This manuscript presents a unique in vitro model of immunopurified human villous cytotrophoblast cells cultured under hypoxia/reoxygenation. This model is suitable to study the protective effects of promising treatments, such as melatonin, on pregnancy complications associated with increased oxidative stress and altered placental function.
This protocol describes how villous cytotrophoblast cells are isolated from placentas at term by successive enzymatic digestions, followed by density centrifugation, media gradient isolation and immunomagnetic purification. As observed in vivo, mononucleated villous cytotrophoblast cells in primary culture differentiate into multinucleated syncytiotrophoblast cells after 72 hr. Compared to normoxia (8% O2), villous cytotrophoblast cells that undergo hypoxia/reoxygenation (0.5% / 8% O2) undergo increased oxidative stress and intrinsic apoptosis, similar to that observed in vivo in pregnancy complications such as preeclampsia, preterm birth, and intrauterine growth restriction. In this context, primary villous trophoblasts cultured under hypoxia/reoxygenation conditions represent a unique experimental system to better understand the mechanisms and signalling pathways that are altered in human placenta and facilitate the search for effective drugs that protect against certain pregnancy disorders. Human villous trophoblasts produce melatonin and express its synthesizing enzymes and receptors. Melatonin has been suggested as a treatment for preeclampsia and intrauterine growth restriction because of its protective antioxidant effects. In the primary villous cytotrophoblast cell model described in this paper, melatonin has no effect on trophoblast cells in normoxic state but restores the redox balance of syncytiotrophoblast cells disrupted by hypoxia/reoxygenation. Thus, human villous trophoblast cells in primary culture are an excellent approach to study the mechanisms behind the protective effects of melatonin on placental function during hypoxia/reoxygenation.
Gjennom menneskets svangerskapet, placenta cytotrophoblast celler, som er mononukleærerte stamceller, raskt spre seg og differensiere til enten villous eller extravillous cytotrophoblast celler. Extravillous cytotrophoblasts invadere og oppussing spiralarteriene av livmorveggen. Villous cytotrophoblasts, derimot, fortsetter å spre seg, skille og sikring for å danne multinucleated syncytiotrophoblast (den syncytium) 1. Vedlikehold av villøse trophoblast homeostase er viktig for fosterets trivsel og sunn graviditet. Faktisk villous trophoblasts tillate maternal-føtal utveksling av oksygen og næringsstoffer, og produserer viktige hormoner for graviditet. Dessuten er det syncytiotrophoblast den eneste celletype i direkte kontakt med morens blodsirkulasjonen og gir en vesentlig fysisk og immunologisk barriere. Derfor må syncytiotrophoblast gjennomgå apoptose og erstatning for homeostatic vedlikehold og til avoid morkake patologier 2-5.
Teknikken er utviklet av Kliman et al. 6 i 1986 for å isolere primær villous cytotrophoblasts fra menneskelige placentas forårsaket en revolusjon i placenta forskning ved at studiet av de molekylære mekanismene som er involvert i villøse trophoblast differensiering. Dette klassisk teknikk, basert på sekvensielle enzymatiske digestions med trypsin og DNase, etterfulgt av isolasjon i tetthet sentrifuge media (kolloidalt silikapartiklene belagt med polyvinylpyrrolidon, eller Percoll) er nå anerkjent som gullstandarden for å isolere villous cytotrophoblast celler. Teknikken kan optimaliseres ved magnetisk immunorensing, en prosedyre som skiller villous cytotrophoblasts fra ikke-trofoblastiske celler basert på en annerledes ekspresjon av spesifikke antigener på overflaten av disse cellene. Vi valgte human leukocytt antigen ABC (HLA-ABC) på grunn av fravær av dets ekspresjon på trophoblastic celle membrane 7,8.
Morkaken er et organ som gjennomgår dramatiske variasjoner i oksygennivået i løpet av svangerskapet. I det første trimester, er den oksygenforholdet fysiologisk meget lav (2% O 2), men øker til mild grad av oksygenering (8% O 2) i den andre og tredje trimester. Tuuli et al. 9 beskrevet at in vitro reproduksjon av trophoblast miljøet inne i placenta villi er en utfordring og variasjoner i oksygennivået kan også føre til fenotypiske endringer. Det er derfor foreslått å innføre 8% oksygen som normoxia å etterligne oksygen spenning funnet i placenta villi i løpet av tredje trimester av svangerskapet 8,9. Chen et al., 10 grundig studert av flere variable knyttet til oksygen spenning i trophoblast cellekultur og vist betydningen av å bestemme oksygennivået i en pericellulær miljø. Nivåene av oksygen i de villi har en tendens til å økepå grunn av vaskulogenese. Blodstrøm i placenta villi øker jevnt og nivået av hydrogenperoksid (en rikelig reaktive oksygenforbindelser) er et viktig signal som styrer vaskulogenese 11,12. I svangerskapskomplikasjoner, mangel på vaskulogenese genererer hypoksi, og enda viktigere, intermitterende varianter av oksygenering (kalt hypoksi / Reoksygeneringen). Disse forholdene fører til en unormal økning av oksidativt stress, som kompromisser placenta og fosterets levedyktighet 13,14. De endringer som trophoblast celler gjennomgår in vivo under episoder av hypoksi / Reoksygeneringen kan etterlignet in vitro som følger: villous cytotrophoblasts blir opprettholdt under normoksisk forhold (8% O 2) til de differensiere i syncytiotrophoblast. De blir deretter utsatt for hypoksiske betingelser (0,5% O 2) i 4 timer, etterfulgt av ytterligere 18 timer av normoxia (reoksygenering). Ved hjelp av denne hypoksi / Reoksygeneringen tilnærming, trophoblasts exHibit deregulert redox status og økte nivåer av indre apoptose 8, som har blitt observert i enkelte svangerskapskomplikasjoner. Derfor er dette en nyttig in vitro modell for å vurdere nye forebyggende og terapeutiske tilnærminger for å bekjempe graviditet komplikasjoner forbundet med placenta hypoksi / reoksygenering.
Placentale celler produserer melatonin, som har flere viktige funksjoner, for eksempel en evne til å unngå oksidativt stress og placenta dysfunksjon 15. Her presenterer vi de eksperimentelle tilnærming og cellemodeller som brukes til å demonstrere den beskyttende effekten av melatonin i placenta trophoblast celler på molekylært, cellulært og funksjonsnivå 8.
I pattedyr er fosterutvikling direkte avhengig av tilstrekkelig placenta funksjon. Utviklings opprinnelse lidelser er basert på en hypotese om at årsaken til sykdommer manifestert senere i livet kan spores tilbake til tidlig utvikling og at morkaken har en mekanistisk rolle i foster programmering 30-32. Morkaken er nøkkelen formidler av fosterets vekst og utvikling: det regulerer næringstransport, beskytter mot skadelige eksponeringer, og har store endokrine funksjoner. Utviklingen av Kliman et al.</e…
The authors have nothing to disclose.
Supported by grants from the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC) (no. 262011-2009) to CV and March of Dimes Social and Behavioral Sciences Research grant (#12-FY12-179) to CV and JTS; by studentships to LSF from the Ministère de l’éducation, de l’Enseignement supérieurs et de la recherche (MEESR)-Fonds de recherche du Québec (FRQ)-Nature et technologies (NT) and the Fondation Universitaire Armand-Frappier INRS, to HC from the Réseau Québécois en Reproduction-NSERC-CREATE, to AAHT from the Canadian Institutes of Health Research (CIHR) and FRQ-Santé, and to JBP from NSERC; by a fellowship to EMAS from the Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientìfico e Tecnològico (CNPq) and the Programme de bourses d’excellence pour étudiants étrangers MEESR-FRQNT.
Curved Metzenbaum Scissors | Shandon | 9212 | surgical equipment (cell isolation) (2 units) |
Splinter Forceps Fine 41/2in | Fisherbrand | 13-812-42 | surgical equipment (cell isolation) (2 units) |
Scissors 4.5 Str Dissection | Fisherbrand | 08-940 | surgical equipment (cell isolation) (2 units) |
Gauze Sponge 10cm X 10cm | Cardinal Health | 361020733 | |
Oblong Glass Baking Dish | Pyrex | 1105397 | Glassware (2.8L) |
Funnel Buchner | Coorstek Inc | 10-356E | Glassware (114MM DIAMeter) |
Watch Glass | pyrex | 9985100EMD | Glassware |
Formalin solution, neutral buffered, 10% | Sigma-Aldrich | HT501128-4L | histological tissue fixative solution |
Trypsinizing Flasks | Wheaton | 355395 | Glassware (1 unit) |
Disposable Culture Tubes | Kimble | 73750-13100 | Glassware |
Borosilicate Glass Pasteur Pipet (22.8 Cm) | Fisherbrand | K63B1367820C | Glassware |
250 Ml Glass Beakers | Fisherbrand | KFS14005250 | Glassware |
Glass Media Bottles With Cap | Fisherbrand | KFS14395250 | Glassware (8 units) |
50 Ml Corex Tube | Corning | 8422-A | (1 unit) |
15 Ml Polystyrene Centrifuge Tube | Corning | 430791 | |
50 Ml Polystyrene Centrifuge Tube | Corning | 430829 | |
10ml Serological Pipet | Corning | 11415038 | |
Cell Strainer 100μm Nylon | Corning | 431752 | |
Absorbant Liner | Scienceware | 1199918 | |
500 Ml Bottles Top Filter | Corning | Pore: 0,22 µm / medium and HBSS preparation | |
2 Ml Criogenic Vials | Corning | 430488 | |
Freezing Container, Nalgene Mr. Frosty | Sigma-Aldrich | C1562-1EA | |
Peristaltic Pump | Pharmacia Fine Chemicals | P3 model | |
Shaking Water Bath | Fisher | Model 127 | |
Vacuum Pump | ABM | 4EKFS6CX-4 | |
Sodium Chloride | Fisherbrand | EC231-598-3 | Saline solution 0.9% |
Hank’s Buffered Salt Solution (Hbss) | Sigma-Aldrich | H2387 | Quantity: 9.25 (one vial) for 1L of digestion solution |
Hydroxypiperazineethansulphonic Acid (Hepes) | Life Technologies | 15630-080 | 25mL (1M) for 1L of digestion solution |
Trypsin Type I | Sigma-Aldrich | T8003 | 9,888U |
Deoxyribonuclease Type Iv | Roche | 10-104-159-001 | 402,000U |
Calcium Chloride | Sigma-Aldrich | C4901 | 100mM |
Magnesium Sulfate | Baker | 2500-01 | 800mM |
Dulbecco’s Modified Eagle Medium High Glucose (Dmem) | Life Technologies | 10564-045 | |
Penicillin/Streptomycin Sulphate | Hyclone | SV30010 | |
Fetal Bovine Serum | Corning | 35-010-CV | |
Percoll | Sigma-Aldrich | P1644 | Density centrifugation media gradient. Volume: 36mL |
Isopropanol | Acros | 42383-0010 | 50mL |
Dimethyl Sulfoxide | Sigma-Aldrich | 472301 | |
Automacs Magnetic Separator | Miltenyi Biotec | Model 003 | |
Automacs Columns | Miltenyi Biotec | 130-021-101 | |
Automacs Running Buffer | Miltenyi Biotec | 130-091-221 | http://www.miltenyibiotec.com/~/media/Images/Products/Import/0001100/IM0001131.ashx?force=1 |
Automacs Rinsing Solution | Miltenyi Biotec | 130-091-222 | http://www.miltenyibiotec.com/en/products-and-services/macs-cell-separation/cell-separation-buffers/automacs-rinsing-solution.aspx |
Anti-Human Hla Abc Purified Clone W6/32 | Affymetrix eBioscience | 14-9983-82 | anti-mouse antibody |
Anti Mouse Igg Microbeads | Miltenyi Biotec | 130048401 | |
Multiple Well Plate - 6 Well With Lid | Corning | 3335 | Cell Bind surface |
Multiple Well Plate - 24 Well With Lid | Corning | 3337 | Cell Bind surface |
Multiple Well Plate - 96 Well With Lid | Corning | 3300 | Cell Bind surface |
Modular Incubator Chamber | Billups-Rothenberg | MIC-101 | A set of two is necessary for simultaneous to generate normoxia and hypoxia/reoxygenation conditions |
Single Flow Meter | Billups-Rothenberg | SFM3001 | |
50 Mm In-Line Filter | Whatman | 6721-5010 | PTFE, pore: 1.0 µm |
Gas Regulator | Pro Star | PRS301233 | A set of two is necessary for simultaneous to generate normoxia and hypoxia/reoxygenation conditions |
Gas Hose Class Vi Clear 5/16 | Parker | 100-05070102 | 3 pieces with ~ 0.5 m |
17 Mm Adjustable Gas Hose Clamp | Tiewraps | THCSS-16 | |
Normoxia Gas Cylinder | Praxair | NI CDOXR1U-K | Size K (3rd trimester‘s composition: 5% CO2, 8% O2, Bal. N2) |
Normoxia Gas Cylinder | Praxair | NI CDOXR1U-K | Size K (3rd trimester‘s composition: 5% CO2, 0.5% O2, Bal. N2) |
Oxygen Microelectrode Mi-730 | Microelectrodes INC | 84477 | |
Oxygen Adapter | Microelectrodes INC | 3572 | |
ROS Detection Reagent: CM-H2DCFDA | Invitrogen | C-400 | |
β-hCG ELISA kit | DRG internatinal | EIA-4115 | |
Anti-Vimentin ourified antibody | eBioscience | 14-9897 | Host: mouse |
Anti-Cytokeratin 7 (FITC) antibody | Abcam | ab119697 | Host: mouse |
Alexa Fluor 488 Goat Anti-mousse IgG H&L antibody | Life Technologies | A-11029 |