דור של אגרגטים תא Murine לב קוצב לב בהתבסס על ES-Cell-תכנות בשילוב עם Myh6-יזם-בחירה
Summary
פרוטוקול זה מתאר כיצד לייצר רקמת קטרי פונקציונלית סינוס מתאי גזע עכבריים pluripotent (PSC). T-Box3 ביטוי יתר (TBX3) בתוספת מבחר אנטיביוטי אמרגן שרירן-כבד-שרשרת לב (Myh6) מוביל לאגרגטים תא קוצב לב טהורים מאוד. אלה "הנוצרים על-sinoatrial-גופים" ("iSABs") מכילים מעל 80 תאי קוצב%, להראות גדלו מאוד שיעורי מכות והם מסוגלים לצעוד שריר לב vivo לשעבר.
Abstract
טיפול ב" תסמונת סינוס החולה "מבוסס על קוצבי לב מלאכותיים. אלה נושאים סכנות כגון כשל סוללה וזיהומים. יתר על כן, הם חסרים את היענות הורמון וההליך הכולל הוא עלות עתיר. "קוצבי לב ביולוגיים" שנוצרו מPSCs עשוי להיות אלטרנטיבה, עדיין התוכן האופייני לתאי קוצב לב בגופים Embryoid (EBS) הוא נמוך ביותר. הפרוטוקול המתואר משלב "תכנות קדימה" של PSCs העכברי באמצעות TBX3 inducer צומת סינוס עם בחירת אנטיביוטיקה מבוססת Myh6-אמרגן. זה מניב אגרגטים cardiomyocyte עקביים של תאי קוצב לב מבחינה פיזיולוגית תפקודיים> 80%. אלה "הנוצרים על-sinoatrial-גופים" ("iSABs") באופן ספונטני הידבקות בתדרים עדיין unreached (400-500 פעימות לדקה) המתאימים לתאי קטרי מבודדים מלב עכבר והם מסוגלים לצעוד שריר לב vivo לשעבר עכברי. באמצעות הפרוטוקול המתואר סינוס הטהור ביותריכולים להיות שנוצרו תאים בודדים קטרי שלדוגמה ניתן להשתמש במבחנת בדיקות סמים. יתר על כן, iSABs שנוצר על פי פרוטוקול זה עלול להפוך לצעד מכריע לקראת הנדסת רקמות לב.
Introduction
"תסמונת סינוס החולה" הטווח מסכמת מחלות מרובות שהובילו להידרדרות מערכת קוצב לב. היא כוללת ברדיקרדיה פתולוגי, סימפטומטי סינוס, בלוק sinoatrial, מעצר סינוס, כמו גם את תסמונת טכיקרדיה-ברדיקרדיה. וכך, "תסמונת סינוס חולה" מלווה לעתים קרובות במחל לב כלליות כגון מחלת לב איסכמית, cardiomyopathies או דלקת שריר לב. נכון לעכשיו, גישות טיפוליות המבוססות על השתלת קוצבי לב של חשמל. עם זאת, זה הולך ביחד עם מספר הסיכונים, כגון זיהומים וכשל סוללה. בסך הכל, השכיחות של סיבוכים היא עדיין גבוהה מאוד בחולים שהושתלו קוצב לב מלאכותי. יתר על כן, בניגוד לקוצב לב אנדוגני, התקנים אלה אינם מגיבים לגירוי הורמונלי.
חלופה עתידית עשויה להסתמך על הזמינות של "קוצבי לב ביולוגיים" שיכול לשמש PSCsכמקור סלולארי מתאים ושיהיה גם יקר מאוד במבחנת בדיקות סמים. עם זאת, בעיה עיקרי טמון בהופעה נדירה מאוד של תאי קטרי סינוס בתוך גופי embryoid (EBS) – זה בדרך כלל אינו עולה על 0.5% ~ 1.
בעבר, ניתן היה לראות כי "תכנות קדימה" לקראת תת cardiomyocyte ספציפי ניתן לביצוע באמצעות ביטוי יתר של גורמים שונים בתחילת שעתוק לב וכלי דם כגון גורם המזודרם ספציפי, אחורי 1 (MesP1) ושעתוק NK2 הקשורים, לוקוס 5 (Nkx2.5) 2, 3. לגודל ותפקוד של צומת sinoatrial (SAN) רגילים, Tbx3 גורם שעתוק T-התיבה הוא חיוני, אשר הוכח כדי ליזום את תכנית גן קוצב לב ולשלוט בידול של 4 SAN. אמנם זה משופר המראה של תאי קוצב פונקציונליים, התוכן עדיין לא עלה על ~ 40% בקרב אוכלוסיית תא cardiomyocytic כולו.
לכן, צעד בחירת אנטיביוטיקה מבוסס Myh6-אמרגן נוסף 5 הוצג על ידינו. זה סופו של דבר מוביל לאגרגטים עד כה לא נצפו cardiomyocyte ("גופים הנגרמים סין-פרוזדורים;" iSABs ") אשר התערוכה גדלו מאוד תדרי מכות (> 400 פעימות לדקה) במבחנה, בפעם הראשונה לאלו של לב עכברי ודומים לטפח במבחנה תאי קטרי סינוס המבודדים מלב עכברי 6. תחת ממשל Isoprenaline אפילו תדרים פועמים של 550 פעימות לדקה מושגות. יש לציין, iSABs מורכב של מעל 80% תאי קטרי פונקציונליים כפי שעולים פיסיולוגי נרחב מנתח 7. לאחרונה, מספר גישות ליצירת תאי סינוס קטרי באמצעות תכנות מחדש ישיר 19, משטח סמני 14 או טיפול תרופתי עם מולקולות קטנות 16,17 תוארה. עם זאת, אף אחת מהשיטות הללו הוביל לטוהר גבוה כל כך של תאי קוצב לב ומכה את תדרים קרובים לעכברי הואאמנות כפי שנצפה בiSABs.
יתר על כן, במודל vivo לשעבר של פרוסות חדרית מעובד עכבר מבוגר שאבדו את פעילות המכות הספונטנית שלהם, iSABs מסוגל להשתלב ברקמה הפרוסה, כך שנותרו פעיל באופן ספונטני ובאופן עמיד צעדה פרוסות לב להתכווצויות 7. פרוטוקול מפורט לדור של iSABs אלה מתואר במאמר זה.
Protocol
Representative Results
Discussion
היכולת לייצר תאי גזע קוצב לב תא נגזרים לב עשוי לאפשר הכינון מחדש של קצב הלב התקין, במובן של "קוצבי לב ביולוגיים". כמו כן, בדיקות סמים במבחנה תיהנה מזמינותם. PSCs יכול להצמיח כל סוג תא בגוף של היונקים, כולל שריר לב עם מאפייני תא קוצב לב 8,9,10,11,12,13. עם זאת, בדרך כלל א?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Materials
| Name of the Material/Equipment | Company | Catalog Number |
| Iscove's liquid medium with stable glutamine | Biochrom AG | FG 0465 |
| DMEM liquid medium without Na-pyruvate, with stable glutamine | Biochrom AG | FG 0435 |
| CLS type IV, CLS IV | Biochrom AG | C4-22 |
| Non-essential amino acids | Biochrom AG | K 0293 |
| FBS Superior | Biochrom AG | S 0615 |
| Sodium pyruvate (100 mM) | Biochrom AG | L 0473 |
| G 418-BC liquid (ready-to-use solution), sterile | Biochrom AG | A 2912 |
| Reagent reservoir PP f.multichannel pip. 60ml,sterile | Brand | 703409 |
| Accutase | eBioscience,Inc. | 00-4555-56 |
| Eppendorf Xplorer/Xplorer plus, electronic pipette | Eppendorf | 4861000155 |
| Falcon Cell Strainer 40µm | Falcon | 352340 |
| Penicillin/Streptomycin | GE Healthcare | P11-010 |
| Petri Dishes | Greiner BioOne | 663102 |
| DPBS without Ca and Mg | PAN-Biotech | P04-36500 |
| Fetal bovine serum | PAN-Biotech | P30-3302 |
| Leukemia inhibitory factor | Phoenix Europe GmbH | LIF-250 |
| Quadratic petri dishes | Roth | PX67.1 |
| Gelatin from cold water fish skin | SigmaAldrich | G7765 |
| 2-Mercaptoethanol | SigmaAldrich | M3148 |
| 1-Thioglycerol | SigmaAldrich | M6145 |
| Tissue culture dishes | TPP | 93100 |
| Tissue culture flask | TPP | 90076 |
| Tissue culture test plates (24 well) | TPP | 92424 |
References
- Wobus, A. M., Wallukat, G., Hescheler, J. Pluripotent mouse embryonic stem cells are able to differentiate into cardiomyocytes expressing chronotropic responses to adrenergic and cholinergic agents and Ca2+ channel blockers. Differentiation. 48 (3), 173-182 (1991).
- David, R., et al. MesP1 drives vertebrate cardiovascular differentiation through Dkk-1-mediated blockade of Wnt-signalling. Nat Cell Biol. 10, 338-345 (2008).
- David, R., et al. Forward programming of pluripotent stem cells towards distinct cardiovascular cell types. Cardiovasc Res. 84 (2), 263-272 (2009).
- Hoogaars, W. M., et al. Tbx3 controls the sinoatrial node gene program and imposes pacemaker function on the atria. Genes Dev. 21 (9), 1098-1112 (2007).
- Klug, M. G., Soonpaa, M. H., Koh, G. Y., Field, L. J. Genetically selected cardiomyocytes from differentiating embronic stem cells form stable intracardiac grafts. J Clin Invest. 98 (1), 216-224 (1996).
- Marger, L., et al. Pacemaker activity and ionic currents in mouse atrioventricular node cells. Channels (Austin). 5 (3), 241-250 (2011).
- Jung, J. J., et al. Programming and isolation of highly pure physiologically and pharmacologically functional sinus-nodal bodies from pluripotent stem cells). Stem cell reports. 2 (5), 592-605 (2014).
- Maltsev, V. A., Wobus, A. M., Rohwedel, J., Bader, M., Hescheler, J. Cardiomyocytes differentiated in vitro from embryonic stem cells developmentally express cardiac-specific genes and ionic currents. Circulation research. 75 (2), 233-244 (1994).
- He, J. Q., Ma, Y., Lee, Y., Thomson, J. A., Kamp, T. J. Human embryonic stem cells develop into multiple types of cardiac myocytes: action potential characterization. Circ Res. 93 (1), 32-39 (2003).
- Yanagi, K., et al. Hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated channels and T-type calcium channels confer automaticity of embryonic stem cell-derived cardiomyocytes. Stem cells. 25 (11), 2712-2719 (2007).
- Barbuti, A., et al. Molecular composition and functional properties of f-channels in murine embryonic stem cell-derived pacemaker cells. J Mol Cell Cardiol. 46 (3), 343-351 (2009).
- Ma, J., et al. High purity human-induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes: electrophysiological properties of action potentials and ionic currents. American journal of physiology. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 301 (5), H2006-H2017 (2011).
- David, R., Franz, W. M. From pluripotency to distinct cardiomyocyte subtypes. Physiology (Bethesda). 27 (3), 119-129 (2012).
- Scavone, A., et al. Embryonic stem cell-derived CD166+ precursors develop into fully functional sinoatrial-like cells). Circ Res. 113 (4), 389-398 (2013).
- Morikawa, K., et al. Identification, isolation and characterization of HCN4-positive pacemaking cells derived from murine embryonic stem cells during cardiac differentiation. Pacing Clin Electrophysiol. 33 (33), 290-303 (2010).
- Wiese, C., et al. Formation of the sinus node head and differentiation of sinus node myocardium are independently regulated by Tbx18 and Tbx3. Circ Res. 104 (3), 388-397 (2009).
- Kleger, A., et al. Modulation of calcium-activated potassium channels induces cardiogenesis of pluripotent stem cells and enrichment of pacemaker-like cells. Circulation. 122 (18), 1823-1836 (2010).
- Bakker, M. L., et al. T-box transcription factor TBX3 reprogrammes mature cardiac myocytes into pacemaker-like cells. Cardiovasc Res. 94 (3), 439-449 (2012).
- Kapoor, N., Liang, W., Marban, E., Cho, H. C. Direct conversion of quiescent cardiomyocytes to pacemaker cells by expression of Tbx18. Nat Biotechnol. 31 (1), 54-62 (2013).
- Johns, D. C., et al. Adenovirus-mediated expression of a voltage-gated potassium channel in vitro (rat cardiac myocytes) and in vivo (rat liver). A novel strategy for modifying excitability. J Clin Invest. 96 (2), 1152-1158 (1995).
- Nuss, H. B., Marban, E., Johns, D. C. Overexpression of a human potassium channel suppresses cardiac hyperexcitability in rabbit ventricular myocytes. J Clin Invest. 103 (6), 889-896 (1999).
