Fabrication de réseaux de microtissus cardiaques 3D à l’aide de cardiomyocytes, de fibroblastes cardiaques et de cellules endothéliales dérivés de l’iPSC humain

Dilip Thomas; Hyeonyu Kim; Nicole Lopez; Joseph C. Wu

doi:10.3791/61879

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Article de méthode

Fabrication de réseaux de microtissus cardiaques 3D à l’aide de cardiomyocytes, de fibroblastes cardiaques et de cellules endothéliales dérivés de l’iPSC humain

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DOI :

10.3791/61879

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14 mars 2021

Dilip Thomas¹ , Hyeonyu Kim¹ , Nicole Lopez¹ , Joseph C. Wu¹^,²^,³

¹Stanford Cardiovascular Institute, Stanford University School of Medicine, ²Department of Medicine, Division of Cardiovascular Medicine, Stanford University School of Medicine, ³Department of Radiology, Stanford University School of Medicine

Dans cet article

Résumé

Nous décrivons ici une méthodologie facile à utiliser pour générer des réseaux de microtissus cardiaques auto-assemblés en 3D composés de cardiomyocytes, de fibroblastes cardiaques et de cellules endothéliales prédé différenciés dérivés de cellules souches pluripotentes induites par l’homme. Cette technique conviviale et nécessitant des cellules basses pour générer des microtissus cardiaques peut être mise en œuvre pour la modélisation de la maladie et les premiers stades du développement de médicaments.

Résumé

La génération de cardiomyocytes humains (CM), de fibroblastes cardiaques (FC) et de cellules endothéliales (CE) à partir de cellules souches pluripotentes induites (CSPi) a fourni une occasion unique d’étudier l’interaction complexe entre différents types de cellules cardiovasculaires qui stimulent le développement tissulaire et la maladie. Dans le domaine des modèles de tissus cardiaques, plusieurs approches tridimensionnelles (3D) sophistiquées utilisent des cardiomyocytes dérivés de cellules souches pluripotentes induites (iPSC-CM) pour imiter la pertinence physiologique et l’environnement tissulaire natif avec une combinaison de matrices extracellulaires et de réticulants. Cependant, ces systèmes sont complexes à fabriquer sans expertise en microfabrication et nécessitent plusieurs semaines pour s’auto-assembler. Plus important encore, beaucoup de ces systèmes manquent de cellules vasculaires et de fibroblastes cardiaques qui représentent plus de 60% des non-myocytes dans le cœur humain. Nous décrivons ici la dérivation des trois types de cellules cardiaques à partir des CSPi pour fabriquer des microtissus cardiaques. Cette technique de moulage de réplique facile permet la culture de microtissus cardiaques dans des plaques de culture cellulaire multi-puits standard pendant plusieurs semaines. La plate-forme permet un contrôle défini par l’utilisateur sur la taille des microtissus en fonction de la densité d’ensemencement initiale et nécessite moins de 3 jours pour l’auto-assemblage afin d’obtenir des contractions observables du microtissu cardiaque. En outre, les microtissus cardiaques peuvent être facilement digérés tout en maintenant une viabilité cellulaire élevée pour l’interrogation unicellulaire grâce à l’utilisation de la cytométrie en flux et du séquençage de l’ARN unicellulaire (scRNA-seq). Nous envisageons que ce modèle in vitro de microtissus cardiaques aidera à accélérer les études de validation dans la découverte de médicaments et la modélisation de la maladie.

Introduction

La découverte de médicaments et la modélisation des maladies dans le domaine de la recherche cardiovasculaire sont confrontées à plusieurs défis en raison d’un manque d’échantillons cliniquement pertinents et d’outils translationnels ^inadéquats1. Les modèles précliniques très complexes ou les modèles unicellulaires in vitro trop simplifiés ne présentent pas de conditions physiopathologiques reproductibles. Par conséquent, plusieurs plates-formes miniaturisées d’ingénierie tissulaire ont évolué pour aider à combler l’écart, dans le but d’atteindre un équilibre entre la facilité d’application à haut débit et la récapitulation fidèle de l....