Este protocolo descreve o isolamento, cultura e calcificação de células intersticiais do rato-derivado da válvula, um modelo altamente fisiológica em vitro da doença valvar aórtica calcífica (CAVD). Exploração deste modelo de rato facilita a pesquisa CAVD em explorar a célula e os mecanismos moleculares que estão subjacentes a este complexo processo patológico.
Valvopatia aórtica calcífica (CAVD) é caracterizada por espessamento progressivo dos folhetos da válvula aórtica. É uma condição frequentemente encontrada nos pacientes idosos e fase final da doença renal (DRT), que geralmente sofrem de hiperfosfatemia e hipercalcemia. Presentemente, existem sem terapias de medicação que podem parar sua progressão. Os mecanismos subjacentes a esse processo patológico permanecem obscuros. Folheto da válvula aórtica é composto por uma fina camada de células endoteliais de válvula (VECs) nas superfícies exteriores das cúspides da aorta, com células intersticiais de válvula (VICs) imprensadas entre os VECs. O uso de um modelo do rato permite o estudo em vitro de calcificação ectópica baseada na vivo soro fisiopatológicas fosfato (Pi) e os níveis de cálcio (Ca) dos pacientes que sofrem de hiperfosfatemia e hipercalcemia. O protocolo descrito detalha o isolamento de um rato puro população VIC, como mostrado pela expressão de marcadores de VIC: músculo liso-alfa actina (α-SMA) vimentina e tecido fator de crescimento beta (TGFβ) 1 e 2 e a ausência de cluster de diferenciação (CD) 31, um VEC marcador. Expandindo as vítimas, estudos bioquímicos, genéticos e de imagem podem ser realizados para estudar e desvendar os mediadores chaves subjacente CAVD.
A válvula aórtica saudável é composta de três folhetos, para que a distribuição do esforço mecânico durante a abertura e fechamento da válvula é repartida igualmente. Folheto da válvula tem uma estrutura definida de três camadas distintas: a fibro, spongiosa e ventricularis, que casa válvula células intersticiais (VICs) como o tipo de célula predominante. Essas três camadas são imprensadas entre duas camas de válvula células endoteliais (VECs)1.
VICs desempenham um papel fundamental na progressão de calcificar aórtica válvula calcificação (CAVD), a doença valvular cardíaca mais comum no mundo ocidental. CAVD é descrito como uma condição progressiva que ativamente regulada o tecido valvular e seu microambiente circundante. As mudanças celulares inicialmente causam espessamento fibrótico e eventualmente uma extensa calcificação dos folhetos da válvula aórtica. Isto então leva à estenose da valva aórtica significativa e, finalmente, deixou saída ventricular obstrução2, deixando a substituição cirúrgica da válvula como o tratamento só viável.
A fisiopatologia da CAVD é complexa, mas compartilha mecanismos semelhantes ao de mineralização óssea fisiológica3. Ao mesmo tempo, vários estudos têm demonstrado a capacidade de VICs submeter-se a trans-diferenciação osteogênica e calcificação4,5, os mecanismos subjacentes a esse processo ainda precisa ser totalmente elucidado, destacando o exigência crucial para um modelo viável e relevante em vitro de CAVD.
Trabalhos anteriores por um número de laboratórios com sucesso isolado vítimas de modelos de suínos e bovinos e culta essas células sob condições6,7,8de calcificação. Devido ao grande tamanho da válvula aórtica nesses modelos, isolamento de células através da digestão enzimática tem sido altamente eficaz na geração de populações puras de células. No entanto, estes modelos podem ser restritivos devido à limitada disponibilidade de ferramentas moleculares para espécies animais grandes. Em contraste, modelos de roedores permanecem vantajosos devido a custos relativamente mais baixos, potencial de manipulação genética e a ampla gama de ferramentas moleculares que estão prontamente disponíveis. No entanto, o isolamento das vítimas de pequenos modelos animais não é amplamente empregado, que é uma consequência provável das dificuldades encontradas ao trabalhar com amostras pequenas.
Este protocolo detalhado informa um método abrangente para o isolamento direto do rato vítimas. Por dissecção cuidadosa da válvula, seguida por uma série de digestões enzimáticas, vítimas podem ser isoladas e empregadas em uma grande variedade de técnicas experimentais, incluindo a expressão de gene, calcificação e cultura de células. Este modelo altamente relevantes em vitro de CAVD fará, sem dúvida, um contributo essencial para aumentar o nosso conhecimento deste processo patológico.
Este protocolo detalhado descreve um método prático para a aquisição de rato primária das vítimas, permitindo que o isolamento destas células de válvulas de coração de rato através de digestão enzimática. Nosso método mais suporta e estende-se o uso de um rato anteriormente relatados em vitro modelo para estudo de calcificação da valva aórtica13. O isolamento das vítimas da válvula aórtica apresenta o potencial de contaminação de VECs vizinhas. No entanto, nossos dados de imunofluorescência confirmam que a etapa de digestão inicial é suficiente para remover os VECs, tornando as células isoladas negativa para o marcador de células endoteliais, CD31. Além disso, α-SMA coloração confirma o fenótipo ativado das vítimas, que é necessário para a calcificação12.
Isolamentos de VIC anteriormente foram relatados em animal grande modelos6,7,8. No entanto, estas espécies são restringidas pelas limitado genéticas e moleculares ferramentas disponíveis para estudo a jusante, bem como sua acessibilidade restrita em laboratórios ao redor do mundo. Em contraste, tais ferramentas estão bem estabelecidas em roedores prontamente disponíveis e, portanto, a capacidade de isolar permite rato-derivado de vítimas uma maior capacidade de delineamento experimental. O uso de vítimas de ratos jovens também significa que as células são relativamente mais proliferativas que ratos mais velhos, exigindo, portanto, menos animais para produzir mais células. Embora os ratos estão prontamente acessíveis, mas devido a ratos tendo nomeadamente pequenas corações, o isolamento do mouse principal vítimas seria mais demoradas e consideravelmente mais animais seriam necessários para isolar o mesmo rendimento de células como o modelo de rato.
Uma vantagem significativa desta abordagem descrita é que as vítimas podem ser isoladas temporalmente do tipo selvagem e ratos transgênicos, bem como modelos do rato de lesão de válvula e doença cardiovascular. Usando o modelo de rato exigiria um maior número de animais para experiências em grande escala, portanto, para reduzir o uso de animais, rato primário das vítimas pode ser transformado para produzir uma linha de celular, uma vez que tem sido bem caracterizada.
Enquanto as graves implicações clínicas de CAVD são amplamente reconhecidas, os mecanismos causais subjacentes ainda precisa ser determinado. Além disso, a medicação eficaz terapias que podem prevenir e curar potencialmente calcificação da válvula aórtica não estão disponíveis no presente. A cultura de vítimas sob condições de calcificação, portanto, fornece um modelo altamente relevantes em vitro de CAVD. Mostramos que os níveis elevados de Ca e Pi induzem a calcificação em vitro de rato isolado vítimas com um concomitante aumento na expressão de marcadores de gene osteogênica Msx2, Alple Phospho1. É amplamente estabelecido que estes marcadores estão associados com o processo patológico de calcificação vascular14,15,16. Portanto, nossos dados mostram que a cultura de rato vítimas em calcificação médio é um modelo adequado com dedicada ao estudo de calcificação da válvula aórtica em vitro. De fato, estudos recentes de nosso laboratório utilizaram este modelo para demonstrar que Ca promove a calcificação da válvula aórtica através de enriquecimento anexina VI de VIC-derivado de matriz vesículas17.
Apesar dos benefícios de usar o rato vítimas e sua caracterização eficiente, existem ainda algumas limitações. Primeiro, o tamanho da população de VIC dentro válvulas do rato é muito pequeno, e, portanto, muitos animais são necessárias para gerar o número de células suficientes para estudos extensos em vitro . No entanto, é possível superar esta limitação por estudos preliminares de empresa em linhas de célula intersticial de válvula imortalizado, como relatado recentemente por nós18e posteriormente empregando culturas primárias para verificar e estendem estas conclusões.
Em resumo, o método descrito explica o sucesso isolamento, cultura e calcificação do rato primária das vítimas, que podem ser posteriormente avaliados usando uma variedade de análises, incluindo ensaios bioquímicos, bem como a proteína e análises de RNA. Este modelo oferece um sistema confiável e conveniente para se investigar CAVD em vitroe fornece uma ferramenta valiosa para investigar os mecanismos moleculares responsáveis por esta doença destrutiva.
The authors have nothing to disclose.
CD31 anticorpo usado foi um presente generoso do Dr. Karen Tan, Universidade de Edimburgo. Este estudo foi suportado pelo financiamento da biotecnologia e biológicos Sciences Research Council (BBSRC), sob a forma de uma subvenção de programa estratégico do Instituto (BB/J004316/1; BBS/E/D/20221657) (VEM e CF), um Instituto carreira caminho Fellowship BB/F023928/1 (VEM) e bolsa de estudo financiamento através de um caso de BBSRC 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 |