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Method Article
La administración de células guiadas por ultrasonido alrededor del sitio del infarto de miocardio en ratones es una forma segura, efectiva y conveniente de trasplante de células.
El objetivo clave de la terapia celular después del infarto de miocardio (IM) es mejorar eficazmente la tasa de injerto celular, y los cardiomiocitos derivados de células madre pluripotentes inducidos por humanos (hiPSC-CM) son una fuente celular prometedora para la reparación cardíaca después del daño isquémico. Sin embargo, una tasa baja de injertos es un obstáculo significativo para la regeneración efectiva del tejido cardíaco después del trasplante. Este protocolo muestra que múltiples inyecciones percutáneas guiadas por ultrasonido hiPSC-CM en un área de IM aumentan efectivamente las tasas de trasplante celular. El estudio también describe todo el proceso de cultivo de hiPSC-CM, el pretratamiento y los métodos de administración percutánea guiados por ultrasonido. Además, el uso de ADN mitocondrial humano ayuda a detectar la ausencia de hiPSC-CMs en otros órganos de ratón. Por último, este artículo describe los cambios en la función cardíaca, la angiogénesis, el tamaño celular y la apoptosis en la zona fronteriza infartada en ratones 4 semanas después de la entrega celular. Se puede concluir que la inyección percutánea guiada por ecocardiografía del miocardio ventricular izquierdo es una terapia celular factible, relativamente invasiva, satisfactoria, repetible y efectiva.
Cuando se produce un infarto agudo de miocardio, las células del miocardio en el área infartada mueren rápidamente debido a la isquemia y la hipoxia. Varios factores inflamatorios se liberan después de la muerte celular y la ruptura, mientras que las células inflamatorias se infiltran en el sitio infartado para causar inflamación1. Significativamente, los fibroblastos y el colágeno, ambos sin contractilidad y conductividad eléctrica, reemplazan las células miocárdicas en el sitio infartado para formar tejido cicatricial. Debido a la limitada capacidad de regeneración de los cardiomiocitos en mamíferos adultos, el tejido viable formado después de una gran área de infarto generalmente no es adecuado para mantener un gasto cardíaco suficiente2. El IM causa insuficiencia cardíaca, y en casos severos de insuficiencia cardíaca, los pacientes solo pueden confiar en trasplantes cardíacos o dispositivos de asistencia ventricular para mantener las funciones cardíacas normales 3,4.
Después del IM, la estrategia de tratamiento ideal es reemplazar los cardiomiocitos muertos con cardiomiocitos recién formados, formando acoplamiento electromecánico con tejidos sanos. Sin embargo, las opciones de tratamiento generalmente han adoptado el rescate miocárdico en lugar del reemplazo. Actualmente, las terapias basadas en células madre y células progenitoras se encuentran entre las estrategias más prometedoras para promover la reparación del miocardio después de la MI5. Sin embargo, el trasplante de estas células tiene varios problemas, principalmente la incapacidad de las células madre adultas para diferenciarse en cardiomiocitos y su corta vidaútil 6.
Las cuestiones éticas relacionadas con el uso de células madre embrionarias (ES) pueden ser eludidas por las iPSC, que son una fuente prometedora de células. Además, las iPSCs poseen fuertes capacidades de auto-renovación y pueden diferenciarse en cardiomiocitos7. Los estudios han demostrado que los hiPSC-CM trasplantados en el sitio IM pueden sobrevivir y formar uniones de brecha con las células huésped 8,9. Sin embargo, debido a que estas células trasplantadas se encuentran en el microambiente de la isquemia y la inflamación, su tasa de supervivencia es extremadamente baja10,11.
Se han establecido varios métodos para mejorar la tasa de supervivencia de las células trasplantadas, como el pretratamiento de hipoxia y choque térmico de células trasplantadas12,13, la modificación genética 14,15 y el trasplante simultáneo de células y capilares 16. Desafortunadamente, la mayoría de los métodos están limitados por la complejidad y el alto costo. Por lo tanto, el presente estudio propone un método de administración de hiPSC-CM reproducible, conveniente, relativamente invasivo y efectivo.
La inyección de células intramiocárdicas guiada por ultrasonido se puede llevar a cabo solo con una pequeña máquina de ultrasonido veterinario de alta resolución y un microinyector, independientemente del sitio. Bajo la guía de ultrasonido, la entrega directa de células bajo el proceso xifoide desde el pericardio al miocardio en ratones es un protocolo seguro que evita el daño hepático y pulmonar. Este método se puede combinar simultáneamente con otras tecnologías para mejorar significativamente la tasa de supervivencia de las células trasplantadas.
Todos los experimentos con animales en este estudio fueron revisados y aprobados por el comité de ética del Segundo Hospital Xiangya de la Universidad Central del Sur. Consulte la Tabla de materiales para obtener detalles sobre todos los materiales y equipos utilizados en este protocolo. Los plazos para la inyección celular, la imagen y la eutanasia son los siguientes: t0- inducir infarto, t1 semana- imagen y células de implante, t2 semanas- imagen y células de implante, t4 semanas- imagen final, eutanasia y recolección de tejido.
1. cultivo de hiPSC, diferenciación de cardiomiocitos y purificación celular
2. Preparación de hiPSC-CMs y establecimiento de modelo de infarto agudo de miocardio en ratón
3. Inyección de hiPSC-CM bajo guía ecográfica
4. Evaluación de la función cardíaca, marcado de fluorescencia, recuento de células trasplantadas, área infartada de miocardio y detección de mitocondrias humanas de órganos en ratones 30 días después de la ligadura de la rama descendente anterior izquierda
La ecocardiografía para la evaluación de la función ventricular izquierda de los ratones en cada grupo reveló que las lesiones de IM se revirtieron efectivamente en el grupo de DM (Figura 2A). En comparación con el grupo IM, el grupo SD mostró un aumento de la fracción de eyección (FE) (del 30% al 35%; Figura 2B) y acortamiento de fracciones (FS) (del 18% al 22%; Figura 2C) después de MI. Sin embargo, es aún más crucial t...
Los pasos críticos de este estudio incluyen cultivo de hiPSC, diferenciación de cardiomiocitos, purificación de hiPSC-CM y trasplante de hiPSC-CM en el sitio de infarto de miocardio de ratón. La clave es usar ultrasonido cardíaco para guiar transcutáneamente el tratamiento hacia el sitio del infarto en el borde del infarto donde se inyectaron hiPSC-CM en el área.
Con la prolongación del tiempo de cultivo, el fenotipo hiPSC-CM cambia en morfología (mayor tamaño celular), estructura (m...
Los autores no tienen nada que revelar.
Este trabajo fue apoyado por el Plan de Investigación Principal de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (No. 91539111a JY), el Proyecto Clave de Ciencia y Tecnología de la Provincia de Hunan (No. 2020SK53420 a JY) y el Programa de Innovación Científica y Tecnológica de la Provincia de Hunan (2021RC2106 a CF).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Antibody | |||
Cardiac troponin T | Abcam | ab8295 | |
Donkey Anti-Mouse IgG H&L (Alexa Fluor 488) | Abcam | ab150105 | |
Donkey Anti-Mouse IgG H&L (Alexa Fluor 555) | Abcam | ab150110 | |
Donkey Anti-Rabbit IgG H&L (Alexa Fluor 488) | Abcam | ab150073 | |
Donkey Anti-Rabbit IgG H&L (Alexa Fluor 555) | Abcam | ab150062 | |
Human cardiac troponin T | Abcam | ab91605 | |
Isolectin B4 | Vector | FL-1201 | |
Sarcomeric alpha actinin | Abcam | ab9465 | |
Wheat germ agglutinin | Thermo Fisher Scientific | W11261 | |
Reagent | |||
Accutase | Thermo Fisher Scientific | 00-4555-56 | |
B27 Supplement(minus insulin) | Thermo Fisher Scientific | A1895601 | |
B27 Supplement(serum free) | Thermo Fisher Scientific | 17–504-044 | |
Bouin's solution | Thermo Fisher Scientific | SDHT10132 | |
CHIR99021 | Selleck | CT99021 | |
cyclosporin A | Medchemexpress | HY-B0579 | |
DIRECT RED | Sigma-Aldrich | 365548-25G | |
DMEM/F12 | Thermo Fisher Scientific | 11320033 | |
DNeasy Blood & Tissue Kit | Qiagen | 69504 | |
FAST GREEN FCF | Sigma-Aldrich | F7252-5G | |
Glucose-free RPMI 1640 | Thermo Fisher Scientific | 11879020 | |
IWR1 | Selleck | S7086 | |
lactic acid | Sigma-Aldrich | L6661 | |
Matrigel | BD Biosciences | BD356234 | |
mTeSR1 | Stem Cell Technologies | 72562 | |
O.C.T. Compound | SAKURA | 4583 | |
Paraformaldehyde | Sigma-Aldrich | 158127 | |
PowerUP SYBR Green MasterMix kit | Thermo Fisher Scientific | A25742 | |
RPMI1640 | Thermo Fisher Scientific | 11875119 | |
STEMdif Cardiomyocyte Freezing Medium/STEMdiff | Stem Cell Technologies | 5030 | |
STEMdiff Cardiomyocyte Support Medium | Stem Cell Technologies | 5027 | |
Triton X-100 | Sigma-Aldrich | T8787 | |
ultrasound coupling agent | CARENT | 22396269389 | |
Y-27632 | Selleck | S6390 | |
Equipment and Supplies | |||
Applied Biosystems | Thermo Fisher Scientific | 7500 Real-Time PCR | |
cryostat | Leica | CM1950 | |
fluoresence microscope | Olympus | IX83 | |
fine anatomical scissors | Fine Science Tools | 15000-08 | |
fine dissecting forceps | Fine Science Tools | 11255-20 | |
Micro syringe | Hamilton | 7633 | |
Small animal anesthesia machine | MATRX | VMR | |
Ultra-high resolution small animal ultrasound imaging system | VisualSonics | Vevo 2100 | |
Software | |||
Statistical Product and Service Solutions | IBM | 21 | |
Image J | NIH | 1.48 | |
Human mitochondrial DNA primers | |||
the forward primer sequence | CCGCTACCATAATCATCGCTAT | ||
the reverse primer sequence | TGCTAATACAATGCCAGTCAGG |
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