Summary

Isolation, ekspansion og Adipogenic induktion af CD34 + CD31 + endotelceller fra menneskelige Omental og subkutane fedtvæv

Published: July 17, 2018
doi:

Summary

Differentiering af hvide og beige adipocytter fra fedtvæv vaskulære stamfaderen bjørne potentiale for metaboliske forbedring i fedme. Vi beskriver protokoller for en CD34 + CD31 + endotel celle isolation fra menneskelige fedt og en efterfølgende in vitro- udvidelse og differentiering af hvide og beige adipocytter. Flere downstream ansøgninger behandles.

Abstract

Fedme er ledsaget af en omfattende ombygning af fedtvæv primært via adipocyt hypertrofi. Ekstreme adipocyt vækst resulterer i en dårlig reaktion på insulin, lokale hypoxi og betændelse. Ved at stimulere differentiering af funktionelle hvid adipocytter fra stamfaderen, radikale hypertrofi af befolkningens adipocyt kan forebygges, og derfor fedtvæv metabolisk sundhed kan forbedres med en reduktion af betændelse. Også, ved at stimulere en differentiering af beige/brun adipocytter, kroppens samlede energi udgifter kan øges, hvilket resulterer i vægttab. Denne tilgang kunne forhindre udviklingen af fedme Co-morbiditeter som type 2-diabetes og hjerte-kar-sygdom.

Dette papir beskriver den isolation, udvidelse og differentiering af hvide og beige adipocytter fra et undersæt af menneskers fedtvæv endotelceller, der samtidig udtrykker CD31 og CD34 markørerne. Metoden er relativt billige og ikke arbejdskrævende. Det kræver adgang til menneskers fedtvæv og subkutane depotet er velegnet til prøveudtagning. For denne protokol, friske fedtvæv prøver fra sygeligt overvægtige emner [body mass index (BMI) > 35] er indsamlet under bariatric kirurgi procedurer. Bruger en sekventiel immunoseparation fra de stromale vaskulære brøkdel, er nok celler produceret fra så lidt som 2-3 g fedt. Disse celler kan udvides i kultur over 10-14 dage, kan være cryopreserved og bevare deres adipogenic egenskaber med passaging op til passage 5 – 6. Cellerne er behandlet i 14 dage med en cocktail ved hjælp af en kombination af human insulin og PPARγ agonist-rosiglitazon adipogenic.

Denne metode kan anvendes til at indhente bevis for konceptet eksperimenter på molekylære mekanismer, der drev adipogenic svar i adipøst endotelceller, eller til screening af nye lægemidler, der kan forbedre adipogenic reaktion rettet enten mod hvid eller beige/brun adipocyt differentiering. Brug små subkutane biopsier, kan denne metode bruges til at frasortere ikke-responder emner for kliniske forsøg har til formål at stimulere beige/brun og hvid adipocytter til behandling af fedme og co-morbiditet.

Introduction

De seneste erfaringer viser, at både mus og mennesker et undersæt af celler bosat i fedtvæv Vaskulaturen kan opdeles i enten hvide eller beige/brun adipocytter1,2,3. Fænotypen af sådanne celler er genstand for kontroverser, med dokumentation for endotelceller, glat muskel/pericyte eller et spektrum af mellemliggende fænotyper4,5,6,7. Muligheder for at udvikle denne metode var at teste adipogenic potentialet af CD34 + CD31 + endotelceller isoleret fra forskellige fedt depoter fra fede mennesker. Andre undersøgelser i litteraturen fokuserer på den potentielle af den samlede stromale vaskulære fraktion eller kendte adipocyt stamfaderen2,8,9adipogenic. Da eksisterende teknologier kan målrette specielt fedtvæv endotelceller for drug delivery10, er forstå potentialet af sådanne celler til at gennemgå adipogenic induktion mod hvide eller beige adipocytter vigtigt for fremtidige målrettede behandlinger.

Forskellige grupper rapporterede kombination af CD31 og CD34 markører som surrogater at isolere endotelceller fra menneskers fedtvæv11,12,13. Typisk, isolering udføres, ved hjælp af to sekventielle trin og en positiv markering med magnetiske perler. I denne rapport, blev immunoseparation brug af CD34 + magnetiske perler kombineret med CD31 plastik perler udnyttet. Vi fandt denne teknik overlegen i forhold til den sekventielle magnetiske immunoseparation med hensyn til bevarelse af typiske brostensbelagte endotel morfologi. Også, vi var i stand til at generere nok celler kræves for ekspansion og adipogenic induktion starter fra så lidt som 1-2 g fedt. Et lille udsnit biopsi af subkutant fedt er nok til at producere den ønskede mængde af celler til downstream applikationer. Dette aspekt er potentielt vigtigt, især hvis denne metode vil blive udnyttet til screening for en lydhørhed over for adipogenic induktion i forsøgspersoner.

I modsætning til andre systemer, der er rapporteret i litteraturen, denne metode udnytter kun to ingredienser til adipogenic induktion af CD34 + CD31 + celler: en PPARγ agonist — rosiglitazon — og humant insulin. Vigtigere, falder mængden af insulin bruges inden for normal/høj vifte af cirkulerende post-absorptive insulin i mennesker14. Graden af lydhørhed over for insulin celler in vitro-, målt ved Akt fosforylering, korrelerer ikke med deres evne til at reagere på induktion cocktail. Interessant, bruger denne induktion cocktail og eksperimentelle betingelser, en blanding af hvid og beige/brun celler blev fremstillet som bestemmes af størrelsen og antallet af intracellulære lipid dråber og udtryk for molekylære markører. Denne enkle og omkostningseffektive induktion protokol sammen med den kvantitative evaluering af Fænotypen af responder celler (hvide vs beige) giver mulighed for en screening af agenter, der potentielt kan ændre balancen af differentierede beige : hvide adipocytter.

Denne metode giver også en translationel tilgang for at forstå de underliggende mekanismer for adipogenesis af vaskulære endotel ophav i menneskers fedtvæv. Med denne specifikke isolation/differentiering teknik, kan efterforskere afhøre forskellige veje ansvarlig for adipogenesis i en delmængde af vascular endothelial celler fra forskellige fedt depoter i magre og fede mennesker.

Protocol

Den institutionelle Review Board udvalg på østlige Virginia Medical School godkendt forskning og indsamling af menneskers fedtvæv prøver, der indgår i undersøgelsen. Informeret skriftligt samtykke blev indsamlet fra patienterne. 1. fremstilling af buffere, medier og instrumenter Forberede en Krebs Ringer Bicarbonate-Buffered løsning (KRBBS): 135 mM natriumchlorid, 5 mM kaliumchlorid, 1 mM magnesium sulfat, 0,4 mM kalium fosfat dibasiske, 5,5 mM glucose, 1 mM adenosin, 0,01% an…

Representative Results

Vores protokollen har til formål at give en in vitro- metode for at bestemme adipogenic potentiale af CD34 + CD31 + vaskulære celler fra forskellige depoter af menneskers fedtvæv. En forenklet rutediagram diagram er vist i figur 1A. Det første skridt ved hjælp af en positiv markering af CD34 udtrykker celler resulterer i > 95% CD34 + celler i befolkningen i de frisk isolerede celler (figur 1A). Vigtigere, er denne m…

Discussion

Fokus i dette papir er at fremlægge en metodologi til isolering, ekspansion og adipogenic induktion af CD34 + CD31 + endotelceller fra visceral og subkutane depoter af menneskers fedtvæv.

Metoder er blevet rapporteret for isolation i endothelial celler fra forskellige vaskulære senge af gnavere eller mennesker, der involverer primært teknikker ved hjælp af CD31 antistoffer enten fluorescently mærket eller koblet til magnetiske perler18, <sup class="xref…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Forfatterne vil gerne anerkende Becky Marquez, den kliniske koordinator på Sentara Bariatric Center, for hendes hjælp med processen med patienten screening og samtykkende. Denne forskning blev støttet af R15HL114062 til Anca D. Dobrian.

Materials

Large Equipment

Biosafety Cabinet

Nuaire

nu-425-400

Cell Culture Incubator

Thermo-Fisher Scientific

800 DH

Water Bath

Forma Scientific

2568

Reciprocal Shaker

RT-PCR Machine

BIO-RAD

CFX96-C1000

Electrophoresis Box

BIO-RAD

Mini PROTEAN 3 Cell

Transblot Box

BIO-RAD

Mini Trans-Blot Cell

Electrophoresis Power Supply

BIO-RAD

PowerPac Basic

ELISA Reader

Molecular Devices

SpectraMax M5

Blot Reader

LI-COR

Odyssey

Near Infrared

Refrigerated Centrifuge

Eppendorf

5810 R

Tabletop Centrifuge

Eppendorf

MiniSpin Plus

Fluorescent Microscope

Olympus

BX50

Inverted Microscope

Nikon

TMS

KRBSS Buffer

HEPES

Research Products International

H75030

Sodium bicarbonate

Sigma-Aldrich

792519

Calcium chloride dihydrate

Sigma-Aldrich

C7902

Potassium phosphate monobasic

Sigma-Aldrich

P5655

Magnesium sulfate

Sigma-Aldrich

M2643

Sodium chloride

Sigma-Aldrich

746398

Sodium phosphate monobasic monohydrate

Sigma-Aldrich

S9638

Potassium chloride

Sigma-Aldrich

P9333

Glucose

Acros Organics

410950010

Adenosine

Acros Organics

164040250

Bovine Serum Albumin

GE Healthcare Bio-Sciences

SH30574.02

Penicillin/Streptomycin

Thermo-Fisher Scientific

15070063

Tissue Digestion

20 mL Syringe

Global Medical

67-2020

Nylon Mesh, 250 µm

Sefar

03-250/50

Pipetting Needles

Popper

7934

Fine Scissors

Fine Science Tools

14058-11

Tissue Forceps

George Tiemann & Co

160-20

Collagenase, Type I

Worthington Biochemical

LS004196

Petri Dishes, 100 mm

USA Scientific

5666-4160

TC Treated

Eppendorf Tubes, 1.5 mL

USA Scientific

1615-5500

Conical Tubes, 15 mL

Nest Scientific

601052

Conical Tubes, 50 mL

Nalgene

3119-0050

Scintillation Vials

Kimble

74505-20

Tissue Dicing

Cell Isolation

Cellometer

Nexcelom

Auto 2000

Cellometer Slides

Nexcelom

CHT4-SD100-002

Cellometer Viability Stain

Nexcelom

CS2-0106-5mL

Acridine Orange/Propidium Iodine

Anti-CD34 Magnetic Beads

StemCell Technologies

18056

Kit

EasySep Magnet

StemCell Technologies

18000

Anti-CD31 Plastic Beads

pluriSelect USA

19-03100-10

pluriSelect 10x Wash Buffer

pluriSelect USA

60-00080-10

pluriSelect Connector Ring

pluriSelect USA

41-50000-03

pluriSelect Detachment Buffer

pluriSelect USA

60-00046-12

pluriSelect Incubation Buffer

pluriSelect USA

60-00060-12

pluriSelect S Cell Strainer

pluriSelect USA

43-50030-03

Cell Culture

6-well Plates

USA Scientific

CC7682-7506

TC Treated

4-well chambered slides

Corning Life Sciences

354559

Fibronectin coated

4-well chambered slides

Thermo-Fisher Scientific

154526PK

Uncoated glass

Human Adipose Microvascular Endothelial Cells (HAMVEC)

Sciencell Research Laboratories

7200

Primary cell line

Endothelial Cell Media (ECM)

ScienCell Research Laboratories

1001

Complete Kit

DMEM/F12 Basal Media

Thermo-Fisher Scientific

11320082

Fetal Bovine Serum (FBS)

Rocky Mountain Biologicals

FBS-BBT

Insulin

Lilly

U-100

Humalog

Rosiglitazone

Sigma-Aldrich

R2408

Cell Analysis

Oil Red O Dye

Sigma-Aldrich

O0625

Prepared in isopropanol

96 well plates

USA Scientific

1837-9600

96 well PCR plates

Genesee Scientific

24-300

RNA Extraction

Zymo Research

R2072

Kit

cDNA Synthesis

BIO-RAD

1708841

Supermix

JumpStart PCR Polymerase

Sigma-Aldrich

D9307-250UN

Hot start, with PCR Buffer N

Magnesium Chloride Solution

Sigma-Aldrich

M8787-5ML

3 mM final in PCR reaction

dNTPs

Promega

U1515

TaqMan AdipoQ

Thermo-Fisher Scientific

Hs00605917_m1

TaqMan CIDEA

Thermo-Fisher Scientific

Hs00154455_m1

TaqMan RPL27

Thermo-Fisher Scientific

Hs03044961_g1

TaqMan UCP1

Thermo-Fisher Scientific

Hs00222453_m1

BCA Assay

Sigma-Aldrich

QPBCA-1KT

Kit

Bis-acrylamide

BIO-RAD

1610146

40% stock solution

Ammonium Persulfate

BIO-RAD

1610700

TEMED

BIO-RAD

1610800

Tris

Sigma-Aldrich

T1503

Glycine

BIO-RAD

1610718

Sodium Dodecal Sulfate

Sigma-Aldrich

L3771

EDTA

Fisher Scientific

S311-100

Bromophenol Blue

Sigma-Aldrich

B8026

Blot Membrane

EMD Millipore

IPFL00010

Methanol

Fisher Scientific

A452-SK4

Odyssey Blocking Buffer, Tris

LI-COR

927-50000

Anti-AKT antibody

Cell Signaling Technology

2920S

Mouse monoclonal

Anti-pAKT antibody

Cell Signaling Technology

9271S

Rabbit polyclonal

Anti-UCP1 antibody

Abcam

ab10983

Rabbit polyclonal

Anti-Mouse IgG antibody

LI-COR

926-68070

Goat Polyclonal, IRDye 680RD

Anti-Rabbit IgG antibody

LI-COR

926-32211

Goat Polyclonal, IRDye 800CW

Anti-Rabbit IgG antibody

Jackson ImmunoResearch

111-025-003

Goat Polyclonal, TRITC

Phosphate Buffer Saline

Thermo-Fisher Scientific

10010049

37% Formaldehyde Solution

Electron Microscopy Sciences

15686

4% solution for cell fixation

Normal Goat Serum

Vector Laboratories

S-1000

10% blocking solution

Triton X-100

Sigma-Aldrich

X-100

0.1% permeabilization solution

DAPI

Thermo-Fisher Scientific

D1306

Calcein AM

Thermo-Fisher Scientific

65-0853-39

Cell fluorescent visualization

Matrigel Basement Membrane Matrix

Corning Life Sciences

356231

Growth factor reduced

DiI labeled Acetylated LDL

Thermo-Fisher Scientific

L3484

References

  1. Tang, W., et al. White fat progenitor cells reside in the adipose vasculature. Science. 322 (5901), 583-586 (2008).
  2. Lee, Y. H., Petkova, A. P., Granneman, J. G. Identification of an adipogenic niche for adipose tissue remodeling and restoration. Cell Metabolism. 18 (3), 355-367 (2013).
  3. Min, S. Y., et al. Human ‘brite/beige’ adipocytes develop from capillary networks, and their implantation improves metabolic homeostasis in mice. Nature Medicine. 22 (3), 312-318 (2016).
  4. Gupta, R. K., et al. Zfp423 expression identifies committed preadipocytes and localizes to adipose endothelial and perivascular cells. Cell Metabolism. 15 (2), 230-239 (2012).
  5. Tran, K. V., et al. The vascular endothelium of the adipose tissue gives rise to both white and brown fat cells. Cell Metabolism. 15 (2), 222-229 (2012).
  6. Rodeheffer, M. S., Birsoy, K., Friedman, J. M. Identification of white adipocyte progenitor cells in vivo. Cell. 135 (2), 240-249 (2008).
  7. Scott, M. A., Nguyen, V. T., Levi, B., James, A. W. Current methods of adipogenic differentiation of mesenchymal stem cells. Stem Cells and Development. 20 (10), 1793-1804 (2011).
  8. Macotela, Y., et al. Intrinsic differences in adipocyte precursor cells from different white fat depots. Diabetes. 61 (7), 1691-1699 (2012).
  9. Lee, Y. H., Petkova, A. P., Mottillo, E. P., Granneman, J. G. In vivo identification of bipotential adipocyte progenitors recruited by beta3-adrenoceptor activation and high-fat feeding. Cell Metabolism. 15 (4), 480-491 (2012).
  10. Xue, Y., Xu, X., Zhang, X. Q., Farokhzad, O. C., Langer, R. Preventing diet-induced obesity in mice by adipose tissue transformation and angiogenesis using targeted nanoparticles. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 113 (20), 5552-5557 (2016).
  11. Villaret, A., et al. Adipose tissue endothelial cells from obese human subjects: differences among depots in angiogenic, metabolic, and inflammatory gene expression and cellular senescence. Diabetes. 59 (11), 2755-2763 (2010).
  12. Miranville, A., et al. Improvement of postnatal neovascularization by human adipose tissue-derived stem cells. Circulation. 110 (3), 349-355 (2004).
  13. Sengenes, C., Lolmede, K., Zakaroff-Girard, A., Busse, R., Bouloumie, A. Preadipocytes in the human subcutaneous adipose tissue display distinct features from the adult mesenchymal and hematopoietic stem cells. Journal of Cellular Physiology. 205 (1), 114-122 (2005).
  14. Moller, D. E., Flier, J. S. Insulin resistance–mechanisms, syndromes, and implications. The New England Journal of Medicine. 325 (13), 938-948 (1991).
  15. Pittenger, M. F., et al. Multilineage potential of adult human mesenchymal stem cells. Science. 284 (5411), 143-147 (1999).
  16. Novikoff, A. B., Novikoff, P. M., Rosen, O. M., Rubin, C. S. Organelle relationships in cultured 3T3-L1 preadipocytes. The Journal of Cell Biology. 87 (1), 180-196 (1980).
  17. Satish, L., et al. Expression analysis of human adipose-derived stem cells during in vitro differentiation to an adipocyte lineage. BMC Medical Genomics. 8 (41), (2015).
  18. Gimbrone, M. A., Cotran, R. S., Folkman, J. Human vascular endothelial cells in culture. Growth and DNA synthesis. The Journal of Cell Biology. 60 (3), 673-684 (1974).
  19. Burridge, K. A., Friedman, M. H. Environment and vascular bed origin influence differences in endothelial transcriptional profiles of coronary and iliac arteries. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 299 (3), H837-H846 (2010).
  20. Paruchuri, S., et al. Human pulmonary valve progenitor cells exhibit endothelial/mesenchymal plasticity in response to vascular endothelial growth factor-A and transforming growth factor-beta2. Circulation Research. 99 (8), 861-869 (2006).
  21. Hewett, P. W., Murray, J. C. Human microvessel endothelial cells: isolation, culture and characterization. In Vitro Cellular & Development Biology. 29 (11), 823-830 (1993).
  22. Hewett, P. W., Murray, J. C. Human lung microvessel endothelial cells: isolation, culture, and characterization. Microvascular Research. 46 (1), 89-102 (1993).
  23. Hewett, P. W., Murray, J. C., Price, E. A., Watts, M. E., Woodcock, M. Isolation and characterization of microvessel endothelial cells from human mammary adipose tissue. In Vitro Cellular & Development Biology. 29 (4), 325-331 (1993).
  24. Xiao, L., McCann, J. V., Dudley, A. C. Isolation and culture expansion of tumor-specific endothelial cells. Journal of Visualized Experiments. (105), e53072 (2015).
  25. Berry, R., Rodeheffer, M. S., Rosen, C. J., Horowitz, M. C. Adipose tissue residing progenitors (adipocyte lineage progenitors and adipose derived stem cells (ADSC). Current Molecular Biology Reports. 1 (3), 101-109 (2015).
  26. Zhou, L., et al. In vitro evaluation of endothelial progenitor cells from adipose tissue as potential angiogenic cell sources for bladder angiogenesis. PLoS One. 10 (2), e0117644 (2015).
  27. Curat, C. A., et al. From blood monocytes to adipose tissue-resident macrophages: induction of diapedesis by human mature adipocytes. Diabetes. 53 (5), 1285-1292 (2004).
  28. Sidney, L. E., Branch, M. J., Dunphy, S. E., Dua, H. S., Hopkinson, A. Concise review: evidence for CD34 as a common marker for diverse progenitors. Stem Cells. 32 (6), 1380-1389 (2014).
  29. Traktuev, D. O., et al. A population of multipotent CD34-positive adipose stromal cells share pericyte and mesenchymal surface markers, reside in a periendothelial location, and stabilize endothelial networks. Circulation Research. 102 (1), 77-85 (2008).
  30. Frontini, A., Giordano, A., Cinti, S. Endothelial cells of adipose tissues: a niche of adipogenesis. Cell Cycle. 11 (15), 2765-2766 (2012).
  31. Sengenes, C., Miranville, A., Lolmede, K., Curat, C. A., Bouloumie, A. The role of endothelial cells in inflamed adipose tissue. Journal of Internal Medicine. 262 (4), 415-421 (2007).
  32. Ong, W. K., et al. Identification of specific cell-surface markers of adipose-derived stem cells from subcutaneous and visceral fat depots. Stem Cell Reports. 2 (2), 171-179 (2014).
  33. Ong, W. K., Sugii, S. Adipose-derived stem cells: fatty potentials for therapy. The International Journal of Biochemistry & Cell Biology. 45 (6), 1083-1086 (2013).
  34. Tchkonia, T., et al. Abundance of two human preadipocyte subtypes with distinct capacities for replication, adipogenesis, and apoptosis varies among fat depots. American Journal of Physiology-Endocrinoloy and Metabolism. 288 (1), E267-E277 (2005).
  35. van de Vyver, M., Andrag, E., Cockburn, I. L., Ferris, W. F. Thiazolidinedione-induced lipid droplet formation during osteogenic differentiation. Journal of Endocrinology. 223 (2), 119-132 (2014).
check_url/57804?article_type=t

Play Video

Cite This Article
Haynes, B. A., Huyck, R. W., James, A. J., Carter, M. E., Gaafar, O. U., Day, M., Pinto, A., Dobrian, A. D. Isolation, Expansion, and Adipogenic Induction of CD34+CD31+ Endothelial Cells from Human Omental and Subcutaneous Adipose Tissue. J. Vis. Exp. (137), e57804, doi:10.3791/57804 (2018).

View Video