Summary

Сопоставимых Decellularization плода и взрослых сердечной ткани эксплантов как 3D-как платформы для в исследованиях in Vitro

Published: March 21, 2019
doi:

Summary

Сердца внеклеточная матрица (ECM) является сложной сети молекул, которые оркестровать ключевых процессов в органах и тканях при Несокрушимая физиологических ремоделирования на протяжении всей жизни. Стандартизированные decellularization плода и взрослых сердец позволяет сравнительные экспериментальные исследования обеих тканей в условиях 3D, захватив родной архитектуры и биомеханических свойств.

Abstract

Текущий набор знаний внеклеточного матрикса (ECM)-сотовой связи переводится большой двухмерный (2D) в пробирке культуры исследования, где представлены компоненты ECM как покрытие поверхности. Эти культуры системы представляют собой упрощение сложного характера ECM, которая охватывает биохимического состава, структуры и механических свойств ткани. Чтобы лучше подражать ECM-сотовой связи, формирование сердца микроокружения, мы разработали протокол, который позволяет для decellularization сердца всего плода и ткани взрослых левого желудочка эксплантах одновременно сравнительных исследований. Протокол сочетает в себе использование гипотонический буфера, моющее средство анионное ПАВ свойств и DNase лечения без какого-либо требования для специальных навыков или оборудования. Применение той же стратегии decellularization через образцы тканей от субъектов различного возраста является альтернативный подход для проведения сравнительных исследований. Настоящий Протокол позволяет выявление уникальных структурных различий между плода и взрослых сердца ECM сетки и биологического клеточных реакций. Кроме того здесь методологии демонстрирует более широкое применение, успешно применяется в других тканях и видов с незначительными изменениями, таких как в человеческой кишечника биопсии и мыши легких.

Introduction

Внеклеточная матрица (ECM) является динамичной сети молекул, которые регулируют важные клеточные процессы, а именно судьба решение, пролиферации и дифференцировки1,2. Исследование взаимодействий клеток ECM была проведена главным образом в двухмерный (2D) в vitro культур, покрытые компоненты ECM, которые представляют собой упрощение родной ECM, найденных в естественных условиях. Decellularization генерирует бесклеточной ECM 3D-как bioscaffolds, который во многом сохранить внеклеточного архитектуры и состава собственных тканей и органов3,4. В дополнение к качестве биоактивные подмости для тканевой инженерии, decellularized 3D ECM биоматериалов появляются как Роман платформы для оценки биологии клетки ECM параллельных в естественных условиях окружающей среды.

Оценки дифференциальной роли компонентов ECM различных тканей, органов и возраста принесет пользу с использованием аналогичных протоколов генерации родной bioscaffolds. В самом сердце мы разработали универсальный протокол для decellularization плода и взрослого, полученных образцов, в качестве альтернативного подхода для проведения сравнительных исследований орган микроокружения. С использованием этой методологии, мы захватили собственного сердца микроокружения и показал, что плода ECM способствует повышению урожайности заселение сердечной клетки5. Decellularization представлена дополнительная идентификация резидентов структурных различий между плода и взрослых ECM на уровне механизма, подвал пластинки и околоклеточного сетки матрицы и волокна состав5. До этой работы голова к голове сравнения тканей на разных этапах онтогенезе, используя тот же подход decellularization сообщалось только резус почек и сердца грызунов. Кроме того ограниченное количество исследований сообщают плода ткани/орган decellularization per se5,6,7. Это было достигнуто с помощью SDS как уникальный decellularization агент; Однако собственный SDS концентрации были использованы для decellularization плода и взрослых сердечной ткани7,8. SDS является одним из наиболее эффективных ионных моющих средств для разминирования цитоплазмы и ядерных материалов и широко используется в decellularization различных тканей и образцы9,10. Растворы, содержащие высокие концентрации SDS и длительного воздействия были связаны с денатурации белков, потеря Глюкозаминогликан (GAGs) и нарушение фибрилл коллагена10,11и поэтому необходим баланс между удаления сохранение и клеток ECM. Чтобы применить ту же процедуру для ткани сердца плода и взрослых, протокол, описанные здесь делится на три последовательных этапа: сотовый лизис по осмотическим шоком (гипотоническая буфера); солюбилизация липидов белков, ДНК белковых и белок белковых взаимодействий (0,2% SDS); и удаления ядерного материала (DNase лечение).

Наш протокол показывает несколько преимуществ: я) возможность эквивалент decellularization возрасту сердечной ткани путем применения одной и той же стратегии decellularization; II) никаких требований для специализированных методов или средств; III) готовы адаптации для других видов тканей и как она успешно применялась с небольшими изменениями в человеческой кишечника биопсий12 и мыши легких13; и, главное, iv) может адресовать ECM биомеханических свойств позволяя Ассамблея 3D-как organotypic культур, что более тесно имитировать молекулярные особенности родной ткани микроокружения.

Protocol

Все описанные методологии были одобрены i3S Комитета по этике животных и Direção Geral де Veterinária (DGAV) и находятся в соответствии с Европейским парламентом Директива 2010/63/ЕС. 1. Приготовление растворов decellularization Примечание: Все decellularization решения следует фильтруют че…

Representative Results

Decellularization эффективность должна оцениваться посредством трех основных методов: макроскопический наблюдения, гистология и количественного определения ДНК. Макроскопические появление лечение пост SDS образцов косвенно влияет на эффективность удаления клеток. После ин?…

Discussion

Внеклеточная матрица (ECM) является весьма динамичного и сложного сеть волокнистых и клей гликопротеинов, состоящий из водохранилища многочисленные биоактивные пептиды и зависшие факторов роста. Как основных модулятором клеточной адгезии, Цитоскелет динамики, моторики и миграцией, ра?…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Авторы признательны всем членам Пинто ду Ó лаборатории для соответствующих критического обсуждения. Эта работа была поддержана програма MIT-Фонд пункт Ciência e Tecnologia (КГФ) в рамках проекта «CARDIOSTEM-инженерии сердечной ткани и основанного на стволовых клеток лечение сердечно-сосудистых приложений» (MITP-TB/ЕЭК/0013/2013). A.C.S. является получателем стипендий КГФ [SFRH/BD/88780/2012] и M.J.O. является членом КГФ (FCT-следователь 2012).

Materials

Equipment
Incubated Benchtop Shaker Orbital Shakers IKA:3510001 Recommended
Fluorimeter Equipment available
Digital weight scale Equipment available
Inverted Microscope Equipment available
Cell culture incubator Equipment available
Fridge (4ºC) Equipment available
Deep freezer (-80ºC) Equipment available
Microtome Equipment available
Cirurgical Instruments
Vannas Spring Scissors – 2.5mm Cutting Edge Fine Science Tools 5000-08 Recommended
Dumont 5 Fine Forceps – Biologie/Inox Fine Science Tools 11254-20 Recommended
Dumont 7 forceps Fine Science Tools 11272-30 Recommended
Dissecting Scissors, straight Tool available
Forceps, serrated, curved Tool available
Materials
24 well plates, individually wrapped VWR 29442-044
96 well plates, individually wrapped VWR 71000-078
Steriflip-GV, 0.22µm, PVDF, Radio-Sterilized Millipore SE1M179M6
Eppendorff Material available
15 mL Falcon tubes Fisher Scientific 430791
50 mL Falcon tubes Fisher Scientific 430829
Four-Compartment Biopsy Processing/Embedding Cassettes with Lid Electron Microscopy Science 70075-B
Fisherbrand Superfrost Plus Microscope Slides Thermo Fisher Scientific 22-037-246
Tissue cryopreservation
Shandon Cryomatrix embedding resin Thermo Scientific 6769006
2-METHYLBUTANE ANHYDROUS 99+% (isopentane) Sigma-Aldrich 277258-1L
Dry ice
Decellularization
NaCl BDH Prolabo 27810.364
Na2HPO4 Sigma-Aldrich S-31264
KH2PO4 Sigma-Aldrich P5379-100g
KCl Sigma-Aldrich P8041-1KG
TrisBASE Sigma-Aldrich T6066-500G
Sodium dodecyl sulfate Sigma-Aldrich L-4390
MgCl2 MERCK 1.05833.1000
DNAse I AplliChem A3778,0050
Gentamicin Gibco 15710-049
Fungizone Gibco BRL 15290-026
Deionized water (DI water)
Histology
10 % formalin neutral buffer Prolabo 361387P
Eosin Y AQUEOUS Surgipath 01592E Can be replaced by alcoholic eosin
Richard-Allan Scientific HistoGel Specimen Processing Gel Thermo Fisher Scientific HG-4000-012
Ethanol ethilic alcohol 99,5% anydrous Aga 4,006,02,02,00
Deionized water (DI water)
Clear Rite 3 Richard-Allan Scientific 6915
Shandon Histoplast Thermo Fisher Scientific RAS.6774006
Kits
PureLink Genomic DNA Mini Kit Thermo Fisher Scientific K182001
Quant-iT PicoGreen dsDNA kit Invitrogen P11496
Cell culture
DPBS VWR 45000-434
Penicillin-Streptomycin Solution 100X Labclinics L0022-100
Fungizone Gibco BRL 15290-026
Cell culture media of the cell of interest

Riferimenti

  1. Frantz, C., Stewart, K. M., Weaver, V. M. The extracellular matrix at a glance. Journal of Cell Science. 123 (24), 4195-4200 (2010).
  2. Rozario, T., DeSimone, D. W. The extracellular matrix in development and morphogenesis: a dynamic view. Dev Biol. 341 (1), 126-140 (2010).
  3. Badylak, S. F., Taylor, D., Uygun, K. Whole-Organ Tissue Engineering: Decellularization and Recellularization of Three-Dimensional Matrix Scaffolds. Annu Rev Biomed Eng. 13 (1), 27-53 (2011).
  4. Ott, H. C., et al. Perfusion-decellularized matrix: using nature’s platform to engineer a bioartificial heart. Nat Med. 14 (2), 213-221 (2008).
  5. Silva, A. C., et al. Three-dimensional scaffolds of fetal decellularized hearts exhibit enhanced potential to support cardiac cells in comparison to the adult. Biomaterials. 104, 52-64 (2016).
  6. Nakayama, K. H., Batchelder, C. A., Lee, C. I., Tarantal, A. F. Decellularized rhesus monkey kidney as a three-dimensional scaffold for renal tissue engineering. Tissue Eng Part A. 16 (7), 2207-2216 (2010).
  7. Williams, C., Quinn, K. P., Georgakoudi, I., Black, L. D. Young developmental age cardiac extracellular matrix promotes the expansion of neonatal cardiomyocytes in vitro. Acta Biomater. 10 (1), 194-204 (2014).
  8. Fong, A. H., et al. Three-Dimensional Adult Cardiac Extracellular Matrix Promotes Maturation of Human Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Cardiomyocytes. Tissue Eng Part A. 22 (15-16), 1016-1025 (2016).
  9. Tapias, L. F., Ott, H. C. Decellularized scaffolds as a platform for bioengineered organs. Curr Opin Organ Transplant. 19 (2), 145-152 (2014).
  10. Crapo, P. M., Gilbert, T. W., Badylak, S. F. An overview of tissue and whole organ decellularization processes. Biomaterials. 32 (12), 3233-3243 (2011).
  11. Gilbert, T. W., Sellaro, T. L., Badylak, S. F. Decellularization of tissues and organs. Biomaterials. 27 (19), 3675-3683 (2006).
  12. Pinto, M. L., et al. Decellularized human colorectal cancer matrices polarize macrophages towards an anti-inflammatory phenotype promoting cancer cell invasion via CCL18. Biomaterials. 124, 211-224 (2017).
  13. Garlikova, Z., et al. Generation of a close-to-native in vitro system to study lung cells-ECM crosstalk. Tissue Eng Part C: Methods. , (2017).
  14. Wong, M. L., Griffiths, L. G. Immunogenicity in xenogeneic scaffold generation: Antigen removal vs. decellularization. Acta Biomaterialia. 10 (5), 1806-1816 (2014).
  15. Motsavage, V. A., Kostenbauder, H. B. The influence of the state of aggregation on the specific acid-catalyzed hydrolysis of sodium dodecyl sulfate. J Colloid Sci. 18 (7), 603-615 (1963).
  16. Rahman, A., Brown, C. W. Effect of pH on the critical micelle concentration of sodium dodecyl sulphate. J Appl Polymer Sci. 28 (4), 1331-1334 (1983).
  17. Brown, B. N., Badylak, S. F. Extracellular matrix as an inductive scaffold for functional tissue reconstruction. Transl Res. 163 (4), 268-285 (2014).
  18. Ieda, M., et al. Cardiac fibroblasts regulate myocardial proliferation through beta1 integrin signaling. Dev Cell. 16 (2), 233-244 (2009).
  19. Whitby, D. J., Ferguson, M. W. The extracellular matrix of lip wounds in fetal, neonatal and adult mice. Development. 112 (2), 651-668 (1991).
  20. Brennan, E. P., Tang, X. H., Stewart-Akers, A. M., Gudas, L. J., Badylak, S. F. Chemoattractant activity of degradation products of fetal and adult skin extracellular matrix for keratinocyte progenitor cells. J Tissue Eng Regen Med. 2 (8), 491-498 (2008).
  21. Coolen, N. A., Schouten, K. C., Middelkoop, E., Ulrich, M. M. Comparison between human fetal and adult skin. Arch Dermatol Res. 302 (1), 47-55 (2010).
check_url/it/56924?article_type=t

Play Video

Citazione di questo articolo
Silva, A. C., Oliveira, M. J., McDevitt, T. C., Barbosa, M. A., Nascimento, D. S., Pinto-do-Ó, P. Comparable Decellularization of Fetal and Adult Cardiac Tissue Explants as 3D-like Platforms for In Vitro Studies. J. Vis. Exp. (145), e56924, doi:10.3791/56924 (2019).

View Video