Isolamento di cellule umane endoteliali linfatico da Multi-parametro fluorescenza-attivato cell sorting

Summary

L'obiettivo di questo protocollo è quello di isolare le cellule endoteliali linfatiche rivestono i vasi cisti-come malformazione linfatica umani e prepuzi utilizzando cellule fluorescenza attivate (FACS). Coltura delle cellule e successiva espansione di queste cellule permette un nuovo livello di sofisticazione sperimentale per studi genetici, proteomica, funzionali e differenziazione cellulare.

Abstract

Disturbi del sistema linfatico, come linfedema primario, malformazioni linfatiche e tumori linfatici sono condizioni rare che causano una significativa morbidità, ma poco si sa sulla loro biologia. Isolando cellule altamente puri umane endoteliali linfatiche (LECs) dal tessuto malato e sano faciliterebbe studi dell'endotelio linfatico a livello genetico, molecolare e cellulare. Si prevede che queste indagini possono rivelare bersagli per nuove terapie che possono cambiare la gestione clinica di queste condizioni. Un protocollo che descrive l'isolamento di umana prepuzio LEC e malformazioni linfatiche linfatici cellule endoteliali (LM LECs) è presentato. Per ottenere un unico tessuto sospensione cellulare è stata tritata e enzimaticamente trattati con dispasi II e collagenasi II. La sospensione risultante singola cellula fu poi etichettata con anticorpi anti-cluster di differenziazione (CD) marker CD34, CD31, Vascular Endothelial Growth Factor-3 (VEGFR-3) e PODOPLANIN. Staicellule vitali ned state ordinate su un cell sorter fluorescente attivate (FACS) per separare la popolazione CD34 ^Basso CD31 ^Pos VEGFR-3 ^Pos PODOPLANIN ^Pos LM LEC da altre cellule endoteliali e non endoteliali. I LM LEC ordinati erano colti e ampliato su palloni fibronectina rivestite per uso ulteriore sperimentale.

Introduction

Una delle principali funzioni del sistema vascolare linfatico è di assorbire la linfa, un fluido interstiziale eccesso contenente lipidi, proteine ​​e componenti cellulari, e condurre al sistema venoso del sangue. Una rete di capillari linfatici dirige linfa ai linfonodi dove viene proiettato per la presenza di antigeni estranei, un processo importante nella sorveglianza e la diffusione delle cellule bianche del sangue per neutralizzare antigeni estranei immunitario.

Il sistema linfatico unidirezionale inizia nei tessuti con capillare linfatica iniziale, una struttura unica con un singolo strato discontinuo di cellule endoteliali piatte a parete sottile con giunzioni di cellule specializzate che consentono entrata linfatico ^1,2. Questi capillari sono attaccati alla matrice del tessuto connettivo vicina Via ancoraggio filamenti per prevenire il collasso nave in presenza di un aumento della pressione interstiziale ^3. I capillari linfatici iniziali vuoti nella raccolta capillari linfaticiche fondersi in vasi linfatici o vene più grandi. Rispetto alla prima vasi capillari linfatici, raccogliendo i vasi linfatici hanno pareti dei vasi più spessi, valvole linfatiche appaiati e sono racchiusi da una membrana basale discontinua in cui alcune cellule muscolari lisce sono incorporati ^4. Apertura coordinata e chiusura delle valvole linfatiche e di contrazione delle cellule muscolari lisce facilita flusso della linfa ^3. Negli esseri umani, le vene linfatiche provenienti da varie regioni del corpo si uniscono per formare tronchi linfatici che si fondono per formare due dotti linfatici: il dotto toracico e il diritto dotto linfatico. Il dotto toracico drena la linfa dal lato sinistro del corpo e dalla destra sotto il petto mentre la destra linfatica drena condotto linfa braccio destro e sul lato destro della testa, collo e torace. Entrambi i condotti conducono linfa nelle vene succlavia nel collo ^5.

Disturbi del sistema linfatico sono ampiamente raggruppate in acquisito unand congenite (Tabella 1). Esempi di condizioni acquisite sono linfangite e linfedema secondario. Linfangite è un'infiammazione di un vaso linfatico a causa di un'infezione batterica. I vasi linfatici colpiti si dilatano e si riempiono di essudato contenente cellule polimorfonucleati. In pelle, questi vasi linfatici sono visibili come rosso, striature sottocutaneo doloroso spesso accompagnata da allargamento nodo associato drenante linfatico (linfadenite) ^6. Linfedema secondario nasce come conseguenza di un danno o ostruzione al linfatica nave o linfonodo ostruzione. Questo porta a gonfiore cronica progressiva a causa di accumulo di linfa distale al danno o ostruzione. Nei paesi sviluppati, linfedema secondario è più comunemente associato con malignità dove i tumori metastatizzanti ostruiscono i vasi linfatici o linfonodi regionali, o come conseguenza di una terapia anti-cancro dopo la rimozione chirurgica dei linfonodi, la fibrosi post-irradiazione e Throm post-infiammatorieBosis e cicatrici ^7. In altre parti del mondo, linfedema secondario può essere secondaria ad ostruzione linfatica causata da vermi parassiti come Wuchereria bancrofti ^6.

Disturbi del sistema linfatico vascolare
Acquisita	Congenito
Linfadenite Linfedema secondario	Linfedema primario 10	Sporadici linfatiche Malformazioni 13	Linfatico malformazioni associate con Sindromi 13
	ad esempio, Sindrome di Milroy Sindrome di Meige	Semplice: Malformazioni linfatiche	ad esempio, Sindrome di Klippel-Tranaunay Sindrome Weber Parchi Sindrome di Sturge-Weber
		Combinato: Malformazioni capillari-linfatica Malformazione capillare-linfatica-venosa Malformazione capillare-linfatica-arterovenose Capillare-linfatica malformazione venosa-arterovenose

Tabella 1. Panoramica dei disturbi del sistema vascolare linfatico.

Disturbi congeniti del sistema linfatico sono primaria (idiopatica) linfedema pensato per essere causata da mutazioni genetiche, linfangectasia e anomalie del ^8,9 sistema linfatico. Linfedema primario può essere sporadica presumibilmente causata da mutazioni de novo o ereditato. Disturbi linfatico può anche essere isolate o comprendere parte di una sindrome più generalizzata ^10. Nella popolazione pediatrica, il 97% della linfaedema è sporadica con anomalie nella struttura dei vasi linfatici che compromettono linfa regionale drenaggio ^11. Malattia Milroy è un esempio di linfedema primario causata dalla mutazione nel VEGFR-3 gene evidente alla nascita o subito dopo ^{il 12.} Sebbene stato per lo più familiare, la malattia Milroy può anche essere identificata nei bambini senza storia familiare di malattia Milroy ^32. La gravità di qualsiasi linfedema dipende dalla quantità di produzione di linfa e capacità di trasporto linfatico ritorna circolazione venosa ^6.

Sulla base di presentazione clinica e in situ proliferazione delle cellule endoteliali, anomalie del sistema linfatico sono classificati come tumori linfatici o malformazioni linfatiche ^13. Kaposiforme linfangiomatosi è un esempio di un tumore LEC ^14. Malformazioni linfatiche sono pensati per sorgere durante lo sviluppo embrionale e crescere in proporzione al bambino ^15,16. Raramente regredisce, ma può Remain asintomatica fino traumi o infezioni precipitati rapida crescita che porta a complicazioni cliniche. La struttura ordinata di rete linfatica e la conduzione della linfa dal tessuto di circolazione venosa sopra descritto è perturbato in malformazioni linfatiche che consistono in raccolte localizzate di strutture cistiche anormali pieni di liquido linfatico. Mentre non vi è alcuna evidenza clinica o sperimentale che questi vasi cistiche sono connessi alla circolazione linfatica o che contengono valvole linfatici funzionali, la loro identità linfatico è confermato dalla espressione di serie di marcatori di cellule linfatiche, come PODOPLANIN, CD31, linfatico Vaso endoteliale Receptor 1 (LYVE-1), Prospero homeobox proteina 1 (PROX-1) e VEGFR-3 ^15,17,18. Queste strutture cistiche possono essere sia piccole (microcistica) o grande (macrocistiche), ma la maggior parte malformazioni linfatiche contenere sia microcistica e componenti macrocistiche (Figura 1) ^16. Dopo l'intervento chirurgico, injection scleroterapia e / o ablazione con radiofrequenza delle malformazioni linfatiche spesso ripresentarsi.

Figura 1. Morfologia dei vasi linfatici umani e delle malformazioni linfatiche. Normale linfatico umano (A) e vasi linfatici malformative (B e C) etichettati con anticorpi anti PODOPLANIN (etichetta marrone, freccia). Vasi linfatici malformazione umani sono caratterizzati da una marcata dilatazione e notevoli variazioni in termini di dimensioni del lume. Queste strutture cistiche anomalie localizzate possono essere sia piccole (microcistica, *) (B) o grande (macrocistiche, #) (C). La maggior parte delle malformazioni linfatiche contengono sia componenti microcistiche e macrocistiche. Cliccate qui per vedere una versione più grande della figura. </ P>

Alcuni ricercatori hanno suggerito che malformazioni linfatiche rappresentano un disturbo dello sviluppo dei vasi linfatici in cui le LEC non hanno un potenziale di crescita anormale, ma invece non sono riusciti a collegarsi alla normale circolazione ^19. Tuttavia, abbiamo trovato che i LEC LM proliferano più velocemente e sono più resistenti all'apoptosi di prepuzio LEC ¹⁵ suggerendo che vi è un difetto primario nella LM LEC. Quando LM LEC vengono impiantate in un modello murino di xenotrapianto, formano strutture che ricordano malformazioni linfatiche ^15. Questo supporta l'ipotesi che malformazioni linfatiche possono essere causati da una o più mutazioni somatiche derivanti LM LEC durante lo sviluppo fetale. Infatti, recenti studi hanno identificato un tale mutazione nel subunità catalitica p110α di (PIK3CA) gene ^20-Kinase Phosphoinositide-3.

Dati i progressi nella tecnologia di sequenziamento del DNA, mutazioni rilevanti cOuld essere più facilmente identificati in isolate LM LEC, guidando gli studi futuri di queste condizioni. L'isolamento di LEC vitali faciliterebbe il confronto tra LEC anormali e normali test quali la migrazione, la proliferazione, la capacità di formatura tubi e la sopravvivenza in risposta alla ridotta disponibilità di nutrienti o agenti pro-apoptotici ^15. Isolati LEC avrebbero ulteriormente ci permettono di eseguire l'espressione genica specifica delle cellule e studi di proteomica, per delineare nuove sottopopolazioni LEC e scoprire nuovi agenti farmacologici adatti per la gestione clinica delle malformazioni linfatiche.

Abbiamo già pubblicato un metodo di isolamento LEC basata sulla separazione magnetica tallone di LEC da prepuzio neonatale e malformazioni linfatiche ^15. Abbiamo segnalato una strategia di separare LEC normali e malati da cellule endoteliali vascolari basate sulla mancanza di espressione CD34, seguita sottoponendo frazione di cellule CD34 ^Neg alla selezione positiva per CD31.Tuttavia, questo metodo è stato ostacolato dalla presenza di cellule non endoteliali residue. Questo era indipendente dalla rimozione dell'epidermide prima successiva digestione tessuto connettivo. Questi contaminanti generalmente proliferavano più rapidamente e quindi alla fine overgrew colture cellulari endoteliali, nonostante i successivi tentativi di ripetere l'isolamento LEC. Infatti, una contaminazione iniziale di cellule non endoteliali a partire da 2% al 5% è sufficiente a sopraffare la popolazione LEC ^15. Questo ci ha spinto ad esplorare metodo delle celle di ordinamento fluorescenza attivata come opzione per migliorare la resa delle cellule LEC e purezza. Inoltre, abbiamo utilizzato multiparametrico smistamento per valorizzare le specificità delle popolazioni LEC, l'aggiunta di VEGFR-3 e PODOPLANIN per i marcatori di selezione per identificare CD34 ^Basso CD31 ^Pos VEGFR-3 ^Pos PODOPLANIN ^Pos LEC.

Il razionale per la selezione di questi indicatori si è basata sulle relazioni che, mentre LEC e vascolare endoteliale nel sangue cells hanno molti marcatori di superficie delle cellule in comune, come CD31, LEC mostrare variazione fenotipica nella loro espressione di CD34, PODOPLANIN e VEGFR-3 celle marcatore di superficie rispetto al sangue vascolare cellule endoteliali ^21-23. CD31 è una glicoproteina transmembrana di 130 kDa noto anche come piastrine molecola di adesione delle cellule endoteliali 1 (PECAM-1). Si è considerato un marcatore di cellule pan-endoteliale poiché è espresso su tutti i tipi di vasi sanguigni e linfatici ^21,24,25. CD34 è di 110-kDa transmembrana glicoproteina presente sulla progenitore più ematopoietiche e le cellule staminali, le cellule endoteliali vascolari e alcuni vasi linfatici ^26.

VEGFR-3, il recettore per la crescita endoteliale vascolare fattori C e D, è inizialmente presente sulle vene del mouse embrione in via di sviluppo, ma a seguito di specifiche linfatico regolato dalla trascrizione SRY legati HMG-box Fattori (SOX) -18, c hicken o valbumin u pstream p romoter t ranscription f attore 2 (COUPTF-II) e PROX-1, VEGFR-3 espressione venosa è perso e si restringe a embrionale LEC ^25,27. PODOPLANIN, un kDa membrana 38 mucoprotein, va osservato, innanzitutto sui vasi linfatici a circa embrionali giorno 11 (~ E11.0) di topo sviluppo embrionale ²⁸ e, mentre è fortemente espressa da microvascolari vasi linfatici, espressione PODOPLANIN da macrocistiche endotelio linfatico malformazioni linfatiche è più variabile ^15. Citometria a flusso esperimenti suggeriscono che almeno alcune cellule endoteliali CD34 ^alta CD31 ^Pos esprimono il marcatore linfatico PODOPLANIN ^29. Anche se una valutazione sistematica delle LYVE-1 e PODOPLANIN colorazione in malformazioni linfatiche umani ha dimostrato che entrambi sono efficaci a macchiare linfatica malformazione endotelio ^30, nei tessuti normali, LYVE-1 è stato segnalato per essere fortemente presente nella linfatico inizialeendotelio capillare ma ridotti, o addirittura assente nella raccolta di endotelio linfatico ^31. Poiché il nostro obiettivo è quello di isolare sia le cellule endoteliali linfatiche iniziali e di raccolta che abbiamo scelto di non usare LYVE-1 come parte della nostra strategia di selezione delle cellule. Infine, la decisione di impiegare questi marcatori era basata sulla disponibilità di anticorpi che vengono utilizzati diagnosticamente per etichettare i vasi linfatici per l'imaging microscopico, una caratteristica che permetta correlazione tra citofluorimetria e studi di immunofluorescenza.

Questo articolo descrive il metodo di digestione dei tessuti, la colorazione delle cellule e le impostazioni necessarie per il successo FACS isolamento di CD34 ^Basso CD31 ^Pos VEGFR-3 ^Pos PODOPLANIN ^Pos LEC così come le cellule endoteliali CD34 ^alta CD31 ^Pos VEGFR-3 ^Pos PODOPLANIN ^Pos dal prepuzio e malformazione linfatica tissue.

Protocol

Etica dichiarazione: approvazione etica per la raccolta di malformazione e prepuzio tessuti linfatici sono state ottenute dai Comitati Etici di Ricerca Umane presso l'ospedale pediatrico di Reale, Melbourne, Australia. Firmato accordo è stato ricevuto dai genitori dei pazienti prima di un intervento chirurgico. I campioni di tessuto sono stati prelevati da pazienti con diagnosi di LM sottoposti a procedure chirurgiche come parte della loro gestione clinica e pazienti sottoposti a circoncisione elettivo. Tutti gli e…

Representative Results

Dopo la digestione del tessuto iniziale, dopo 24 ore di coltura di campioni non frazionate, distinte colonie di cellule endoteliali può essere osservato (Figura 2A) unitamente a cellule fibroblasto-simili e le cellule muscolari lisce. A seguito di selezione e dopo 24 ore di coltura cellulare, le CD34 Bassa CD31 Pos VEGFR-3 celle Pos Podoplanin Pos attaccare e mostra morfologia tipica di ciottoli (Figura 2B e C). Utilizzando i…

Discussion

LEC svolgono un ruolo importante nel mantenimento dell'omeostasi fluido, risposta immunitaria agli antigeni estranei e l'assorbimento e il trasporto di alcuni nutrienti. Omeostasi LEC può essere influenzata da processi di malattia, come le infezioni batteriche e metastasi tumorali, ma LEC può anche sviluppare mutazioni somatiche che provocano la formazione di vasi linfatici disfunzionali e una significativa morbidità nei pazienti affetti. Per ottenere una maggiore comprensione di linfatica malformazione eziol…

Materials

Name of Material/Equipment	Company	Catalogue Number	Description
DMEM	Life Technologies (Gibco)	11965-092	Used to collect tissue samples from the operating theatre.
EGM-2 MV Bullet Kit	Lonza	CC-3202	EGM-2 MV Bullet Kit contains 500 ml of EBM-2 media and human EGF, hydrocortisone, gentamycin (GA-1000), fetal bovine serum (FBS), VEGF, human FGF-b, R3-IGF-1 and ascorbic acid.
VEGF-C	R&D Systems	2179-VC-025	Complete endothelial cell media is supplemented with 50 ng/mL VEGF-C
Antibiotic-antimycotic solution (100x)	Life Technologies (Gibco)	15240-062	This solution contains 10,000U/ml of penicillin, 10,000 mg/ml of streptomycin and 25 mg/ml of Fungizone antimycotic. Use at 1:100 dilution.
Fibronectin from human plasma	Sigma-Aldrich	F2006	Used at 10 mg/ml concentrations. It can be re-used for up to 1 month if kept at 4 degrees and maintained sterile. Use 7 mL to coat 150 cm2 flask.
StemPro Accutase Cell dissociation reagent	Life Technologies (Gibco)	A11105-01	StemPro®Accutase® is used at 0.05 ml per cm2 to cover the entire surface area of the flask. Using lesser volumes may result in incomplete cell detachment.
0.4% Trypan Blue dye	Life Technologies (Gibco)	15250-061	Used as a viability stain.
Dispase II	Roche Applied Biosciences	4942078001	Used at 0.04%
Collagenase II	Worthington Lab	4176	Used at 0.25%
DNase I	Roche Applied Biosciences	11284932001	Used at 0.01%
70 mm nylon cell strainers	BD Falcon	352350
PE-conjugated VEGFR-3 clone 9D9F9, clone WM59	BioLegend	356204	Used at 1:50 dilution
PE-Cy7-conjugated CD34, clone 581	BioLegend	343516	Used at 1:200 dilution
APC-conjugated mouse anti human CD31, clone WM59	BioLegend	303116,	Used at 1:100 dilution
Alexa 488-conjugated rat anti human PODOPLANIN, clone NC-80.	BioLegend	337006	Used at 1:200 dilution
PE-conjugated mouse IgG1, k isotype, clone MOPC-21	BioLegend	400112	Used at 1:50 dilution
PE-Cy7-conjugated mouse IgG1, k isotype, clone MOPC-21	BioLegend	400126	Used at 1:200 dilution
APC-conjugated mouse IgG1, k isotype, clone MOPC-21	BioLegend	400120	Used at 1:100 dilution
Alexa 488-conjugated mouse IgG2a, k isotype, clone RATK2758	BioLegend	400525	Used at 1:200 dilution