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발생학

Menschliche Primär Trophoblast Zellkulturmodell die schützende Wirkung von Melatonin gegen Hypoxie / Reoxygenierung induzierte Störung zu studieren

Published: July 30, 2016
doi:
10.3791/54228
, , , , , , , , ,
1INRS-Institut Armand-Frappier

Summary

This manuscript presents a unique in vitro model of immunopurified human villous cytotrophoblast cells cultured under hypoxia/reoxygenation. This model is suitable to study the protective effects of promising treatments, such as melatonin, on pregnancy complications associated with increased oxidative stress and altered placental function.

Abstract

This protocol describes how villous cytotrophoblast cells are isolated from placentas at term by successive enzymatic digestions, followed by density centrifugation, media gradient isolation and immunomagnetic purification. As observed in vivo, mononucleated villous cytotrophoblast cells in primary culture differentiate into multinucleated syncytiotrophoblast cells after 72 hr. Compared to normoxia (8% O2), villous cytotrophoblast cells that undergo hypoxia/reoxygenation (0.5% / 8% O2) undergo increased oxidative stress and intrinsic apoptosis, similar to that observed in vivo in pregnancy complications such as preeclampsia, preterm birth, and intrauterine growth restriction. In this context, primary villous trophoblasts cultured under hypoxia/reoxygenation conditions represent a unique experimental system to better understand the mechanisms and signalling pathways that are altered in human placenta and facilitate the search for effective drugs that protect against certain pregnancy disorders. Human villous trophoblasts produce melatonin and express its synthesizing enzymes and receptors. Melatonin has been suggested as a treatment for preeclampsia and intrauterine growth restriction because of its protective antioxidant effects. In the primary villous cytotrophoblast cell model described in this paper, melatonin has no effect on trophoblast cells in normoxic state but restores the redox balance of syncytiotrophoblast cells disrupted by hypoxia/reoxygenation. Thus, human villous trophoblast cells in primary culture are an excellent approach to study the mechanisms behind the protective effects of melatonin on placental function during hypoxia/reoxygenation.

Introduction

Während der Schwangerschaft, die Plazenta Cytotrophoblastenzellen, die einkernigen Stammzellen sind, rasch vermehren und in entweder Villi oder extravillösen Cytotrophoblastenzellen unterscheiden. Extravillösen Cytotrophoblasten eindringen und die Spiralarterien der Uteruswand umbauen. Villöse Zytotrophoblasten, andererseits weiter zu vermehren, differenzieren und Sicherung kernige Synzytiotrophoblasten (Synzytium) 1 zu bilden. Die Aufrechterhaltung der Villi trophoblast Homöostase ist von wesentlicher Bedeutung für die fetale Wohlbefinden und gesunde Schwangerschaft. In der Tat erlauben villous Trophoblasten Mutter und Fötus Austausch von Sauerstoff und Nährstoffen und produzieren wesentliche Hormone für die Schwangerschaft. Darüber hinaus ist die Synzytiotrophoblasten die einzige Zelltyp in direktem Kontakt mit dem mütterlichen Blutkreislauf und stellt eine wesentliche physikalische und immunologische Barriere. Daher ist die Synzytiotrophoblasten muss Apoptose und Ersatz für homeostatic Wartung zu unterziehen und zu Avoid Plazenta Pathologien 2-5.

Die Technik entwickelt von Kliman et al. 6 1986 primären villous Cytotrophoblasten aus menschlichen Plazenten zu isolieren , führte zu einer Revolution in der Plazenta Forschung durch die Untersuchung der molekularen Mechanismen ermöglicht in villous trophoblast Differenzierung beteiligt. Diese klassische Technik, basierend auf sequentiellen enzymatischen Aufschluss mit Trypsin und DNase, gefolgt von der Isolierung in Dichtezentrifugation Medien (kolloidalen Silicapartikel durch Polyvinylpyrrolidon beschichtet oder Percoll) wird nun als Goldstandard zur Isolierung von Villi Cytotrophoblastenzellen erkannt. Die Technik kann durch eine magnetische Immun optimiert werden, ein Verfahren, das villöse Zytotrophoblasten aus nicht-trophoblastischen Zellen basierend auf der differentiellen Expression spezifischer Antigene auf den Oberflächen dieser Zellen trennt. Wir wählten das Human-Leukozyten-Antigen-ABC (HLA-ABC) wegen des Fehlens seiner Expression auf der Zell trophoblastic membrane 7,8.

Die Plazenta ist ein Organ, das dramatische Veränderungen in der Sauerstoffspiegel während der Schwangerschaft erfährt. Im ersten Trimester ist die Sauerstoffanreicherungsverhältnis physiologisch sehr gering (2% O 2) , jedoch erhöht sich auf milde Ebenen der Oxygenierung (8% O 2) in der zweiten und dritten Trimester. Tuuli et al. 9 beschrieben , dass die In – vitro – Vermehrung des Trophoblasten Umgebung innerhalb des Plazentazotten ist eine Herausforderung und Variationen der Sauerstoffversorgung Ebenen sogar zu phänotypischen Veränderungen führen kann. Es ist daher, 8% Sauerstoff zu ergreifen vorgeschlagen als Normoxie die Sauerstoffspannung in Plazentazotten während des dritten Trimesters der Schwangerschaft 8,9 zu imitieren. Chen et al. 10 untersucht umfassend mehrere Variablen Sauerstoffspannung in Trophoblasten – Zellkultur verwandt und zeigen die Bedeutung Sauerstoff – Niveaus in einer perizellulären Umgebung zu bestimmen. Die Konzentrationen von Sauerstoff in den Zotten tendenziell zunehmenaufgrund Vaskulogenese. Der Blutfluss in Plazentazotten steigt ständig und das Niveau von Wasserstoffperoxid (eine häufig vorkommende reaktive Sauerstoffspezies) ist ein wichtiges Signal , das Vaskulogenese 11,12 steuert. In Schwangerschaftskomplikationen, erzeugt ein Mangel an Vaskulogenese Hypoxie, und noch wichtiger, intermittierende Variationen der Oxygenierung (sogenannte Hypoxie / Reoxygenierung). Diese Bedingungen führen zu einer abnormen Erhöhung des oxidativen Stress, der Plazenta und fetale Lebensfähigkeit 13,14 kompromittiert. Die Veränderungen , die Trophoblasten – Zellen in vivo während Episoden von Hypoxie / Reoxygenierung laufen kann in vitro nachgeahmt werden , wie folgt: villöse Zytotrophoblasten unter normoxischen Bedingungen (8% O 2) gehalten werden , bis sie in Synzytiotrophoblasten unterscheiden. Sie werden dann in hypoxischen Bedingungen (0,5% O 2) für 4 Stunden, gefolgt von einer weiteren 18 h Normoxie (Reoxygenierung) unterzogen. Mit dieser Hypoxie / Reoxygenierung Ansatz, Trophoblasten exhibit dereguliert Redoxzustand und erhöhte Spiegel von intrinsischen Apoptose 8, wie in bestimmten Komplikationen während der Schwangerschaft beobachtet. Daher ist dies ein in vitro – Modell nützliche neue präventive und therapeutische Ansätze zu bewerten Schwangerschaftskomplikationen mit plazentalem Hypoxie / Reoxygenierung verbunden zu bekämpfen.

Plazentalen Zellen produzieren Melatonin, das mehrere wichtige Funktionen, wie beispielsweise eine Fähigkeit , 15 oxidativem Stress und Plazentadysfunktion zu vermeiden. Hier präsentieren wir die experimentellen Ansatz und Zellmodelle verwendet , um die schützende Wirkung von Melatonin in der Plazenta Trophoblastzellen auf molekularer, zellulärer und funktionaler Ebene 8 zu demonstrieren.

Protocol

Plazenten wurden am CHUM-St-Luc Hospital, Montreal, QC, Kanada, mit informierte Zustimmung des Patienten und Genehmigung der Ethikkommissionen (CHUM-St-Luc Hospital und INRS-Institut Armand-Frappier unmittelbar nach dem spontanen vaginalen Entbindungen von einer unkomplizierten Schwangerschaften erhalten, Laval, QC, Kanada). 1. Isolierung und Reinigung von Villöse Zytotrophoblastzellen Lösungen und Medien Bereiten Sie Transportmedien durch Ergänzung Dulbecco modifiziertem Eagle-Medium Hoch…

Representative Results

Isolation und Immunoreinigung von Villi Cytotrophoblastenzellen aus einer normalen Begriff Plazenta durch vaginale Entbindung erhalten ergab 1 x 10 8 lebensfähige Zellen. Die Plazenta wog 350 g, betrug 19 cm im Durchmesser, 4 cm hoch mit scheibenförmigen Form und transparent Membranen. Keine cotyledon Malformation nachgewiesen. Die Nabelschnur hatte paracentralis Lokalisation und eine Länge von 56 cm. Die Reinheit wurde mittels Flow-Cytometrie untersucht unter Verwendung vo…

Discussion

Bei Säugetieren ist die Entwicklung des Fötus direkt abhängig von ausreichend Plazentafunktion. Die Entwicklungs Ursprünge von Gesundheitsstörungen werden auf der Hypothese aus , dass die Ursache von Krankheiten im späteren Leben manifestieren können zu frühe Entwicklung zurückverfolgt werden und dass die Plazenta hat eine mechanistische Rolle in der fötalen Programmierung 30-32. Die Plazenta ist der Schlüsselmediator der fetalen Wachstum und Entwicklung: es Nährstofftransfer regelt, schützt vor …

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Supported by grants from the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC) (no. 262011-2009) to CV and March of Dimes Social and Behavioral Sciences Research grant (#12-FY12-179) to CV and JTS; by studentships to LSF from the Ministère de l’éducation, de l’Enseignement supérieurs et de la recherche (MEESR)-Fonds de recherche du Québec (FRQ)-Nature et technologies (NT) and the Fondation Universitaire Armand-Frappier INRS, to HC from the Réseau Québécois en Reproduction-NSERC-CREATE, to AAHT from the Canadian Institutes of Health Research (CIHR) and FRQ-Santé, and to JBP from NSERC; by a fellowship to EMAS from the Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientìfico e Tecnològico (CNPq) and the Programme de bourses d’excellence pour étudiants étrangers MEESR-FRQNT.

Materials

Curved Metzenbaum Scissors Shandon 9212 surgical equipment (cell isolation) (2 units)
Splinter Forceps Fine 41/2in Fisherbrand 13-812-42 surgical equipment (cell isolation) (2 units)
Scissors 4.5 Str Dissection Fisherbrand 08-940 surgical equipment (cell isolation) (2 units)
Gauze Sponge 10cm X 10cm Cardinal Health 361020733
Oblong Glass Baking Dish Pyrex 1105397 Glassware (2.8L)
Funnel Buchner  Coorstek Inc 10-356E Glassware (114MM DIAMeter)
Watch Glass  pyrex 9985100EMD Glassware
Formalin solution, neutral buffered, 10% Sigma-Aldrich HT501128-4L histological tissue fixative solution
Trypsinizing Flasks Wheaton 355395 Glassware (1 unit)
Disposable Culture Tubes Kimble 73750-13100 Glassware
Borosilicate Glass Pasteur Pipet (22.8 Cm)  Fisherbrand K63B1367820C Glassware
250 Ml Glass Beakers  Fisherbrand KFS14005250 Glassware
Glass Media Bottles With Cap Fisherbrand KFS14395250 Glassware (8 units)
50 Ml Corex Tube  Corning 8422-A (1 unit)
15 Ml Polystyrene Centrifuge Tube Corning 430791
50 Ml Polystyrene Centrifuge Tube Corning 430829
10ml Serological Pipet Corning 11415038
Cell Strainer 100μm Nylon Corning 431752
Absorbant Liner Scienceware 1199918
500 Ml Bottles Top Filter  Corning Pore: 0,22 µm / medium and HBSS preparation
2 Ml Criogenic Vials Corning 430488
Freezing Container, Nalgene Mr. Frosty Sigma-Aldrich C1562-1EA
Peristaltic Pump Pharmacia Fine Chemicals P3 model
Shaking Water Bath Fisher Model 127
Vacuum Pump ABM 4EKFS6CX-4
Sodium Chloride Fisherbrand EC231-598-3 Saline solution 0.9%
Hank’s Buffered Salt Solution (Hbss) Sigma-Aldrich H2387 Quantity: 9.25 (one vial) for 1L of digestion solution
Hydroxypiperazineethansulphonic Acid (Hepes) Life Technologies 15630-080 25mL (1M) for 1L of digestion solution
Trypsin Type I Sigma-Aldrich T8003 9,888U
Deoxyribonuclease Type Iv Roche 10-104-159-001 402,000U
Calcium Chloride Sigma-Aldrich C4901 100mM
Magnesium Sulfate Baker 2500-01 800mM
Dulbecco’s Modified Eagle Medium High Glucose (Dmem) Life Technologies 10564-045
Penicillin/Streptomycin Sulphate Hyclone SV30010
Fetal Bovine Serum Corning 35-010-CV
Percoll Sigma-Aldrich P1644  Density centrifugation media gradient. Volume: 36mL
Isopropanol Acros 42383-0010 50mL
Dimethyl Sulfoxide Sigma-Aldrich 472301
Automacs Magnetic Separator  Miltenyi Biotec Model 003
Automacs Columns  Miltenyi Biotec 130-021-101
Automacs Running Buffer  Miltenyi Biotec 130-091-221 http://www.miltenyibiotec.com/~/media/Images/Products/Import/0001100/IM0001131.ashx?force=1
Automacs Rinsing Solution  Miltenyi Biotec 130-091-222 http://www.miltenyibiotec.com/en/products-and-services/macs-cell-separation/cell-separation-buffers/automacs-rinsing-solution.aspx
Anti-Human Hla Abc Purified Clone W6/32 Affymetrix eBioscience 14-9983-82 anti-mouse antibody
Anti Mouse Igg Microbeads Miltenyi Biotec 130048401
Multiple Well Plate -  6 Well With Lid Corning 3335 Cell Bind surface
Multiple Well Plate -  24 Well With Lid Corning 3337 Cell Bind surface
Multiple Well Plate -  96 Well With Lid Corning 3300 Cell Bind surface
Modular Incubator Chamber  Billups-Rothenberg MIC-101 A set of two is necessary for simultaneous to generate normoxia and hypoxia/reoxygenation conditions
Single Flow Meter Billups-Rothenberg SFM3001
50 Mm In-Line Filter  Whatman 6721-5010 PTFE, pore: 1.0 µm
Gas Regulator Pro Star PRS301233 A set of two is necessary for simultaneous to generate normoxia and hypoxia/reoxygenation conditions
Gas Hose Class Vi Clear 5/16  Parker 100-05070102 3 pieces with ~ 0.5 m
17 Mm Adjustable Gas Hose Clamp Tiewraps THCSS-16
Normoxia Gas Cylinder  Praxair NI CDOXR1U-K Size K (3rd trimester‘s composition: 5% CO2, 8% O2, Bal. N2)
Normoxia Gas Cylinder  Praxair NI CDOXR1U-K Size K (3rd trimester‘s composition: 5% CO2, 0.5% O2, Bal. N2)
Oxygen Microelectrode Mi-730 Microelectrodes INC 84477
Oxygen Adapter Microelectrodes INC 3572
ROS Detection Reagent: CM-H2DCFDA  Invitrogen C-400
β-hCG ELISA kit  DRG internatinal EIA-4115
Anti-Vimentin ourified antibody eBioscience 14-9897 Host: mouse
Anti-Cytokeratin 7 (FITC) antibody  Abcam ab119697 Host: mouse
Alexa Fluor 488 Goat Anti-mousse IgG H&L antibody Life Technologies A-11029
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References

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Keywords: Primary Trophoblast Cell CultureHypoxia/reoxygenationMelatoninPregnancy ComplicationsPlacentaOxidative StressVillous Cytotrophoblast IsolationDensity CentrifugationTrophoblast CultureFirst Trimester Placenta
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Sagrillo-Fagundes, L., Clabault, H., Laurent, L., Hudon-Thibeault, A., Salustiano, E. M. A., Fortier, M., Bienvenue-Pariseault, J., Wong Yen, P., Sanderson, J. T., Vaillancourt, C. Human Primary Trophoblast Cell Culture Model to Study the Protective Effects of Melatonin Against Hypoxia/reoxygenation-induced Disruption. J. Vis. Exp. (113), e54228, doi:10.3791/54228 (2016).
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