החולדה הקורבנות calcifying בינוני דגם המתאים שבו ללמוד שסתום אבי העורקים הסתיידות חוץ גופית בתוך. ואכן, מחקרים שנעשו לאחרונה מן המעבדה שלנו נעזרו מודל זה להפגין Ca מקדמת את שסתום אבי העורקים הסתיידות דרך העשרת Annexin השישי של מטריקס ויק-derived שלפוחית17.
למרות היתרונות של שימוש חולדה ממין ואיפיונן יעיל, כמה מגבלות עדיין קיים. ראשית, גודל האוכלוסייה ויק בתוך חולדה שסתומים הוא קטן מאוד, ולכן בעלי חיים רבים נדרשים על מנת ליצור תא מספיקים ללימודים נרחב במבחנה . עם זאת, ניתן להתגבר על מגבלה זו על-ידי התחייבות מחקרים ראשוניים בקווים תא interstitial מונצחים שסתום, כפי שדווח על ידי אותנו לאחרונה18, לאחר מכן העסקת תרבויות הראשי כדי לוודא ולהרחיב את הממצאים הללו.
לסיכום, השיטה המתוארת מסביר את הבידוד מוצלח, תרבות, הסתיידות של עכברוש ראשי הקורבנות, אשר עשוי להיות לאחר מכן בדקו באמצעות מגוון של ניתוחים כולל מבחני הביוכימי, כמו גם חלבון וניתוחים RNA. מודל זה מציע מערכת אמינה ונוחה בהם לחקור CAVD במבחנה, ומספק כלי רב ערך עבור חוקרים המנגנון המולקולרי האחראי על המחלה ההרסנית הזאת.
The authors have nothing to disclose.
נוגדנים CD31 פעם היה מתנה נדיבה של ד ר קארן טאן, באוניברסיטת אדינבורו. מחקר זה נתמך על ידי מימון ביוטכנולוגיה ו ביולוגי מדעי מחקר המועצה (BBSRC), בדמות המכון אסטרטגי תוכנית גרנט (BB/J004316/1; BBS/E/D/20221657) (VEM ו- CF), BB/F023928/1 מלגת נתיב (VEM) של המכון הקריירה, ומימון studentship ויה BBSRC במקרה Studentship BB/K011618/1 (LC).
Dissection scissors | World Precision Instruments | 14393 | Autoclave before use. |
Spring curved (14 cm) | World Precision Instruments | 14112 | Autoclave before use. |
Spring straight (8 mm blade) | World Precision Instruments | 15905 | Autoclave before use. |
SuperFine Vannas scissors (3 mm blade, 8 cm) | World Precision Instruments | 501778 | Autoclave before use. |
Dumont #5 tweezers (11 cm) | World Precision Instruments | 500342 | Autoclave before use. |
DMEM-F12 | Thermo Fisher Scientific | 11320074 | |
Foetal bovine serum | Thermo Fisher Scientific | 10500064 | Filter before adding to culture medium. |
Gentamicin | Thermo Fisher Scientific | 15710049 | |
Absolute ethanol | Thermo Fisher Scientific | E/0650DF/17 | Dilute to 70% v/v in distilled water. |
Hydrochloric acid (HCl) | Thermo Fisher Scientific | H1150PB17 | Dilute to 0.6M with distilled water. |
Sodium hydroxide (NaOH) | Thermo Fisher Scientific | UN1823 | Dilute to 0.1M with distilled water. |
DAPI | Thermo Fisher Scientific | P36931 | |
Alexa Fluor 594 goat anti-mouse antibody | Thermo Fisher Scientific | A11005 | 1/250 dilution in antibody dilution buffer. |
Alexa Fluor 488 donkey anti-rabbit antibody | Thermo Fisher Scientific | A21206 | 1/250 dilution in antibody dilution buffer. |
Superscript II kit | Thermo Fisher Scientific | 18064014 | |
dNTP | Thermo Fisher Scientific | 18427013 | |
Random primers | Thermo Fisher Scientific | P/N58875 | |
Taq Polymerase kit | Thermo Fisher Scientific | 18038026 | |
Tris/Borate/EDTA (TBE) | Thermo Fisher Scientific | AM9863 | Dilute to 1x with distlled water, before use. |
Agarose | Thermo Fisher Scientific | 16500 | 2% in 1x Tris/Borate/EDTA(TBE). |
Lysis buffer (RIPA) | Thermo Fisher Scientific | 89900 | |
T75 flask | Thermo Fisher Scientific | 156472 | |
T175 flask | Thermo Fisher Scientific | 159920 | |
qPCR plates | Thermo Fisher Scientific | AB0990 | |
Rat Msx2 primer | Qiagen | QT01084090 | |
Rat Alpl primer | Qiagen | QT00190680 | |
Rat Enpp1 primer | Qiagen | QT00181426 | |
RNeasy minikit | Qiagen | 74104 | |
6-well plates | Sigma | CLS3516 | |
T25 flask | Sigma | CLS430639 | |
Monobasic phosphate | Sigma | S5011 | |
Dibasic phosphate | Sigma | S5136 | |
Calcium chloride | Sigma | C1016 | |
Sodium dodecyl sulphate (SDS) | Sigma | 5030 | Dilute to 0.1% with 0.1M NaOH. |
Paraformaldehyde | Sigma | P6148 | Dilute to 4% with PBS. |
Triton X100 | Sigma | X100 | |
Bovine serum albumin (BSA) | Sigma | A3059 | |
Alizarin red S | Sigma | A5533 | Make up to 2% with distilled water, and adjust to pH 4.2. |
TGFβ-1 primer pair: f: GCTACCATGCCAACTTCTGT r: TGTGTTGGTTGTAGAGGGCA | Sigma | Concentration used: 10 μM | |
TGFβ-2 primer pair: f: GAAGGCAGAGTTCAGGGTCT r: CGCTGGGTTGGAGATGTTAG | Sigma | Concentration used: 10 μM | |
Monoclonal Anti-β-Actin−Peroxidase antibody produced in mouse | Sigma | A3854 | 1/50000 dilution in 5% BSA in tris-buffered saline + 0.1% Tween (TBS/T). |
Mouse anti-vimentin antibody | Sigma | v6389 | 1/900 dilution in antibody dilution buffer (1x phosphate buffered saline (PBS), 1% bovine serum albumin (BSA), 0.3% Triton X-100). |
Mouse IgG | Sigma | I5381 | Diluted to the same stock concentration as mouse anti-vimentin antibody prior to dilution in antibody dilution buffer. |
Rabbit IgG | GeneTex | GTX35035 | Diluted to the same stock concentration as rabbit anti-α-smooth muscle actin antibody prior to dilution in antibody dilution buffer. |
Rabbit anti-α-smooth muscle actin antibody | Abcam | ab5694 | 1/200 dilution in antibody dilution buffer. |
Rabbit anti-CD31 | Abcam | ab28364 | 1/50 dilution in 5% BSA inTBS/T. |
HRP-conjugated goat anti-rabbit antibody | Dako | P0448 | 1/3000 dilution in in 5% BSA in TBS/T. |
Collagenase II | Worthington | 41512862 | Adjust to 425 U/mL with distilled water, and then filter. |
SYBR green mastermix | Primerdesign | PrecisionPLUS-MX-SY | |
Calcium assay kit | Randox | CA590 | |
DC protein assay kit | Bio-Rad | 5000111 | |
ECL reagent | GE Healthcare | RPN2109 | |
Hyperfilm ECL | GE Healthcare | 28906837 | |
Nitrocellulose membrane | GE Healthcare | 10600007 | |
PCR ladder | Bioline | BIO-33057 | |
Loading dye for gel electrophoresis | New England Biolabs | B7025S | |
Syringe filters (0.22 μm) | Merck Millipore | SLGP033RS | |
Coverslips | Scientific Laboratory Supplies LTD | MIC3100 | |
Hematocytometer | Marienfeld Superior | 640030 | |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Camera set up for Alizarin red images: | |||
Camera | Nikon D800 | ||
Lens | Nikon AF_s Micro, Nikko 105 mm, 1:2.8 GED |