Summary

Isolering af Perivaskulær multipotente precursorcelle populationer fra humant hjertevæv

Published: October 08, 2016
doi:

Summary

Humant hjertevæv huser multipotente perivaskulære precursor cellepopulationer, som kan være egnede til myocardial regenerering. Den her beskrevne teknik muliggør den samtidige isolering og oprensning af to multipotente stromale cellepopulationer forbundet med native blodkar, dvs. CD146 + CD34 pericytter og CD34 + CD146 adventitiaceller celler, fra den humane myocardium.

Abstract

Multipotent mesenchymal stem/stromal cells (MSC) were conventionally isolated, through their plastic adherence, from primary tissue digests whilst their anatomical tissue location remained unclear. The recent discovery of defined perivascular and MSC cell marker expression by perivascular cells in multiple tissues by our group and other researchers has provided an opportunity to prospectively isolate and purify specific homogenous subpopulations of multipotent perivascular precursor cells. We have previously demonstrated the use of fluorescent activated cell sorting (FACS) to purify microvascular CD146+CD34 pericytes and vascular CD34+CD146 adventitial cells from human skeletal muscle. Herein we describe a method to simultaneously isolate these two perivascular cell subsets from human myocardium by FACS, based on the expression of a defined set of cell surface markers for positive and negative selections. This method thus makes available two specific subpopulations of multipotent cardiac MSC-like precursor cells for use in basic research and/or therapeutic investigations.

Introduction

Hjertet har længe været betragtet som et post-mitotisk organ. Imidlertid har nyere undersøgelser vist, at tilstedeværelsen af begrænset cardiomyocyte omsætning hos voksne menneskelige hjerter 1. Native stængel / stamceller med cardiomyocyte differentiering potentiale er også blevet identificeret i myokardiet hos voksne gnavere og menneskelige hjerter, herunder Sca-1 +, c-kit +, cardiosphere-dannende, og senest, perivaskulære præcursorceller 2,3. Disse celler udgør attraktive kandidater til behandlinger, der skal forbedre hjerte-reparation / regeneration gennem celle transplantation eller stimulering af in-situ spredning.

Mesenkymale stamceller / stromale celler (MSC) er blevet isoleret fra næsten alle humant væv 4,5 Kliniske forsøg med de terapeutiske anvendelser af MSC er blevet udført for flere patologiske tilstande, såsom kardiovaskulær reparation 6, graft-versus-host-sygdom 7 </sup>, Og levercirrose 8. Gavnlige virkninger er blevet tilskrevet evne MSC til: hjem til inflammationssteder 9; differentiere til forskellige celletyper 10; udskiller pro-reparative molekyler 11; og modulere værtsimmunresponser 12. Isoleringen af ​​MSC'erne har traditionelt påberåbt sig deres fortrinsret overholdelse plastik substrater. Men den resulterende population af celler er typisk markant heterogen 13. Ved at bruge fluorescerende cellesortering (FACS) med en kombination af centrale perivaskulære cellemarkører, har vi været i stand til at isolere og oprense en multipotente MSC-lignende precursor population (CD146 + / CD31 / CD34 / CD45 / CD56 -) fra multiple humane væv, herunder voksne skeletmuskulatur og hvid fedt 14.

Perivaskulære cellepopulationer i forskellige ikke-hjertevæv er blevet vist at have stamceller / stamceller egenskaber and bliver undersøgt til klinisk anvendelse i det kardiovaskulære indstilling. Pericyter, en af de mest kendte perivaskulære celle-undergrupper, er en heterogen population, der spille flere patofysiologiske roller, herunder i udviklingen af nye skibe 15, regulering af blodtrykket 16, og vedligeholdelse af vaskulær integritet 17,18. Som vist i flere væv, specifikke delmængder af pericytter indbygget udtrykke MSC-antigener og opretholde deres MSC-lignende fænotyper i primær kultur efter FACS rensning 14. Desuden er disse celler, der stabilt opretholder deres langsigtede fænotyper indenfor kultur og udviser multi-slægt differentiering potentiale, der ligner MSC'er 19,20. Disse resultater tyder på, at pericytter er en af oprindelsen af den undvigende MSC 14. Det terapeutiske potentiale af pericytter er påvist med en reduktion i myocardial ardannelse og forbedret hjertefunktion efter transplantation i iskæmisk skadethjerter 21. For nylig har vi med succes oprenset pericytter fra det menneskelige myocardium og demonstrerede deres MSC-lignende fænotyper og multipotency (adipogenese, chondrogenese og osteogenese) med fraværet af skelet myogenese 3. Desuden myocardiale pericytter udviste differentielle cardiomyogenic potentiale og angiogene kapacitet sammenlignet med modparter oprenset fra andre organer.

En anden population af multipotente perivaskulære stamceller / progenitorceller, den adventitiale celle, er blevet isoleret fra humane saphenous vener på grundlag af positive CD34-ekspression 22. Venøse adventitiaceller celler har vist sig at have klonogene potentiale, mesodermal differentiation kapacitet og proangiogen potentiale in vitro. Transplantation af disse celler i iskæmisk beskadigede hjerter mus resulterede i en reduktion i interstitiel fibrose, en stigning i angiogenese og myocardial blodgennemstrømning, reduceret ventrikulær dilation, og øget kardiel uddrivningsfraktion 23. Interessant nok har fedt-adventitiaceller celler vist sig at tabe CD34-ekspression og opregulere CD146 ekspressionen i kultur som reaktion på angiopoietin II behandling, hvilket tyder på vedtagelsen af en pericyt fænotype med stimulation 24. I hjertet, men den adventitiale cellepopulation er endnu ikke blevet prospektivt oprenset ved FACS og / eller godt karakteriseret. Ved hjælp af de celle isolation, der er beskrevet i de følgende afsnit, er vi i øjeblikket kendetegner myocardiale adventitiaceller celler og undersøge deres potentiale for regenerative applikationer.

Heri beskriver vi en fremgangsmåde til at isolere og oprense to subpopulationer af perivaskulære stamceller / progenitorceller fra human føtal eller voksen myokardiet. Denne prospektive celle isolation metode vil gøre det muligt for forskerne at opnå isogene perivaskulære stamceller / stamceller delmængder fra menneskelige hjerte biopsier for sammenlignende undersøgelser og further udforske deres terapeutiske potentiale i forskellige hjertelidelser patologiske tilstande.

Protocol

1. Behandling af human Cardiac Sample Sørg for, at alle væsker, containere, instrumenter og den dedikerede operationelle område er sterile. Placer hjertevævet prøve (indkøbt af den vævsbank eller kirurgisk hold) i lagringsmedium sammensat af kølet Dulbeccos modificerede Eagle-medium (DMEM) indeholdende 20% føtalt bovint serum (FBS) og 1% penicillin-streptomycin (P / S) på is til transport 3. Fjern hjertets prøve fra lagringsmediet og vaskes med en vaskemedium sammensa…

Representative Results

Enkelte celler blev adskilt fra snavs og dubletter på grundlag af fremadrettet og sideværts scatter distributioner. Levende celler blev identificeret ved deres manglende evne til at tage op DAPI farvestof. Gating strategi blev valgt på grundlag af isotypekontrol mærkning af denne levende, hel-kardiale celle dissociation (figur 1). Fra de levende celler, blev CD45 + -celler først gated ud, efterfulgt af CD56 + celler. CD144 + endotelc…

Discussion

Stigende beviser understøtter en begrænset regenerativ kapacitet af den voksne menneskelige hjerte efter skade. Identifikation og karakterisering af indfødte precursorceller ansvarlige for sådanne regenerative reaktioner i tilskadekomne hjerter er afgørende for både forståelsen af ​​tilknyttede mekanismer og signalveje og udvikling af metoder til at udnytte disse celler terapeutisk.

Tidligere protokoller har beskrevet isoleringen af perivaskulære precursor celle-undergrupper fra …

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

The authors wish to thank Shonna Johnston, Claire Cryer, Fiona Rossi and Will Ramsay at the University of Edinburgh and Alison Logar and Megan Blanchard at the University of Pittsburgh for their expert assistance with flow cytometry. We also wish to thank Anne Saunderson and Lindsay Mock for their help with obtaining human tissues. Human adult and fetal heart tissue samples were procured with full ethics permission of the NHS Scotland Tayside Committee on Medical Research Ethics and the NHS Lothian Research Ethics Committee (REC08/S1101/1) respectively. This work was supported by grants from the Medical Research Council (BP), British Heart Foundation (BP), Commonwealth of Pennsylvania (BP), Children’s Hospital of Pittsburgh (BP), National Institute of Health R01AR49684 (JH) and R21HL083057 (BP), and the Henry J. Mankin Endowed Chair at University of Pittsburgh (JH). JEB was supported by a British Heart Foundation Centre of Research Excellence doctoral training award (RE/08/001/23904). WC was supported in part by an American Heart Association predoctoral fellowship (11PRE7490001).

Materials

AbC Anti-mouse Bead Kit Molecular Probes A-10344
Collagenase I Gibco 17100-017 Reconstitute powder as required and filter sterilise
Collagenase II Gibco 17101-015
Collagenase IV Gibco 17104-019
anti-human CD34-PE BD Pharmingen 555822 Keep sterile
anti-human CD45-APC-Cy7 BD Pharmingen 557833 Keep sterile
anti-human CD56-PE-Cy7 BD Pharmingen 557747 Keep sterile
anti-human CD144-PerCP-Cy5.5 BD Pharmingen 561566 Keep sterile
anti-human CD146-AF647 AbD Serotec MCA2141A647 Keep sterile
EGM2-BulletKit Lonza CC-3162 For collection of cells and culture until adhered
DMEM, high glucose, GlutaMAX without sodium pyruvate ThermoFischer Scientific 10566-016
Fetal Bovine Serum ThermoFischer Scientific 10500-064 Freeze in aliquots and keep sterile
Gelatin Sigma Aldrich G1393 Dilute with sterile water
IgG1k-PE BD Pharmingen 559320 Keep sterile
IgG1k-APC-Cy7 BD Pharmingen 557873 Keep sterile
IgG1k-PE-Cy7 BD Pharmingen 557872 Keep sterile
IgG1k-PerCP-Cy5.5 BD Pharmingen 561566 Keep sterile
IgG1k-647 AbD Serotec MCA1209A647 Keep sterile
Mouse serum Sigma Aldrich M5905 Keep sterile
Paraffin Film – Parafilm M Sigma Aldrich P7793
Penicillin-Streptomycin Gibco 15979-063 Freeze in aliquots and keep sterile
Phosphate buffered saline pH 7.4 ThermoFischer Scientific 10010-023 Keep sterile
Red Blood Cell Lysing Buffer Hybri-Max Sigma Aldrich R7757 Keep sterile
Trypan Blue Solution Sigma Aldrich T8154
Trypsin-EDTA 0.5%(10X) Invitrogen 15400-054
 FACSARIA FUSION BD Pharmingen Fluorescence Activated Cell Sorter

Riferimenti

  1. Bergmann, O., et al. Evidence for cardiomyocyte renewal in humans. Science (New York, N.Y.). 324 (5923), 98-102 (2009).
  2. Laflamme, A., Murry, C. E. Heart regeneration. Nature. 473 (7347), 326-335 (2011).
  3. Chen, W. C. W., et al. Human myocardial pericytes: multipotent mesodermal precursors exhibiting cardiac specificity. Stem cells (Dayton, Ohio). 33 (2), 557-573 (2015).
  4. Campagnoli, C., Roberts, I. A., Kumar, S., Bennett, P. R., Bellantuono, I., Fisk, N. M. Identification of mesenchymal stem/progenitor cells in human first-trimester fetal. Blood. 98 (8), 2396-2402 (2001).
  5. Zuk, P. A., et al. Human adipose tissue is a source of multipotent stem cells. Molecular biology of the cell. 13 (12), 4279-4295 (2002).
  6. Chen, S., et al. Effect on left ventricular function of intracoronary transplantation of autologous bone marrow mesenchymal stem cell in patients with acute myocardial infarction. The American journal of cardiology. 94 (1), 92-95 (2004).
  7. Ringdén, O., et al. Mesenchymal stem cells for treatment of therapy-resistant graft-versus-host disease. Transplantation. 81 (10), 1390-1397 (2006).
  8. Kharaziha, P., et al. Improvement of liver function in liver cirrhosis patients after autologous mesenchymal stem cell injection: a phase I-II clinical trial. European journal of gastroenterology & hepatology. 21 (10), 1199-1205 (2009).
  9. Spaeth, E., Klopp, A., Dembinski, J., Andreeff, M., Marini, F. Inflammation and tumor microenvironments: defining the migratory itinerary of mesenchymal stem cells. Gene therapy. 15 (10), 730-738 (2008).
  10. Yan, X., et al. Injured microenvironment directly guides the differentiation of engrafted Flk-1(+) mesenchymal stem cell in lung. Experimental hematology. 35 (9), 1466-1475 (2007).
  11. Van Poll, D., et al. Mesenchymal stem cell-derived molecules directly modulate hepatocellular death and regeneration in vitro and in vivo. Hepatology (Baltimore, Md.). 47 (5), 1634-1643 (2008).
  12. Popp, F. C., et al. Mesenchymal stem cells can induce long-term acceptance of solid organ allografts in synergy with low-dose mycophenolate. Transplant immunology. 20 (1-2), 55-60 (2008).
  13. Li, Z., Zhang, C., Weiner, L. P., Zhang, Y., Zhong, J. F. Molecular characterization of heterogeneous mesenchymal stem cells with single-cell transcriptomes. Biotechnology advances. 31 (2), 312-317 (2013).
  14. Crisan, M., et al. A perivascular origin for mesenchymal stem cells in multiple human organs. Cell stem cell. 3 (3), 301-313 (2008).
  15. Ozerdem, U., Stallcup, W. B. Early contribution of pericytes to angiogenic sprouting and tube formation. Angiogenesis. 6 (3), 241-249 (2003).
  16. Rucker, H. K., Wynder, H. J., Thomas, W. E. Cellular mechanisms of CNS pericytes. Brain research bulletin. 51 (5), 363-369 (2000).
  17. Betsholtz, C. Insight into the physiological functions of PDGF through genetic studies in mice. Cytokine & Growth Factor Reviews. 15 (4), 215-228 (2004).
  18. Gerhardt, H., Betsholtz, C. Endothelial-pericyte interactions in angiogenesis. Cell and tissue research. 314 (1), 15-23 (2003).
  19. Crisan, M., Chen, C. W., Corselli, M., Andriolo, G., Lazzari, L., Péault, B. Perivascular multipotent progenitor cells in human organs. Annals of the New York Academy of Sciences. 1176, 118-123 (2009).
  20. Kang, S. G., et al. Isolation and perivascular localization of mesenchymal stem cells from mouse brain. Neurosurgery. 67 (3), 711-720 (2010).
  21. Chen, C. W., et al. Human pericytes for ischemic heart repair. Stem cells (Dayton, Ohio). 31 (2), 305-316 (2013).
  22. Campagnolo, P., et al. Human adult vena saphena contains perivascular progenitor cells endowed with clonogenic and proangiogenic potential. Circulation. 121 (15), 1735-1745 (2010).
  23. Katare, R., et al. Transplantation of human pericyte progenitor cells improves the repair of infarcted heart through activation of an angiogenic program involving micro-RNA-132. Circulation research. 109 (8), 894-906 (2011).
  24. Corselli, M., Chen, C. W., Sun, B., Yap, S., Rubin, J. P., Péault, B. The Tunica Adventitia of Human Arteries and Veins As a Source of Mesenchymal Stem Cells. Stem Cells and Development. 21 (8), 1299-1308 (2012).
  25. Crisan, M., et al. Purification and long-term culture of multipotent progenitor cells affiliated with the walls of human blood vessels: myoendothelial cells and pericytes. Methods in cell biology. 86, 295-309 (2008).
check_url/it/54252?article_type=t

Play Video

Citazione di questo articolo
Baily, J. E., Chen, W. C., Khan, N., Murray, I. R., González Galofre, Z. N., Huard, J., Péault, B. Isolation of Perivascular Multipotent Precursor Cell Populations from Human Cardiac Tissue. J. Vis. Exp. (116), e54252, doi:10.3791/54252 (2016).

View Video