I denne protokol viser og uddyber vi, hvordan man bruger menneskeskabte pluripotente stamceller til differentiering og rensning af kardiomyocytter, og yderligere om, hvordan man kan forbedre sin transplantations effektivitet med Rho-associeret proteinkinasehæmmer forbehandling i en mus myokardieinfarkt model.
En afgørende faktor for at forbedre cellulære terapi effektivitet for Myokardie regenerering er at sikkert og effektivt øge cellen engraftment sats. Y-27632 er en meget potent hæmmer af Rho-associeret, coiled-spole-holdige protein kinase (RhoA/ROCK) og bruges til at forhindre dissociation-induceret celle apoptose (anoikis). Vi viser, at Y-27632 forbehandling for menneskeskabte pluripotente stamcelle-afledte kardiomyocytter (hiPSC-CMs+ Ri) forud for implantation resulterer i en celle engraftment rate forbedring i en musemodel af akut MYOKARDIEINFARKT (MI). Her beskriver vi en komplet procedure af hiPSC-CMs differentiering, rensning, og celle forbehandling med Y-27632, samt den resulterende celle sammentrækning, calcium forbigående målinger, og transplantation i mus MI modeller. Den foreslåede metode giver en enkel, sikker, effektiv og billig metode, som i væsentlig grad øger cellengraftment sats. Denne metode kan ikke kun anvendes i forbindelse med andre metoder til yderligere at forbedre celletransplantation effektivitet, men også giver et gunstigt grundlag for studiet af mekanismerne i andre hjertesygdomme.
Stamcelle baserede terapier har vist et betydeligt potentiale som en behandling for hjerte skader forårsaget af MI1. Brugen af differentierede hiPSCs giver en uudtømmelig kilde til hiPSC-CMs2 og åbner døren for en hurtig udvikling af banebrydende behandlinger. Men, mange begrænsninger for terapeutisk oversættelse forbliver, herunder udfordringen med den alvorligt lave engraftment sats af implanterede celler.
Dissocierende celler med trypsin initierer anoikis3, som kun accelereres, når disse celler injiceres i barske miljøer som den iskæmiske myokardiet, hvor det hypoxiske miljø accelererer kursen mod celledød. Af de resterende celler, en stor del vaskes ud fra implantationsstedet ind i blodbanen og spredes i hele periferien. En af de vigtigste apoptotiske veje er RhoA/ROCK pathway4. Baseret på tidligere forskning, rhoa/rock pathway regulerer actin cytoskelet organisation5,6, som er ansvarlig for celle dysfunktion7,8. Rock inhibitor Y-27632 er meget udbredt under somatisk og stamcelle dissociation og passaging, at øge celle vedhæftning og reducere celle apoptose9,10,11. I dette studie anvendes Y-27632 til behandling af hiPSC-CMs før transplantation i et forsøg på at øge cellernes engraftment.
Der er fastlagt flere metoder til forbedring af celle engraftment, såsom varmechok og kælder membran matrix belægning12. Bortset fra disse metoder kan genteknologi også fremme kardiomyocyt proliferation13 eller vende nonmyokardial celler til kardiomyocytter14. Fra Bioengineering perspektiv, cardiomyocytter seedet på en biomaterialet stilladset for at forbedre transplantationen effektivitet15. Desværre er de fleste af disse metoder komplicerede og dyre. Tværtimod er den metode, der foreslås her, enkel, omkostningseffektiv og effektiv, og den kan bruges som basal behandling før transplantation, samt i konjugering med andre teknologier.
De vigtigste trin i denne undersøgelse omfatter at opnå ren hiPSC-CMs, forbedre aktiviteten af hiPSC-CMs gennem Y-27632 forbehandling, og endelig, transplantere en præcis mængde hiPSC-CMs i en mus MI model.
De centrale spørgsmål, der blev behandlet her, var, at vi først optimerede de glucosefri rensningsmetoder19 og etablerede et nyt effektivt rensningssystem. System proceduren omfattede anvendelse af celle dissociations enzymer, genbeplantning af celler i gelati…
The authors have nothing to disclose.
Forfatterne takker Dr. Joseph C. Wu (Stanford University) for venligt at give Fluc-GFP konstruere og Dr. Yanwen Liu for fremragende teknisk assistance. Denne undersøgelse er støttet af National Institutes of Health RO1 tilskud HL95077, HL114120, HL131017, HL138023, UO1 HL134764 (til J.Z.), og HL121206A1 (til L.Z.), og en R56 Grant HL142627 (til W.Z.), en amerikansk hjerte forening videnskabsmand udvikling Grant 16SDG30410018, og University of Alabama på Birmingham Faculty Development Grant (til W.Z.).
Reagent | |||
Accutase (stem cell detachment solution) | STEMCELL Technologies | #07920 | |
B27 minus insulin | Fisher Scientific | A1895601 | |
B27 Supplement | Fisher Scientific | 17-504-044 | |
CHIR99021 | Stem Cell Technologies | 72054 | |
DMEM (1x), high glucose, HEPES, no phenol red | Thermofisher | 20163029 | |
Fetal bovine serum | Atlanta Biologicals | S11150 | |
Fluo-4 AM (calcium indicator) | Invitrogen/Thermofisher | F14201 | |
Glucose-free RPMI 1640 | Fisher Scientific | 11879020 | |
IWR1 | Stem Cell Technologies | 72562 | |
Matrigel (extracellular matrix ) | Fisher Scientific | CB-40230C | |
mTeSR (human pluripotent stem cells medium) | STEMCELL Technologies | 85850 | |
Pen-strep antibiotic | Fisher Scientific | 15-140-122 | |
Pluronic F-127 (surfactant polyol) | Sigma-Aldrich | P2443 | |
Rho activator II | Cytoskeleton | CN03 | |
RPMI1640 | Fisher Scientific | 11875119 | |
Sodium DL-lactate | Sigma-Aldrich | L4263 | |
TrypLE (cell-dissociation enzymes) | Fisher Scientific | 12-605-010 | |
Verapamil | Sigma-Aldrich | V4629 | |
Y-27632 | STEMCELL Technologies | 72304 | |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Equipment and Supplies | |||
IVIS Lumina III Bioluminescence Instruments | PerkinElmer | CLS136334 | |
15 mm Coverslips | Warner | CS-15R15 | |
Centrifuge | Eppendorf | 5415R | |
Confocal Microscope | Olympus | IX81 | |
Cryostat | Thermo Scientific | NX50 | |
Dual Automatic Temperature Controller | Warner Instruments | TC-344B | |
Electrophoresis Power Supply | BIO-RAD | 1645050 | |
Fluoresence Microscope | Olympus | IX83 | |
High Speed Camera | pco | 1200 s | |
Laser Scan Head | Olympus | FV-1000 | |
Low Profile Open Bath Chamber (mounts into above microincubation system) | Warner Instruments | RC-42LP | |
Microincubation System | Warner Instruments | DH-40iL | |
Minivent Mouse Ventilator | Harvard Apparatus | 845 | |
NOD/SCID mice | Jackson Laboratory | 001303 | |
Precast Protein Gels | BIO-RAD | 4561033 | |
PVDF Transfer Packs | BIO-RAD | 1704156 | |
Trans-Blot System | BIO-RAD | Trans-Blot Turbo | |
Hot bead sterilizer | Fine Science Tools | 18000-45 | |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Antibody | |||
Anti-human Nucleolin (Alexa Fluor 647) | Abcam | ab198580 | |
Cardiac Troponin T | R&D Systems | MAB1874 | |
Cardiac Troponin C | Abcam | ab137130 | |
Cardiac Troponin I | Abcam | ab47003 | |
Cy5-donkey anti-mouse | Jackson ImmunoResearch Laboratory | 715-175-150 | |
Cy3-donkey anti-rabbit | Jackson ImmunoResearch Laboratory | 711-165-152 | |
Fitc-donkey anti-mouse | Jackson ImmunoResearch Laboratory | 715-095-150 | |
GAPDH | Abcam | ab22555 | |
Human Cardiac Troponin T | Abcam | ab91605 | |
Integrin β1 | Abcam | ab24693 | |
Ki67 | EMD Millipore | ab9260 | |
N-cadherin | Abcam | ab18203 | |
Phospho-Myosin Light Chain 2 | Cell Signaling Technology | 3671s | |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Software | |||
Matlab | MathWorks | R2016A | |
Image J | NIH | 1.52g |