В vitro Поколение мыши сердце поле конкретных сердечных клеток-прародителей

Использование плюрипотентных стволовых клеток (PSCs) произвелреволюцию в области регенерации сердца и персонализированной медицины с конкретными миоцитами для пациентов для моделирования заболеваний и медикаментозной терапии^{1,2,3, 4}. Совсем недавно, в пробирке протоколы для генерации предсердий против желудочков, а также кардиостимулятор, как PSC полученных кардиомиоцитов были разработаны^5,6. Однако, может ли кардиогенез быть воссоздан в пробирке для изучения развития сердца и последующего создания желудочковых камер-специфических сердечных клеток до сих пор неясно.

Во время раннего эмбрионального развития, мезодермальные клетки под влиянием секретных морфогенов, таких как BMP4, Wnts и Activin A образуют примитивную полосу⁷. Сердечные мезодермальные клетки, отмеченные выражением Mesp1, мигрируют передним и в последнее время, чтобы сформировать сердечный полумесяц, а затем примитивную сердечную трубку^7,8. Эта мигрированная группа клеток включает в себя две очень разные популяции клеток-прародителей сердца (КПК), а именно первое и второе поле сердца (FHF и SHF)^9,10. Клетки из SHF являются высоко пролиферативными и мигрирующими и в первую очередь отвечают за удлинение и петлю сердечной трубки. Кроме того, SHF клетки дифференцируются к кардиомиоцитов, фибробластов, гладких мышц и эндотелиальных клеток, как они входят в сердечную трубку, чтобы сформировать правый желудочек, правый желудочковой оттока и большую часть обоих предсердий^7,10. В отличие от этого, клетки FHF менее пролиферативной и мигрирующих и дифференцировать в основном кардиомиоцитов, поскольку они приводят к левому желудочку и меньшая часть предсердий¹¹. Кроме того, shF прародители отмечены выражением Tbx1, FGF8, FGF10 и Six2 в то время как клетки FHF выражают Hcn4 и Tbx5^{11,12,13,14,15}.

PSCs может дифференцировать к всем 3 слоямзародыша и затем к любому типу клетки в теле 4,¹⁶. Таким образом, они предлагают огромный потенциал для понимания развития сердца и для моделирования конкретных дефектов развития, приводящих к врожденным порокам сердца, наиболее частой причиной врожденных дефектов¹⁷. Большая подгруппа врожденных пороков сердца включает камерно-специфические сердечные аномалии^18,19. Тем не менее, до сих пор неясно, являются ли они происходят из аномальной разработки поля сердца. Кроме того, учитывая неспособность кардиомиоцитов размножаться после рождения, были предприняты значительные усилия посозданию сердечной ткани для регенерации сердца 1,^7,20. Учитывая физиологические и морфологические различия между сердечными камерами, генерация камерной сердечной ткани с использованием ПСК имеет важное значение. Хотя последние достижения в области развития кардиологии привели к надежной генерации сердечных клеток из PSCs, до сих пор неясно, если два сердца поля могут быть индуцированы в системах PSC.

Для повторения кардиогенеза in vitro и изучения спецификации и свойств КПК, мы ранее использовали систему, основанную на дифференциации PSC полученных сердечных сфероидов^21,22,23,24. Недавно мы создали эмбриональные стволовые клетки мыши (mESCs) с GFP и RFP репортеров под контролем гена FHF Hcn4 и гена SHF Tbx1, соответственно (mESCs^{Tbx1-Cre; Роза-РФП; HCN4-GFP}) ²⁵. В пробирке дифференцированные mESCs образуются сердечные сфероиды, в которых GFP и RFP’ клетки появились из двух различных областей мезодермальных клеток и узорчатые в комплементарной манере. В результате клетки ГФПЗ и ПФР, проявляющие соответственно характеристики FHF и SHF, определяемые анализами РНК-секвенирования и клонального анализа. Важно отметить, что с помощью mESCs проведения Isl1-RFP репортер (mESC^Isl1-RFP), мы обнаружили, что SHF клетки были точно отмечены клеточной поверхности белка CXCR4, и это может позволить изоляцию сердца поля конкретных клеток без трансгенов. В настоящем протоколе будет описано генерация и изоляция сердечных полевых КТК от МСК, которые могут служить ценным инструментом для изучения камерных сердечных заболеваний.