このプロトコルでは、分離、カルチャ、および石灰化弁のラット由来間質細胞の石灰性大動脈弁疾患 (CAVD) の高い生理生体外モデルをについて説明します。このモデルラットの搾取は、CAVD セルとこの複雑な病理学的プロセスの根底にある分子メカニズムを探る研究を促進します。
石灰性大動脈弁疾患 (CAVD) は、大動脈弁のリーフレットの進歩的な肥厚が特徴です。一般的高りん血症、高カルシウム血症に苦しむ人腎臓病 (ESRD) 患者、高齢者や終末期に頻繁にある状態です。現時点では、その進行を止めることができます薬物療法がないです。この病理学的プロセスの基になるメカニズムは不明します。大動脈弁尖が弁血管内皮細胞 (VECs) の薄層弁間質細胞 (VICs)、VECs に挟まれたとの大動脈弁尖の外側表面上で構成されます。ラット モデル使用する生体内でphysiopathological 血清リン酸 (Pi) と高りん血症、高カルシウム血症に苦しむ患者のカルシウム (Ca) 濃度に基づく異所性石灰化の生体外で研究。記述されていたプロトコル ヴィック マーカーの式で示すように、純粋なラット ビクトリア州人口の分離の詳細: α-平滑筋アクチン (α SMA) ビメンチンと組織成長因子 β (TGFβ) 1、2 と分化 (CD) 31、VEC のクラスターがない場合マーカー。これらの VICs を展開して研究し、CAVD を支える重要な仲介物質を解明する生化学的、遺伝子およびイメージングの研究を実行できます。
健康な大動脈弁は、バルブの開閉時の機械的応力分布は均等に分配する 3 つのリーフレットで構成されます。弁尖が定義した 3 つの層の構造: 線維、海綿と ventricularis、どの家が優勢な細胞型と間質細胞 (VICs) をバルブします。これらの 3 つの層に挟まれた弁血管内皮細胞 (VECs)12 台のベッド。
VICs は、進行の石灰性大動脈弁石灰化 (CAVD)、西部の世界で最も一般的な心臓弁疾患で重要な役割を果たします。CAVD は積極的に弁膜組織とその周囲の微小環境によって調節される進歩的な条件として記述されます。携帯電話の変更は、当初、線維性肥厚と最終的に大動脈弁尖の広範な石灰化を引き起こします。これは、重要な大動脈弁狭窄につながる、最終的には、左室流出路閉塞2、唯一の可能な治療として外科的な弁置換を残してします。
CAVD の病態が複雑な生理学的な骨の鉱化作用の3に同じようなメカニズムを共有します。ながら、研究の数は、骨トランス分化および石灰化4,5を受けるための VICs の能力を示している、このプロセスを支えるメカニズムがまだ完全に解明されて強調表示、CAVD の実現と関連する体外モデルの重要な要件です。
研究所の数によって前作が正常にブタとウシのモデルから VICs を分離し、石灰化条件6,7,8の下でこれらの細胞を培養します。これらのモデルの大動脈弁のサイズが大きいため酵素消化を通って細胞の分離はセルの純粋な人口を生成する非常に効果的なされています。ただし、これらのモデルは大型動物種における分子ツールの限定のために制限することができます。対照的に、齧歯動物モデルの比較的低コスト、遺伝子操作の可能性、容易に利用可能な分子ツールの広範な配列による有利なまま。ただし、小型動物モデルからの VICs の隔離は広く採用されない、小さい組織サンプルを扱うときの問題の起こりそうな結果であります。
この詳細なプロトコルは、ラット VICs の直接の隔離のための包括的な法を報告します。酵素の消化力のシリーズに続く、バルブを細かくして VICs を分離し、さまざまな実験、細胞培養、石灰化と遺伝子発現を含むで採用できます。この関連性の高い体外モデル CAVD の間違いなくこの病理学的プロセスの私達の知識の向上に不可欠な貢献になります。
この詳細なプロトコルでは、初代ラット VICs、酵素消化によるラット心臓弁からこれらのセルの隔離の有効化の獲得のための実用的な方法について説明します。私たちのメソッドは、さらにサポートし、大動脈弁石灰化13を勉強する以前に報告されたラットの in vitroモデルの用途が広がります。大動脈弁からの VICs の隔離は、隣接 VECs から汚染の可能性を紹介します。ただし、蛍光抗体法によりデータは初期消化手順が VECs は、血管内皮細胞マーカー、CD31 陰性隔離されたセルのレンダリングを削除するための十分なことを確認します。さらに、α SMA の染色は、石灰化12に必要な VICs のアクティブ化された表現型を確認します。
ビクトリア州の分離は、以前報告されている大型動物モデル6,7,8。ただし、これらの種は、限られた下流の研究だけでなく、世界中の研究所で、アクセシビリティが制限されて利用可能なツールの遺伝学的および分子によって制限されます。対照的に、このようなツールは容易に入手できる齧歯動物およびしたがって、ラット由来の VICs により大容量の実験的なデザインを分離する機能に定評。幼若ラットから VICs の使用はまた細胞が比較的より古いラット、したがってより多くの細胞を生成するための動物を必要とするよりも増殖を意味します。マウスが容易にアクセスできるが、マウスのため、分離の特に小さい心を持つマウスの主の VICs は、時間がかかるだろうし、かなり多くの動物はラットのモデルとしてセルの同じ収量を分離する必要があります。
この記述方法の重要な利点は VICs が野生型遺伝子導入ラットと心血管疾患と弁の傷害のモデルラットから一時的に分離することができます。モデルラットを用いた多数動物の大規模な実験、したがってをする必要が動物の使用を減らす、初代ラット VICs は一度も特徴とされているセルの行を生成する変換ことができます。
CAVD の厳しい臨床的意義が広く認識しながら根本的な原因となるメカニズムまだ覚悟しなければなりません。さらに、できなくなり、大動脈弁の石灰化を治す可能性のある治療法は利用できませんでの効果的な薬を提示します。石灰化する条件の下で VICs の文化したがって、CAVD の関連性の高い体外モデルを提供します。Ca と Pi レベルの上昇がラット骨遺伝子マーカー Msx2、 Alpl、およびPhospho1の発現の増加と VICs の試験管に石灰化を誘導するを紹介します。広く、これらのマーカーは、血管石灰化14,15,16の病理学的プロセスに関連付けられているを設立します。我々 のデータしたがってラット VICs 石灰化する中での文化が大動脈弁石灰化の培養を研究するための適切なモデルであることを示します。確かに、当研究室の最近の研究は、Ca がヴィック由来の小胞の17のアネキシン VI 濃縮によって大動脈弁の石灰化を促進することを示すこのモデルを活用しています。
ラット VICs とその効率的な特性を使用しての利点があるにもかかわらず、いくつかの制限はまだ存在します。まず、ラット バルブ内のビクトリア州人口のサイズは非常に小さい、従って多くの動物は広範な生体外で研究の十分なセル番号を生成するために必要な。ただし、不死化弁間質細胞ライン、18、私たちによって最近報告されて、確認し、これらの調査結果を拡張後に初代培養を用いた予備的な調査を実施しこの制限を克服することが可能です。
要約すると、この方法は、分離を成功させる、カルチャ、およびプライマリ ラット VICs は、その後様々 な生化学的な試金蛋白質など分析・ RNA 解析を使用して査定されるかもしれないの石灰化について説明します。このモデルは、CAVD体外、調査される信頼性と便利なシステムを提供しています、この破壊的な疾患の分子機構を調査するための貴重なツールを提供します。
The authors have nothing to disclose.
CD31 抗体の使用は、博士カレン ・ タン、エジンバラ大学から寛大な贈り物だった。本研究は、バイオ テクノロジーと研究所戦略的プログラム助成 (BB/J004316/1; の形で生物科学研究会議 (BBSRC) からの資金によって支えられました。BBS/E/D/20221657) (系粘弾性体と CF)、研究所キャリア パス交わり BB/F023928/1 (系粘弾性体)、および就労資金 BBSRC 場合就労 BB/K011618/1 (LC) を経由。
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 |