Aislamiento, Transfección y Cultura a Largo Plazo de Cardiomiocitos adultos de ratón y rata
Summary
Aquí, presentamos un protocolo para el aislamiento, la transfección y el cultivo a largo plazo de los cardiomiocitos adultos de ratón y rata.
Abstract
El cultivo ex vivo de los cardiomiocitos de mamíferos adultos (CM) presenta el sistema experimental más relevante para el estudio in vitro de biología cardíaca. Los CM de mamíferos adultos son células diferenciadas terminalmente con una capacidad proliferativa mínima. El estado postmitético de los CM adultos no sólo restringe la progresión del ciclo celular de cardiomiocitos, sino que también limita el cultivo eficiente de los CM. Además, la cultura a largo plazo de los CM adultos es necesaria para muchos estudios, como la proliferación de CM y el análisis de la expresión génica.
El ratón y la rata son los dos animales de laboratorio preferidos para el aislamiento de cardiomiocitos. Si bien la cultura a largo plazo de los CM de rata es posible, los CM de ratón adultos son susceptibles a la muerte y no pueden ser cultivados más de cinco días en condiciones normales. Por lo tanto, hay una necesidad crítica de optimizar el aislamiento celular y el protocolo de cultivo a largo plazo para los CM murine adultos. Con este protocolo modificado, es posible aislar y cultivar con éxito tanto los CM adultos de ratón como de rata durante más de 20 días. Además, la eficiencia de la transfección de siRNA de CM aislada aumenta significativamente en comparación con los informes anteriores. Para el aislamiento CM de ratón adulto, el método de perfusión Langendorff se utiliza con una solución enzimática óptima y tiempo suficiente para la disociación completa de la matriz extracelular. Con el fin de obtener CM ventriculares puras, ambas aurículas fueron diseccionadas y descartadas antes de proceder con la disociación y ensuciamiento. Las células se dispersaron en una placa recubierta de laminina, lo que permitió una fijación eficiente y rápida. Se permitió que los CM se conforman con 4-6 h antes de la transfección del SIRNA. Los medios de cultivo se actualizaron cada 24 horas durante 20 días, y posteriormente, los CM se fijaron y se tiñeron para marcadores específicos de los cardiacos como troponina y marcadores del ciclo celular como KI67.
Introduction
Las enfermedades cardíacas son una de las principales causas de muerte en todo el mundo. Casi todos los tipos de lesiones cardíacas resultan en una pérdida significativa de cardiomiocitos adultos (CM). Los corazones de mamíferos adultos son incapaces de reparar su lesión cardíaca debido a la naturaleza senescente del CM1adulto. Por lo tanto, cualquier insulto al corazón adulto de los mamíferos resulta en una pérdida permanente de CM, lo que conduce a una reducción de la función cardíaca y la insuficiencia cardíaca. A diferencia de los mamíferos adultos, los animales pequeños como el pez cebra y los corazones newt pueden regenerar su lesión cardíaca a través de la proliferación CM existente2,,3,,4. Se está llevando a cabo un esfuerzo mundial para encontrar una nueva intervención terapéutica para lesiones cardíacas a través de enfoques proliferativos y no proliferativos. En las últimas décadas, se han desarrollado varios tipos de modelos genéticos de ratón para estudiar lesiones cardíacas y reparación. Sin embargo, el uso de modelos animales in vivo sigue siendo un enfoque costoso con la complejidad adicional para descifrar un mecanismo autónomo celular de los efectos secundarios. Además, los sistemas in vivo son difíciles de analizar los efectos específicos de CM de una intervención farmacológica que induce la señalización cardioprotectora de la CM.
Además, la cultura a largo plazo de los CM adultos es necesaria para realizar análisis de proliferación de CM. Los ensayos de proliferación de CM requieren un mínimo de 4-5 días para que las células se induzcan en el ciclo celular y obtengan datos precisos después de eso. Además, los estudios que utilizan CM aislados para estudios electrofisiológicos, cribado de fármacos, estudios de toxicidad y estudios de homeostasis Ca++ necesitan un sistema de cultivo mejorado5,,6,,7. Además, estudios recientes muestran la importancia cardioprotectora de las citoquinas secretadas de los CM (cardioquinas)8,9. Con el fin de investigar el papel terapéutico y el mecanismo molecular de estas cardioquinas durante la reparación y regeneración del corazón, se requiere un cultivo prolongado.
Los CM de ratas adultos son lo suficientemente robustos para el aislamiento de una sola célula y el cultivo a largo plazo en un sistema in vitro10,11,12. Sin embargo, los CM de ratón para adultos son de gran interés para los ensayos in vitro, debido a la disponibilidad de una variedad de modelos de ratón modificados genéticamente, lo que permite el diseño y ejecución de diversos análisis innovadores que no son posibles con la rata CM13. En contraste con el aislamiento CM de rata adulta, es bastante difícil obtener una suspensión de una sola célula de corazones de ratón adultos, y el cultivo a largo plazo de los CM de ratón adultos en el cultivo es aún más difícil.
El aislamiento CM adulto de los corazones de ratón y rata utilizando un sistema Langendorff se ha establecido previamente para estudiar la función CM5,14,15. Aquí, hemos descrito en detalle los protocolos para el aislamiento CM adulto de ratas y ratones, así como un cultivo modificado a largo plazo, transfección y proliferación CM de células aisladas.
Protocol
Representative Results
Discussion
Existe una necesidad crítica de establecer un protocolo para el aislamiento de cardiomiocitos adultos y el cultivo a largo plazo para realizar estudios mecánicos específicos de la célula. Sólo hay unos pocos informes que discuten los protocolos de aislamiento CM adultos, y aún menos de ellos se utilizan para el cultivo a largo plazo de ratones adultos CM15,,16,,17. Se ha demostrado que la rata adulta CM tiene una mayor tol…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo fue apoyado por la financiación del Departamento de Patología y Medicina de Laboratorio de la Universidad de Cincinnati, Facultad de Medicina, al Dr. Onur Kanisicak; una subvención de los Institutos Nacionales de Salud (R01HL148598) al Dr. Onur Kanisicak. El Dr. Onur Kanisicak cuenta con el apoyo del American Heart Association Career Development Award (18CDA34110117). El Dr. Perwez Alam cuenta con el apoyo de la subvención postdoctoral de la Asociación Americana del Corazón (AHA_20POST35200267). La Dra. Malina J. Ivey cuenta con el apoyo de una subvención NIH T32 (HL 125204-06A1).
Materials
| 2,3-Butane Dione monoxime | Sigma-Aldrich | B-0753 | |
| Blebbistatin | APExBIO | B1387 | |
| Bovine serum albumin | Sigma-Aldrich | A3059 | |
| CaCl2 | Sigma-Aldrich | 449709 | |
| Cell culture plate | Corning Costar | 3526 | |
| Cell strainer | BD Biosciences | 352360 | |
| Cel-miR-67 | Dharmacon | CN-001000-01-50 | |
| Collagenase type2 | Worthington | LS004177 | |
| Disposable Graduated Transfer Pipettes | Fisherbrand | 13-711-20 | |
| Disposable polystyrene weighing dishes | Sigma-Aldrich | Z154881-500EA | |
| Dulbecco's Modified Eagle's medium | Thermo Scientific | SH30022.01 | |
| EdU | Life Technologies | C10337 | |
| Fetal bovine serum | Corning | 35-015-CV | |
| Fine Point High Precision Forceps | Fisherbrand | 22-327379 | |
| Glucose | Sigma-Aldrich | G-5400 | |
| Hemocytometer | Hausser Scientific | 1483 | |
| Heparin | Sagent Pharmaceuticals | PSLAB-018285-02 | |
| HEPES | Sigma-Aldrich | H3375 | |
| High Precision Straight Broad Strong Point Tweezers/Forceps | Fisherbrand | 12-000-128 | |
| Hyaluronidase | Sigma | H3506 | |
| Insulin | Sigma-Aldrich | I0516-5ML | |
| K2HPO4 | Sigma-Aldrich | P-8281 | |
| KCl | Sigma-Aldrich | 746436 | |
| Light Microscope | Nikon | ||
| Lipofectamine RNAiMAX | Life Technologies | 13778-150 | |
| MgSO4 | Sigma-Aldrich | M-2643 | |
| NaCl | Sigma-Aldrich | S9888 | |
| NaOH | Fisher Scientific | S318-500 | |
| Natural Mouse Laminin | Invitrogen | 23017-015 | |
| Penicillin/Streptomycin | Corning | 30-002-CI | |
| Pentobarbital | Henry Schein | 24352 | |
| Phosphate buffered saline | Life Technologies | 20012-027 | |
| Protease XIV | Sigma-Aldrich | P5147-1G | |
| Selenium | Sigma-Aldrich | 229865+5G | |
| siMeis2 | Dharmacon | s161030 | |
| siRb1 | Dharmacon | s128325 | |
| Straight Blunt/SharpDissecting Scissors | Fisher Scientific | 28252 | |
| Straight Very Fine Precision Tip Forceps | Fisherbrand | 16-100-120 | |
| Taurine | Sigma-Aldrich | T0625 | |
| Transferrin | Sigma-Aldrich | T8158-100MG | |
| Ultra-smooth, beveled-edge finish scissor | Fisherbrand | 22-079-747 | |
| Water Bath | Fisher Scientific | 3006S |
Referências
- van Amerongen, M. J., Engel, F. B. Features of cardiomyocyte proliferation and its potential for cardiac regeneration. Journal of Cellular and Molecular Medicine. 12, 2233-2244 (2008).
- Parente, V., et al. Hypoxia/reoxygenation cardiac injury and regeneration in zebrafish adult heart. PLoS One. 8, 53748 (2013).
- Wang, J., et al. The regenerative capacity of zebrafish reverses cardiac failure caused by genetic cardiomyocyte depletion. Development. 138, 3421-3430 (2011).
- Gonzalez-Rosa, J. M., Martin, V., Peralta, M., Torres, M., Mercader, N. Extensive scar formation and regression during heart regeneration after cryoinjury in zebrafish. Development. 138, 1663-1674 (2011).
- Graham, E. L., et al. Isolation, culture, and functional characterization of adult mouse cardiomyoctyes. Journal of Visualized Experiments. , e50289 (2013).
- Brette, F., Orchard, C. T-tubule function in mammalian cardiac myocytes. Circulation Research. 92, 1182-1192 (2003).
- Müller, J. G., et al. Differential regulation of the cardiac sodium calcium exchanger promoter in adult and neonatal cardiomyocytes by Nkx2.5 and serum response factor. Journal of Molecular and Cellular Cardiology. 34, 807-821 (2002).
- Zhou, H., et al. Exosomes in ischemic heart disease: novel carriers for bioinformation. Biomedicine & Pharmacotherapy. 120, 109451 (2019).
- Wu, Y. S., Zhu, B., Luo, A. L., Yang, L., Yang, C. The Role of Cardiokines in Heart Diseases: Beneficial or Detrimental. BioMed Research International. 2018, 8207058 (2018).
- Eppenberger, H. M., Hertig, C., Eppenberger-Eberhardt, M. Adult rat cardiomyocytes in culture A model system to study the plasticity of the differentiated cardiac phenotype at the molecular and cellular levels. Trends in Cardiovascular Medicine. 4, 187-193 (1994).
- Alam, P., et al. Inhibition of Senescence-Associated Genes Rb1 and Meis2 in Adult Cardiomyocytes Results in Cell Cycle Reentry and Cardiac Repair Post-Myocardial Infarction. Journal of the American Heart Association. 8, 012089 (2019).
- Arif, M., et al. MicroRNA-210-mediated proliferation, survival, and angiogenesis promote cardiac repair post myocardial infarction in rodents. Journal of Molecular Medicine. 95, 1369-1385 (2017).
- Rosenthal, N., Brown, S. The mouse ascending: perspectives for human-disease models. Nature Cell Biology. 9, 993-999 (2007).
- Nippert, F., Schreckenberg, R., Schlüter, K. D. Isolation and Cultivation of Adult Rat Cardiomyocytes. Journal of Visualized Experiments. , e56634 (2017).
- Judd, J., Lovas, J., Huang, G. N. Isolation, Culture and Transduction of Adult Mouse Cardiomyocytes. Journal of Visualized Experiments. , e54012 (2016).
- Ackers-Johnson, M., et al. A Simplified, Langendorff-Free Method for Concomitant Isolation of Viable Cardiac Myocytes and Nonmyocytes From the Adult Mouse Heart. Circulation Research. 119, 909-920 (2016).
- Li, D., Wu, J., Bai, Y., Zhao, X., Liu, L. Isolation and culture of adult mouse cardiomyocytes for cell signaling and in vitro cardiac hypertrophy. Journal of Visualized Experiments. , e51357 (2014).
- Pinz, I., Zhu, M., Mende, U., Ingwall, J. S. An improved isolation procedure for adult mouse cardiomyocytes. Cell Biochemistry and Biophysics. 61, 93-101 (2011).
- O’Connell, T. D., Rodrigo, M. C., Simpson, P. C. Isolation and culture of adult mouse cardiac myocytes. Methods in Molecular Biology. 357, 271-296 (2007).
- Dou, Y., Arlock, P., Arner, A. Blebbistatin specifically inhibits actin-myosin interaction in mouse cardiac muscle. American Journal of Physiology: Cell Physiology. 293, 1148-1153 (2007).
- Kabaeva, Z., Zhao, M., Michele, D. E. Blebbistatin extends culture life of adult mouse cardiac myocytes and allows efficient and stable transgene expression. American Journal of Physiology: Heart and Circulatory Physiology. 294, 1667-1674 (2008).
- Sellin, L. C., McArdle, J. J. Multiple effects of 2,3-butanedione monoxime. Pharmacology & Toxicology. 74, 305-313 (1994).
