Entwicklung eines Zell-Co-Kultur-Modells zur Nachahmung von kardialer Ischämie/Reperfusion in vitro
Summary
Die räumliche Entfernung ist ein Schlüsselparameter bei der Beurteilung von Hypoxie- / Reoxygenierungsverletzungen in einem Kokulturmodell separater Endothel- und Kardiomyozytenzellschichten, was zum ersten Mal darauf hindeutet, dass die Optimierung der räumlichen Umgebung der Kokultur notwendig ist, um ein günstiges In-vitro-Modell für die Prüfung der Rolle von Endothelzellen beim Schutz von Kardiomyozyten bereitzustellen.
Abstract
Die ischämische Herzkrankheit ist weltweit die häufigste Ursache für Tod und Behinderung. Reperfusion verursacht zusätzliche Verletzungen über die Ischämie hinaus. Endothelzellen (ECs) können Kardiomyozyten (CMs) durch Zell-Zell-Interaktionen vor Reperfusionsverletzungen schützen. Kokulturen können helfen, die Rolle von Zell-Zell-Interaktionen zu untersuchen. Eine gemischte Kokultur ist der einfachste Ansatz, aber begrenzt, da isolierte Behandlungen und nachgelagerte Analysen einzelner Zelltypen nicht möglich sind. Um zu untersuchen, ob ECs dosisabhängig CM-Zellschäden abschwächen können und ob dieser Schutz durch Variation des Kontaktabstands zwischen den beiden Zelllinien weiter optimiert werden kann, haben wir Mouse Primary Coronary Artery Endothelial Cells und Adult Mouse Cardiomyocytes verwendet, um drei Arten von Zellkultureinsätzen zu testen, die in ihrem Abstand zwischen den Zellschichten bei 0,5 variierten. 1,0 bzw. 2,0 mm. Nur bei CMs nahm die Zellschädigung, wie sie durch die Freisetzung von Laktatdehydrogenase (LDH) beurteilt wurde, während der Hypoxie und weiter bei der Reoxygenierung signifikant zu, wenn der Abstand 2,0 mm im Vergleich zu 0,5 und 1,0 mm betrug. Wenn ECs und CMs in nahezu direktem Kontakt standen (0,5 mm), gab es nur eine leichte Abschwächung der Reoxygenierungsverletzung von CMs nach Hypoxie. Diese Dämpfung war signifikant erhöht, wenn der räumliche Abstand 1,0 mm betrug. Mit einem Abstand von 2,0 mm schwächten ECs die CM-Verletzung sowohl während der Hypoxie als auch der Hypoxie/Reoxygenierung ab, was darauf hindeutet, dass eine ausreichende Kulturdistanzierung notwendig ist, damit ECs mit CMs übersprechen können, so dass sezernierte Signalmoleküle zirkulieren und Schutzwege vollständig stimulieren können. Unsere Ergebnisse deuten zum ersten Mal darauf hin, dass die Optimierung der räumlichen Umgebung der EC/CM-Kokultur notwendig ist, um ein günstiges In-vitro-Modell für die Prüfung der Rolle von ECs beim CM-Schutz gegen simulierte Ischämie/Reperfusionsverletzung bereitzustellen. Ziel dieses Berichts ist es, den Ermittlern einen schrittweisen Ansatz zu bieten, um dieses wichtige Modell zu ihrem Vorteil zu nutzen.
Introduction
Die ischämische Herzkrankheit ist weltweit die häufigste Ursache für Tod und Behinderung 1,2. Der Behandlungsprozess der Reperfusion kann jedoch selbst zum Tod des Kardiomyozyten führen, der als Myokardischämie / Reperfusionsverletzung (IR) bekannt ist und für die es immer noch kein wirksames Mittel gibt3. Es wurde vorgeschlagen, dass Endothelzellen (ECs) Kardiomyozyten (CMs) durch die Sekretion parakriner Signale sowie Zell-zu-Zell-Interaktionenschützen 4.
Zell-Co-Kultur-Modelle wurden ausgiebig verwendet, um die Rolle autokriner und / oder parakriner Zell-Zell-Interaktionen auf die Zellfunktion und -differenzierung zu untersuchen. Unter den Kokulturmodellen ist die gemischte Kokultur die einfachste, bei der zwei verschiedene Zelltypen in direktem Kontakt innerhalb eines einzigen Kulturkompartiments mit einem gewünschten Zellverhältnisstehen 5. Getrennte Behandlungen zwischen Zelltypen und nachgelagerte Analysen eines einzelnen Zelltyps sind jedoch angesichts der gemischten Population nicht ohne weiteres durchführbar.
Frühere Studien zeigten, dass hypoxische und ischämische Beleidigungen die Integrität der Zellmembran signifikant schädigen, gemessen an der Freisetzung von Laktatdehydrogenase (LDH). Diese Verletzung wird bei der Reoxygenierung verschlimmert und ahmt die Reperfusionsverletzung 6,7,8 nach. Ziel des aktuellen Protokolls war es, die Hypothesen zu testen, dass das Vorhandensein von ECs dosisabhängig das durch Hypoxie und Reoxygenierung (HR) verursachte Zellmembranleckage von CMs abschwächen kann und dass die Schutzwirkung von ECs durch Variation des Kontaktabstands zwischen den beiden Zelllinien optimiert werden kann. Daher verwendeten wir drei Arten von Zellkultureinsätzen und Maus-Primär-Koronararterien-Endothelzellen und adulte Maus-Kardiomyozyten. Die von Corning, Merck Millipore und Greiner Bio-One gebrandeten Einsätze ermöglichten es uns, drei verschiedene Zellkultur-Übersprechbedingungen mit Abständen zwischen den Zelllinien von 0,5, 1,0 bzw. 2,0 mm zu erzeugen. Pro Einsatz wurden jeweils 100.000 ECs plattiert.
Um festzustellen, ob die Dichte von ECs in der Kokultur in diesem Modell zur Dämpfung von HR-Verletzungen beiträgt, untersuchten wir außerdem die Dosis-Wirkungs-Beziehung zwischen der EC-Konzentration und der LDH-Freisetzung durch CMs. ECs wurden mit 25.000, 50.000 bzw. 100.000 pro Einsatz im 2,0-mm-Einsatz plattiert.
Dieser Bericht bietet einen schrittweisen Ansatz für Ermittler, um dieses wichtige Modell zu ihrem Vorteil zu nutzen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Kritische Schritte im Protokoll
Zellkokulturmodelle wurden verwendet, um zelluläre Mechanismen der Kardioprotektion zu untersuchen. Wie man zwei getrennte Schichten mit einem sinnvollen Abstand zwischen ihnen schafft, ist daher entscheidend für die Entwicklung eines geeigneten Co-Kultur-Modells. Eine Herausforderung bei der Untersuchung simulierter IR-, d.h. HR-Verletzungen besteht darin, dass nicht nur Ischämie (Hypoxie) selbst, sondern auch Reperfusion (Reoxygenierung) die zelluläre Dysfunktion …
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde zum Teil vom US Department of Veterans Affairs Biomedical Laboratory R&D Service (I01 BX003482) und von institutionellen Mitteln an M.L.R.
Materials
| Adult Mouse Cardiomyocytes (CMs) | Celprogen Inc | 11041-14 | Isolated from adult C57BL/6J mouse cardiac tissue |
| Automated Cell Counter Countess II | Invitrogen | A27977 | Cell counting for calculating cell numbers |
| Bio-Safety Cabinet | Nuaire | NU425400 | Cell culture sterile hood |
| Cell Culture Freezing Medium | Cell Biologics Inc | 6916 | Used for cell freezing for long term cell line storage |
| Cell Culture Incubator | Nuaire | Nu-5500 | To provide normal cell living condition (21%O2, 5%CO2, 74%N2, 37°C, humidified) |
| Cell Culture Incubator Gas Tank | A-L Compressed Gases | UN1013 | Gas needed for cell culture incubator |
| Cell Culture Inserts A (0.5 mm) | Corning Inc | 353095 | Used for EC-CM co-culture |
| Cell Culture Inserts B (1.0 mm) | Millicell Millipore | PIHP01250 | Used for EC-CM co-culture |
| Cell Culture Inserts C (2.0 mm) | Greiner Bio-One | 662640 | Used for EC-CM co-culture |
| Centrifuge | Anstel Enterprises Inc | 4235 | For cell culture plating and passaging |
| CMs Cell Culture Flasks T25 | Celprogen Inc | E11041-14 | Used for CMs regular culture, coated by manufacturer |
| CMs Cell Culture Medium Complete | Celprogen Inc | M11041-14S | CMs culture complete medium |
| CMs Cell Culture Medium Complete Phenol free | Celprogen Inc | M11041-14PN | CMs culture medium without phenol red used during LDH measurement |
| CMs Cell Culture Plates 96 well | Celprogen Inc | E11041-14-96well | Used for experiments of LDH measurement, coated by manufacturer |
| CMs Hypoxia Cell Culture Medium | Celprogen Inc | M11041-14GFPN | CMs cell culture under hypoxic condition (glucose- and serum-free) |
| Countess cell counting chamber slides | Invitrogen | C10283 | Counting slides used for cell counter |
| Cyquant LDH Cytotoxicity Kit | Thermo Scientific | C20301 | LDH measurement kit |
| ECs Cell Culture Flasks T25 | Fisher Scientific | FB012935 | Used for ECs regular culture |
| ECs Cell Culture Medium Complete | Cell Biologics Inc | M1168 | ECs culture complete medium |
| ECs Cell Culture Medium Complete Phenol free | Cell Biologics Inc | M1168PF | ECs culture medium without phenol red used during LDH measurement |
| ECs Cell Culture Plates 96 well | Fisher Scientific (Costar) | 3370 | Used for experiments of LDH measurement |
| ECs Culture Gelatin-Based Coating Solution | Cell Biologics Inc | 6950 | Used for coating flasks and plates for ECs |
| ECs Hypoxia Cell Culture Medium | Cell Biologics Inc | GPF1168 | ECs cell culture under hypoxic condition (glucose- and serum-free) |
| Fetal Bovine Serum (FBS) | Fisher Scientific | MT35011CV | FBS-HI USDA-approved for cell culture and maintenance |
| Hypoxia Chamber | StemCell Technologies | 27310 | To create a hypoxic condition with 0.01%O2 environment |
| Hypoxia Chamber Flow Meter | StemCell Technologies | 27311 | To connect with hypoxic gas tank for a consistent gas flow speed |
| Hypoxic Gas Tank (0.01%O2 Cylinder) | A-L Compressed Gases | UN1956 | Used to flush hypoxic medium and chamber (0.01%O2/5%CO2/94.99N2) |
| Microscope | Nikon | TMS | To observe cell condition |
| Mouse Primary Coronary Artery Endothelial Cells (ECs) | Cell Biologics Inc | C57-6093 | Isolated from coronary artery of C57BL/6 mice |
| NUNC 15ML CONICL Tubes | Fisher Scientific | 12565269 | For cell culture process, experiments, solution preparation etc. |
| NUNC 50ML CONICL Tubes | Fisher Scientific | 12565271 | For cell culture process, experiments, solution preparation etc. |
| Phosphate Buffered Saline (PBS) | Sigma-Aldrich | D8662 | Used for cell washing during culture or experiments |
| Plate Reader | BioTek Instrument | 11120533 | Colorimetric or fluorometric plate reading |
| Reaction 96 Well Palte (clear no lid) | Fisher Scientific | 12565226 | Used for LDH measurement plate reading |
| Trypsin/EDTA for CMs | Celprogen Inc | T1509-014 | 1 x sterile filtered and tissue culture tested |
| Trypsin/EDTA for ECs | Cell Biologics Inc | 6914/0619 | 0.25%, cell cuture-tested |
Referencias
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