L'isolamento e coltura di cellule primarie dell'epicardio ricavate da campioni di cuore umano adulto e fetale
Summary
L’epicardio svolge un ruolo cruciale nello sviluppo e nella riparazione del cuore fornendo le cellule e fattori di crescita per la parete del miocardio. Qui, descriviamo un metodo alle cellule dell’epicardio primarie umane di cultura che consente lo studio e il confronto delle loro caratteristiche inerenti allo sviluppo e adulti.
Abstract
L’epicardio, uno strato di cellule epiteliali che copre il miocardio, ha un ruolo essenziale durante sviluppo cardiaco e la risposta di riparazione del cuore dopo lesione ischemica. Quando attivato, le cellule dell’epicardio subiscono un processo noto come epiteliale di transizione mesenchimale (EMT) per fornire le cellule del miocardio. Inoltre, l’epicardio contribuisce via la secrezione di fattori paracrini essenziale. Per apprezzare appieno il potenziale rigenerativo dell’epicardio, è necessario un modello di cellula umana. Qui abbiamo delineare un modello di coltura cellulare romanzo per derivare cellule derivate dell’epicardio primarie (EPDCs) da tessuto cardiaco umano adulto e fetale. Per isolare EPDCs, l’epicardio è dissecato dall’esterno dell’esemplare cuore e trasformato in una sospensione unicellulare. Successivamente, EPDCs sono placcati e coltivate in medium EPDC contenente l’inibitore della 5-chinasi ALK SB431542 per mantenere il loro fenotipo epiteliale. EMT è indotta dalla stimolazione con TGFβ. Questo metodo consente, per la prima volta, lo studio del processo di EMT dell’epicardio umano in un ambiente controllato e agevola guadagnando più comprensione nel secretoma di EPDCs che può aiutare la rigenerazione del cuore. Inoltre, questo approccio uniforme consente un confronto diretto del comportamento umano adulto e fetale dell’epicardio.
Introduction
L’epicardio, uno strato epiteliale unicellulare che buste il cuore, è di vitale importanza per lo sviluppo cardiaco e riparazione (rivisto in Smits et al. 1). inerente allo sviluppo, l’epicardio nasce dall’organo proepicardial, una piccola struttura situata alla base del cuore in via di sviluppo. Intorno giorno dello sviluppo E9.5 in mouse e post-concezione 4 settimane in umani, cellule iniziano a migrare da questa struttura di cavolfiore e coprire il miocardio in via di sviluppo2. Una volta che si forma uno strato di singola cellula epiteliale, una parte delle cellule dell’epicardio subisce epiteliale di transizione mesenchimale (EMT). Durante EMT, le cellule perdono le loro caratteristiche epiteliali, quali adesioni cellula-cellula e ottenere un fenotipo mesenchimale che dà loro la capacità di migrare nel miocardio in via di sviluppo. Le cellule derivate dell’epicardio formate (EPDCs) possono differenziarsi in diversi tipi di cellule cardiache tra cui fibroblasti, cellule muscolari lisce e potenzialmente cardiomiociti e cellule endoteliali3, anche se la differenziazione di questi ultimi due cellulari resti di popolazioni oggetto di dibattito (rivisto in Smits et al. 4). Inoltre, l’epicardio fornisce segnali paracrini istruttivo al miocardio a regolare la crescita e la vascolarizzazione5,6,7,8. Diversi studi hanno dimostrato che alterata formazione dell’epicardio conduce ai difetti inerenti allo sviluppo in muscolo cardiaco9,10, sistema vascolare11e conduzione sistema12, sottolineando l’essenziale contributo dell’epicardio per la formazione del cuore.
Anche se nel cuore adulto epicardio è presente come uno strato dormiente, esso diventa riattivato su ischemia13. Alberino-ferita di riattivazione dell’epicardio ricapitola molti dei processi descritti per sviluppo cardiaco, tra cui proliferazione ed EMT14, seppur meno efficientemente. È interessante notare che, sebbene l’esatto meccanismo completamente non è capito, il contributo dell’epicardio di riparazione può essere migliorato dal trattamento con, per esempio, Thymosin β415 o modifica mRNA di VEGF-A16, con conseguente migliorato cardiaco funzione dopo infarto miocardico. L’epicardio è quindi considerato un’interessante fonte di cellule per migliorare la riparazione endogena del cuore ferito.
Meccanismi di sviluppo cardiaco sono spesso ricapitolate durante la lesione, anche se in modo meno efficiente. In cerca di attivatori dell’epicardio, è fondamentale che possiamo determinare e confrontare l’intera capacità dell’epicardio feto ed adulto. Inoltre, da un punto di vista terapeutico, è importante che, oltre a esperimenti sugli animali, estendiamo conoscenza per quanto riguarda la risposta dell’epicardio umano. Qui, descriviamo un metodo per isolare e adulte e fetale dell’epicardio derivate cellule umane (EPDCs) in una morfologia epiteliale-cell-like della coltura e di indurre EMT. Con questo modello, ci proponiamo di esplorare e confrontare il comportamento delle cellule dell’epicardio adulto e fetale.
Il vantaggio principale di questo protocollo è l’utilizzo di materiale umano dell’epicardio, che non è stato studiato accuratamente. D’importanza, il protocollo di coltura delle cellule e isolamento descritto fornisce un singolo metodo uniforme per derivare entrambi EPDCs di cobble fetali ed adulti, consentendo un confronto diretto tra queste fonti di due cellule. Inoltre, poiché l’epicardio è isolato basato sulla sua posizione, è accertato che le cellule sono in realtà epicardially derivata17.
Mentre metodi di isolamento EPDC umani sono state stabilite in precedenza, queste si basano principalmente su protocolli di conseguenza dove pezzi di tessuto cardiaco o dell’epicardio sono piastrate su un cellulare cultura piatto18,19. Questo approccio quindi seleziona specificamente per le cellule che perdere parzialmente il loro fenotipo epiteliale al fine di migrare, e che sono più inclini a subire EMT spontanea. Nel protocollo attuale, l’epicardio è prima trasformato in una soluzione di singola cellula che permette il EPDCs isolato per preservarne lo stato epiteliale. Questo metodo fornisce quindi un modello solido in vitro per lo studio dell’epicardio EMT.
Protocol
Representative Results
Discussion
Qui descriviamo un protocollo dettagliato per isolare e cultura primaria dell’epicardio cellule derivata da cuori umani adulti e fetali. Ampia caratterizzazione di queste cellule è stato precedentemente pubblicato il17. Abbiamo dimostrato che entrambi i tipi cellulari possono essere mantenuti come cellule epiteliali di ciottoli-come una volta coltivate con l’inibitore della chinasi di ALK5 SB431542. EMT è parte integrante di attivazione dell’epicardio in vivo durante sia lo sviluppo e l…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questa ricerca è sostenuta da l’organizzazione olandese per la ricerca scientifica (NWO) (VENI 016.146.079) e un assegno di ricerca LUMC sia per AMS e Stichting Bontius LUMC (MJG).
Materials
| Dulbecco’s modified Eagle’s medium + GlutaMAX | Gibco | 21885-025 | |
| Medium 199 | Gibco | 31150-022 | |
| Fetal Bovine Serum | Gibco | 10270-106 | |
| Trypsin 0.25% | Invitrogen | 25200-056 | |
| Penicillin G sodium salt | Roth | HP48 | |
| Streptomycin sulphate | Roth | HP66 | |
| Trypsin 1:250 from bovine pancreas | Serva | 37289 | |
| EDTA | Sigma | E4884 | |
| Gelatin from porcine skin | Sigma-Aldrich | G1890 | |
| Culture plates 6 well | Greiner bio-one | 657160 | |
| Culture plates 12 well | Corning | 3512 | |
| Culture plates 24 well | Greiner bio-one | 662160 | |
| SB 431542 | Tocris | 1614 | |
| Dimethyl Sulfoxide (DMSO) | Merck | 102931 | |
| 100-1000µL Filtered Pipet Tips | Corning | 4809 | |
| 10-ml pipet | Greiner bio-one | 607180 | |
| 5-ml pipet | Greiner bio-one | 606180 | |
| Cell culture dish 100/20 mm | Greiner bio-one | 664160 | |
| PBS | Gibco | 10010056 | Or home-made and sterilized |
| Eppendorf tubes 1.5 mL | Eppendorf | 0030120086 | |
| 15-ml centrifuge tubes | Greiner bio-one | 188271 | |
| 50-ml centrifuge tubes | Greiner bio-one | 227261 | |
| 10 mL Syringe | Becton Dickinson | 305959 | |
| Needles 19 Gauge | Becton Dickinson | 301700 | |
| Needles 21 Gauge | Becton Dickinson | 304432 | |
| EASYstrainer Cell Sieves, 100 µm | Greiner bio-one | 542000 | |
| TGFβ3 | R&D systems | 243-B3 | |
| Monoclonal Anti-Actin, α-Smooth Muscle | Sigma | A2547 | |
| Anti-Mouse Alexa Fluor 555 | Invitrogen | A31570 | |
| Alexa Fluor 488 Phalloidin | Invitrogen | A12379 | |
| Equipment | |||
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Pipet P1,000 | Gilson | F123602 | |
| Pipet controller | Integra | 155 015 | |
| Stereomicroscope | Leica | M80 | |
| Inverted Light Microscope | Olympus | CK2 | |
| Centrifuge | Eppendorf | 5702 | |
| Waterbath | GFL | 1083 |
Riferimenti
- Smits, A. M., Dronkers, E., Goumans, M. J. The epicardium as a source of multipotent adult cardiac progenitor cells: Their origin, role and fate. Pharmacological research. 127, 129-140 (2017).
- Risebro, C. A., Vieira, J. M., Klotz, L., Riley, P. R. Characterisation of the human embryonic and foetal epicardium during heart development. Development. 142 (21), 3630-3636 (2015).
- Zhou, B., Ma, Q., et al. Epicardial progenitors contribute to the cardiomyocyte lineage in the developing heart. Nature. 454 (7200), 109-113 (2008).
- Smits, A., Riley, P. Epicardium-Derived Heart Repair. Journal of Developmental Biology. 2 (2), 84-100 (2014).
- Chen, T. H. P., Chang, T. C., et al. Epicardial Induction of Fetal Cardiomyocyte Proliferation via a Retinoic Acid-Inducible Trophic Factor. Biologia dello sviluppo. 250 (1), 198-207 (2002).
- Pennisi, D. J., Ballard, V. L. T., Mikawa, T. Epicardium is required for the full rate of myocyte proliferation and levels of expression of myocyte mitogenic factors FGF2 and its receptor, FGFR-1, but not for transmural myocardial patterning in the embryonic chick heart. Developmental Dynamics. 228 (2), 161-172 (2003).
- Lavine, K. J., Yu, K., et al. Endocardial and epicardial derived FGF signals regulate myocardial proliferation and differentiation in vivo. Developmental Cell. 8 (1), 85-95 (2005).
- Stuckmann, I., Evans, S., Lassar, A. B. Erythropoietin and retinoic acid, secreted from the epicardium, are required for cardiac myocyte proliferation. Developmental biology. 255 (2), 334-349 (2003).
- Männer, J., Schlueter, J., Brand, T. Experimental analyses of the function of the proepicardium using a new microsurgical procedure to induce loss-of-proepicardial-function in chick embryos. Developmental Dynamics. 233 (4), 1454-1463 (2005).
- Weeke-Klimp, A., Bax, N. A. M., et al. Epicardium-derived cells enhance proliferation, cellular maturation and alignment of cardiomyocytes. Journal of Molecular and Cellular Cardiology. 49 (4), 606-616 (2010).
- Eralp, I., Lie-Venema, H., et al. Coronary Artery and Orifice Development Is Associated With Proper Timing of Epicardial Outgrowth and Correlated Fas Ligand Associated Apoptosis Patterns. Circulation Research. 96 (5), (2005).
- Kelder, T. P., Duim, S. N., et al. The epicardium as modulator of the cardiac autonomic response during early development. Journal of Molecular and Cellular Cardiology. 89, 251-259 (2015).
- van Wijk, B., Gunst, Q. D., Moorman, A. F. M., van den Hoff, M. J. B. Cardiac regeneration from activated epicardium. PloS one. 7 (9), e44692 (2012).
- Zhou, B., Honor, L. B., et al. Adult mouse epicardium modulates myocardial injury by secreting paracrine factors. The Journal of clinical investigation. 121 (5), 1894-1904 (2011).
- Smart, N., Bollini, S., et al. De novo cardiomyocytes from within the activated adult heart after injury. Nature. 474 (7353), 640-644 (2011).
- Zangi, L., Lui, K. O., et al. Modified mRNA directs the fate of heart progenitor cells and induces vascular regeneration after myocardial infarction. Nature Biotechnology. 31 (10), 898-907 (2013).
- Moerkamp, A. T., Lodder, K., et al. Human fetal and adult epicardial-derived cells: a novel model to study their activation. Stem Cell Research & Therapy. 7 (1), 1-12 (2016).
- Clunie-O’Connor, C., Smits, A. M., et al. The Derivation of Primary Human Epicardium-Derived Cells. Current Protocols in Stem Cell Biology. 35, 2C.5.1-2C.5.12 (2015).
- Van Tuyn, J., Atsma, D. E., et al. Epicardial Cells of Human Adults Can Undergo an Epithelial-to- Mesenchymal Transition and Obtain Characteristics of Smooth Muscle Cells In Vitro. Stem Cells. 25 (2), 271-278 (2007).
- Bax, N. A. M., van Oorschot, A. A. M., et al. In vitro epithelial-to-mesenchymal transformation in human adult epicardial cells is regulated by TGFβ-signaling and WT1. Basic research in cardiology. 106 (5), 829-847 (2011).
- Chechi, K., Richard, D. Thermogenic potential and physiological relevance of human epicardial adipose tissue. International Journal of Obesity Supplements. 5 (Suppl 1), S28-S34 (2015).
