In diesem Artikel wird eine Methode zur Isolierung mesenchymaler Stromazellen Herzzellen von Endomyocardial bioptischen Proben von Arrhythmogenic Kardiomyopathie Patienten bereitgestellt. Deren Charakterisierung und das Protokoll zum steigern Sie ihre adipogenen Differenzierung werden beschrieben.
Ein normales Erwachsenen Herz besteht aus mehreren verschiedenen Zelltypen, unter denen Herzmuskelzellen mesenchymale Stromazellen eine reiche Bevölkerung darstellen. Die Isolation dieser Zellen bietet die Möglichkeit, ihre Beteiligung an Herzkrankheiten zu studieren und darüber hinaus eine nützliche Primärzelle Modell um biologische Mechanismen zu untersuchen.
Hier wird die Methode für die Isolierung von C-MSC von bioptischen Proben Arrhythmogenic Kardiomyopathie Patienten beschrieben. Endomyocardial Biopsie Probenahme ist in den rechtsventrikuläre an der Narbe durch Elektro-anatomischen Mapping visualisiert angrenzenden Gebieten geführt. Die Verdauung von Biopsien in Kollagenase und ihre Beschichtung auf einer Plastikschale in Kulturmedium C-MSC Wachstum ermöglichen wird beschrieben. Die isolierten Zellen können in der Kultur für mehrere Passagen erweitert werden. Um ihre mesenchymalen Phänotyp zu bestätigen, ist die Beschreibung der Immuno-phänotypischen Charakterisierung bereitgestellt. C-MSC sind in der Lage, sich in verschiedene Zelltypen wie Adipozyten, Chondrozyten und Osteoblasten differenzieren: im Rahmen der ACM, gekennzeichnet durch Adipocyte Ablagerungen im Herzen von Patienten, die Protokolle für die adipogenen Differenzierung von C-MSC und die Charakterisierung von Lipid Droplet Ansammlung werden beschrieben.
Mesenchymaler Stromazellen Zellen (MSC) sind adulte Zellen mit eine wichtige unterstützende Funktion in vielen Geweben1. Knochenmark stellt die historische Quelle von MSC, aber sie können aus verschiedenen Geweben einschließlich Plazenta, Fettgewebe, Nabelschnurblut, Leber und Herz1,2isoliert werden.
Im Jahr 2006 der internationalen Gesellschaft für zelluläre Therapie (ISCT) angegeben, zum ersten Mal die minimalen Kriterien, um menschliche MSC3definieren. Insbesondere muss MSC Kunststoff einhalten können. Spezifische Oberfläche Antigene ausdrücken: die Positivität CD31 hämatopoetischen und endotheliale Marker kennzeichnen für CD44, CD105 und CD29 CD90 mesenchymalen Marker und die Negativität für CD14, CD45, CD34, MSC. Aufgrund der fehlenden Ausdruck der HLA-DR MSC können Alloreactivity auslösen. Darüber hinaus sind sie multipotente Zellen mit dem Potential, in Richtung adipogenen, Knorpelzelltransplantation und Osteoblasten Linien1,3zu unterscheiden.
Fokussierung auf die kardiale zelluläre Zusammensetzung, sind mesenchymale Stromazellen Herzmuskelzellen (C-MSC) reichlich in einer normalen Erwachsenen Herzen4,5. Sie spielen eine entscheidende Rolle sowohl in der normalen Herzfunktion und pathologischen Bedingungen. Weile, physiologisch, C-MSC bieten eine Mikroumgebung, die die strukturelle und funktionelle Integrität der Herzmuskel unterstützt, bei Herzkrankheiten werden sie aktiviert in Reaktion auf eine Verletzung der Herzen an der Wundheilung und fibrotische Umbau6 ,7.
Die Einbeziehung der C-MSC Arrhythmogenic Kardiomyopathie (ACM) adipösen Ersatz neuerdings gezeigt8. ACM ist insbesondere eine genetische Erkrankung, die im Wesentlichen verursacht durch Mutationen in Desmosomal Genen, die zu Herzinfarkt Fibro-fetthaltige Ersatz, vor allem in der rechten Herzkammer9führen. Diese Substitution, erstreckt sich vom Epicardium bis Endokards, schafft ein nicht leitendem Substrat, das entlockt progressiven Herzinsuffizienz und verschlechtert ventrikuläre Arrhythmien, die in schweren Fällen zum plötzlichen Herztod führen können. Sommariva Et al. demonstriert die mesenchymale Herkunft der Pre Adipozyten in ACM Patienten explantierten Herzen Abschnitte vorhanden. Darüber hinaus C-MSC von Endomyocardial Biopsie ACM Herzen ausdrückliche Desmosomal Gene isoliert und daher durch ihre Mutationen beeinträchtigt werden kann. Insbesondere unter adipogenen Bedingungen, ACM C-MSC mehr Lipide als jene aus Kontrolle Herzen ansammeln. Diese Beweise führt zu dem Schluss, dass C-MSC sowohl eine aktive Rolle in der Pathogenese der Krankheit haben und stellen eine gültige Zellenmodell ACM zu studieren.
Zur Erleichterung der Zukunftsforschung in diesem Zusammenhang oder bei anderen Herzkrankheiten, für die eine Herzbiopsie angegeben ist, wird ein detailliertes Protokoll für die Isolierung von C-MSC aus kleine Fragmente von Endomyocardial Gewebe, ihre Expansion, deren Immuno-phänotypisch vorgestellt. Charakterisierung und adipogenen Differenzierung.
MSC und C-MSC: MSC werden multipotente Zellen in den Stromazellen Bruchteil der verschiedenen adulten Geweben, wie Knochenmark, Fettgewebe, Knorpel, Gehirn, Haut, fetale Anhänge und Herz12ansässig. Verschiedene Studien wurden durchgeführt, um zu isolieren und zu charakterisieren sie für potenzielle Anwendungen in Grundlagen- und translationale Forschung12,13.
Unter gesunden Bedingungen sind MSC Ruhestrom, selbst erneuernde bei günstigen Tarifen14. Da sie auf pathologische Veränderungen der Umwelt ausgesetzt sind, reagieren sie Förderung Gewebe Umbau durch direkte Transdifferenzierung, Matrix Ablagerung oder parakrine Wirkung14.
Die kardiale MSC (C-MSC) stellen eine große nicht-Myozyten Zellpopulation des Herz-4. Sie stammen aus der Epicardium und Wandern in den Herzmuskel in den Prozess der epitheliale-mesenchymale Transition15. Sie tragen zu den mechanischen und elektrischen Integrität der kardialen Struktur, im physiologischen und pathologischen Zuständen, durch Interaktionen mit Kardiomyozyten und extrazelluläre Matrix Homöostase7,16. Allerdings ist die Breite C-MSC-Funktionen noch nicht vollständig verstanden. Eine tiefere Kenntnis ihrer Rolle, die beide in physiologischen und pathologischen Bedingungen durch in-vitro- Studien gefördert werden können nach ihrer Isolation durchgeführt.
C-MSC wurden aus verschiedenen Bezirken des menschlichen Herzens, wie z. B. die atrial Appendage2,17 und rechte Herzkammer18gewonnen.
Vor kurzem, C-MSC aus menschlichen rechtsventrikuläre Endomyocardial bioptischen Proben gewonnen wurden8, zeigen, dass die Quelle Gewebe so wenig wie 3-5 mg sein könnte.
Anwendungsmöglichkeiten: In diesem Manuskript beschriebene Methode erlaubt die Erlangung Zellen mit wenigen einfachen Passagen, wie Verdauung und Auswahl für die Einhaltung der Kunststoff, aus sehr kleinen Herzen Exemplare.
C-MSC kann eine Handy-Modell angesehen werden, da sie einfach zu verstärken und in-vitro-beizubehalten, und sind in der Lage, sich in Zellen mesenchymaler Herkunft (Endothel, Osteozyten und Adipozyten) differenzieren. Darüber hinaus stellt die Möglichkeit der Zellgewinnung direkt vom Patienten eine große in-vitro- Werkzeug für mechanistische Studien im Zusammenhang mit der personalisierten/Präzision Medizin dar. In der Tat, diese Zellen tragen die genetische Hintergrund und schließlich bestimmte Mutationen der Geber und werden durch die spezifischen Patienten Merkmale, wie Krankheitsbilder, Alter, Geschlecht, Lebensstil und Medikamente beeinflusst. Darüber hinaus kann die Möglichkeit für verschiedene Marker zu sortieren die Studie von spezifischen C-MSC Teilmengen19ermöglichen.
C-MSC sind dafür bekannt, aktive Spieler in verschiedenen kardiovaskulären Erkrankungen, vor allem geprägt von negativen Umgestaltung des Herzens sein. Deshalb sind sie Kandidat Ziele für neue therapeutische Strategien gegen Herzkrankheiten8,20.
C-MSC Stamm-ähnliche Eigenschaften und ihren Mangel an bedeutenden Immunogenität schlägt ihre mögliche Anwendung in der Zelltherapie für kardiale regenerative Medizin. In der Tat könnte wie MSC aus Knochenmark oder anderen Quellen, C-MSC potenziell in autologen und allogenen Einstellungen, ohne die Notwendigkeit für den Abgleich zwischen Spender und Empfänger21verwendet werden.
Darüber hinaus haben C-MSC, direkt von Herzgewebe, isoliert den Vorteil wird durch die kardiale Mikro-Umgebung und das epigenetische Profil vorkonditioniert. Dies könnte im Rahmen der kardialen regenerativen Medizin besonders wichtig, um erfolgreiche Ergebnisse zu erzielen.
Bisher identifiziert präklinische Studien der regenerativen Medizin nützliches therapeutisches Potenzial in der C-MSC und deren parakrine Aktivität18,22,23. Wichtiger ist, sind klinische Studien, in denen die Zelle Quelle das Herz ist, im Gange mit Cardiosfere gewonnenen Zellen oder Subpopulationen von C-MSC13,24,25. Jedoch können für Bone-Marrow-derived MSC, verschiedene Protokolle klinische Klasse C-MSC26erhalten erforderlich.
C-Master of Science in ACM: Die vorgestellte Protokoll ist vor allem geeignet für die Erforschung von Krankheiten, für die eine endokardialen Biopsie indiziert ist. ACM Patienten unterziehen bioptischen Verfahren für Diagnosezwecke27. Der Herzmuskel wird allmählich durch Narbengewebe, ein elektrisch inert Gewebe bestehend aus Adipozyten und Fibrose ersetzt. Um die bioptischen Probenahme zu den Narbenbereich führen wo die diagnostische Ausbeute maximal ist, ist Endomyocardial Zuordnung verwendete10,28,29. In diesem Protokoll verwendeten Proben sind im Grenzgebiet von erkranktem Myokard.
Sommariva Et Al. hat vor kurzem eine zentrale Rolle des C-MSC definiert, in der Pathogenese der ACM8, zeigen, dass C-MSC aktiven Spielern in ACM Herz angereizte, da Präadipozyten in jene Herzen mesenchymalen Ursprungs sind. Darüber hinaus isoliert C-MSC mit dem vorliegenden Protokoll von ACM Patienten Biopsien zeigten mehr Neigung zur Lipid-Akkumulation und angereizte als Kontrollen. Aus diesem Grund konnte diese Zellen verwendet werden, um die molekularen Mechanismen der ACM, beweisen ihre Eignung als einem Zellmodell für mechanistische Studien9zu bestätigen.
Einschränkungen und wichtige Schritte: Trotz der Vorteile der Beschaffung von C-MSC direkt vom Patienten (siehe Abschnitt “Anwendungen”), wird dieses Protokoll unterschiedliche Einschränkungen unterworfen.
Zu aller erst die kardiale bioptischen Verfahren ist invasiv und oft vermieden werden, wenn nicht unbedingt notwendig. In der Tat ist die Probenahme Herzgewebe sowohl ethisch als auch technisch problematisch. Gründe für die Durchführung einer Herzbiopsie können die Verwirklichung der eine eindeutige Diagnose im Rahmen der Kardiomyopathien in Differentialdiagnose, Überwachung des Zustands der kardialen Transplantationen oder Feststellung der Anwesenheit von ein Herz Tumor30sein. Daher können nur Patienten, für die eine Endomyocardial Biopsie durch Konsens Anweisung31 angegeben ist, für die Erforschung von C-MSC angemeldet werden. Darüber hinaus kann das kardiale bioptischen Verfahren klinische Komplikationen, vor allem in cardiomyopathic Herzen haben. Daher der Elektrophysiologe Kostproben sind immer vorsichtig und bioptischen Proben wäre sehr klein, die Isolation der Zellen zu beeinträchtigen. Zukünftige Experimente könnte dieses Problem durch tuning Kollagenase Konzentration oder Timing der Verdauung überwinden.
C-MSC, zeigen als alle primären humanen Zellen eine hohe Variabilität unter verschiedenen Themen in alle Phänotypen. In der Tat sind Zellen aus verschiedenen Fächern nicht nur genetisch verschieden, sondern auch unterworfenen Variable Umwelt Klimaanlage. Insbesondere wird in diesem Experiment, eine hohe Variabilität in Isolation, Wachstum und adipogenen Differenzierung beobachtet.
Wichtige Schritte dieses Protokolls müssen anerkannt werden. Wenn das bioptischen Beispiel Kapillaren enthält, müssen sie entfernt werden, um die parallele Isolation der Endothelzellen, zu vermeiden, kann die C-MSC-Kultur verunreinigen, und kann durch die FACS-Analyse (Positivität für CD31) nachgewiesen werden. Um eine effiziente adipogenen Differenzierung zu erhalten, müssen die Zellen in einer aktiven Wachstumsphase sein. Der Grad der Zusammenfluss kann auch Lipid-Ansammlung beeinflussen.
Bedeutung der Methode: In Bezug auf die bisherigen Methoden der Isolierung mesenchymaler Stromazellen Zellen ist dies das erste Mal wo die Beschreibung des C-MSC Einholung direkt von ventrikulären bioptischen Humanproben im Detail vorgeschlagen. Obwohl diese Methode für die Verarbeitung von ACM Patientenproben vorgeschlagen wird, ist es möglicherweise für alle Patienten, für die eine Herzbiopsie angegeben ist.
Dieses Protokoll stellt eine nützliche Umsetzung der bisherigen Methoden für die Einholung der Zellen, die größere kardiale Proben32, erforderlich, die oft schwer zu erfassen sind.
Darüber hinaus bildet der Probe eine interessante Neuerung. Während die ventrikuläre Biopsie in der Regel auf das Septum33durchgeführt wird, berücksichtigt dieses Protokolls Konto Proben aus der rechtsventrikuläre freie Wand. Zellen aus der erkrankten rechtsventrikuläre Bezirk möglicherweise weitere Vertreter des pathologischen Status von Krankheiten mit RV
Darüber hinaus sind einige der in diesem Protokoll verwendeten Reagenzien in Bezug auf andere C-MSC Isolation und Differenzierung Methoden32verschiedene. Zum Beispiel die Art der Kollagenase vorgeschlagen, in diesem Manuskript ist eine Mischung aus der Klasse I und Klasse II Collagenases durch ein ausgewogenes Verhältnis von proteolytischen Aktivitäten. Darüber hinaus besteht der Aufschlusslösung aus der Kollagenase-Mix in dem gleichen basal Medium (IMDM) verwendet für die Herstellung von C-MSC Kulturmedium, so dass isolierte C-MSC Anpassung an zukünftige Wachstumsbedingungen aufgelöst.
Darüber hinaus obwohl Sortierung Verfahren die Zelle Charge, mit der gesamten C-MSC-Bevölkerung, standardisieren könnten nur durch die Einhaltung von Kunststoff-Eigenschaft dieser Zellen isoliert, stellt eine Vereinfachung ohne Veränderung der immunophenotypic Eigenschaften von C-MSC. Die Zusammensetzung des T. ADIPO vorgeschlagen, in diesem Manuskript ist in der Lage zu adipogenen Differenzierung, Vermeidung der metabolischen Dysregulation durch andere Komponenten wie z. B. Insulin induziert führen.
Darüber hinaus bietet die vorgeschlagene Methode der Lipid Ansammlung Quantifizierung, basiert auf der Bewertung der ORO farbmetrischen Intensität, mehr Informationen über die Menge der angesammelten Lipide mit Methoden, die nur ausgehend vom prozentualen Anteil im Vergleich von Zellen positiv auf die ORO-Färbung. Oft Lipid Ansammlung wird durch Extraktion das ORO quantifiziert durch Zellen mit Isopropanol und Messung der Extinktion aufgenommen. Allerdings ist diese Methode erfordert mehr Passagen und Variabilität durch Isopropanol Verdunstung ausgesetzt ist.
The authors have nothing to disclose.
Diese Arbeit wurde vom italienischen Gesundheitsministerium, Ricerca Corrente, Centro Cardiologico Monzino-IRCCS finanziert.
IMDM | Gibco by Life Technologies | 12440053 | |
Fetal Bovine Serum (FBS) | Sigma-Aldrich | F2442 | |
PENICILLIN STREPTOMYCIN | Life Technologies Italia | 15140122 | |
Collagenase NB4 | Serva | 17454.02 | |
Basic fibroblast growth factor | Peprotech | 100-18B | |
L-glutammine | Sigma-Aldrich | G7513 | |
PBS | Lonza | 17-516F | |
Tryple select 1X (cell dissociation reagent) | Gibco | 12563029 | |
EDTA | Sigma-Aldrich | EDS | |
Trypsin-EDTA solution | Sigma-Aldrich | T6689 | |
Bovine Serum Albumin | Sigma-Aldrich | A2058 | |
3-Isobutyl-1-methylxanthine | Sigma-Aldrich | I5879 | |
Hydrocortisone | Sigma-Aldrich | H4001 | |
Indomethacin | Sigma-Aldrich | I7378 | |
Oil Red O | Sigma-Aldrich | O0625 | |
Isopropanol | Sigma-Aldrich | I9516 | |
Paraformaldehyde (PFA) Solution 4% in PBS | D.b.a. Italia S.r.l. | sc-281692 | |
Dimethyl Sulfoxide (DMSO) | Sigma-Aldrich | 276855 | |
Antibody CD14-FITC (MφP9) | Becton Dickinson | 345784 | |
Antibody Integrin β1 (CD29)-PE (clone MAR4) | Becton Dickinson | 561795 | |
Antibody PECAM-1 (CD31)- APC (clone 9G11) | R&D Systems | FAB3567A | |
Antibody Hematopoietic progenitor cell antigen (CD34)-APC (clone 581) | Thermo Fisher Scientific | CD34-581-05 | |
Antibody H-CAM (CD44)-PE (clone G44-26) | Becton Dickinson | 561858 | |
Antibody L-CA (CD45)-APC (clone HI30) | Thermo Fisher Scientific | MHCD4505-4 | |
Antibody THY1 (CD90)-FITC (clone 5E10) | Becton Dickinson | 561969 | |
Antibody Endoglin (CD105)-APC (clone 266) | Becton Dickinson | 562408 | |
Antibody HLA-DR-FITC (clone L243) | Becton Dickinson | 347400 |
|
Gima Quick Plus sterilizer | Gima | 35642 | |
Bench centrifuge Sigma 3-16K | Sigma Centrifuges | 10330 | |
Mr. Frosty Freezing Container | Thermo Fisher Scientific | 5100-0001 | |
AxioVert 200M microscope | Zeiss | B 40-080 e 03/01 | |
FACS Gallios | Beckman Coulter | 773231AF | |
ImageJ (image processing program) | NIH | ||
Stericup filter units | Merck S.P.A. | SCGPU05RE | |
Conical Tubes, 50 mL | Eppendorf | 30122178 | |
Conical Tubes, 15 mL | Eppendorf | 30122151 | |
Safe-Lock Tubes, 2 mL | Eppendorf | 30120094 | |
100 mm TC-Treated Cell Culture Dish | Corning | 430167 | |
60 mm TC-Treated Cell Culture Dish | Corning | 430166 | |
6 well TC-Treated Multiple Well Plates | Corning | 3516 | |
Polystyrene Round-Bottom Tubes, 5 mL | BD Falcon | 352058 | |
BRAND counting chamber BLAUBRAND Bürker-Türk | Sigma-Aldrich | BR719520 |