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Method Article
Dans ces études, nous fournissons une méthodologie pour de nouvelles, échafauds cardiaques néonatales, murins pour une utilisation dans les études de régénération.
The only definitive therapy for end stage heart failure is orthotopic heart transplantation. Each year, it is estimated that more than 100,000 donor hearts are needed for cardiac transplantation procedures in the United States1-2. Due to the limited numbers of donors, only approximately 2,400 transplants are performed each year in the U.S.2. Numerous approaches, from cell therapy studies to implantation of mechanical assist devices, have been undertaken, either alone or in combination, in an attempt to coax the heart to repair itself or to rest the failing heart3. In spite of these efforts, ventricular assist devices are still largely used for the purpose of bridging to transplantation and the utility of cell therapies, while they hold some curative promise, is still limited to clinical trials. Additionally, direct xenotransplantation has been attempted but success has been limited due to immune rejection. Clearly, another strategy is required to produce additional organs for transplantation and, ideally, these organs would be autologous so as to avoid the complications associated with rejection and lifetime immunosuppression. Decellularization is a process of removing resident cells from tissues to expose the native extracellular matrix (ECM) or scaffold. Perfusion decellularization offers complete preservation of the three dimensional structure of the tissue, while leaving the bulk of the mechanical properties of the tissue intact4. These scaffolds can be utilized for repopulation with healthy cells to generate research models and, possibly, much needed organs for transplantation. We have exposed the scaffolds from neonatal mice (P3), known to retain remarkable cardiac regenerative capabilities,5-8 to detergent mediated decellularization and we repopulated these scaffolds with murine cardiac cells. These studies support the feasibility of engineering a neonatal heart construct. They further allow for the investigation as to whether the ECM of early postnatal hearts may harbor cues that will result in improved recellularization strategies.
L'insuffisance cardiaque est fréquente et mortelle. Il est une maladie progressive qui se traduit par une diminution de la contractilité du coeur, ce qui altère le flux sanguin vers les organes et laisse les besoins métaboliques de la non satisfaite du corps. On estime que 5,7 millions d' Américains ont une insuffisance cardiaque et il est la principale cause d'hospitalisation aux États-Unis 9. Le coût collectif de traitement des patients en insuffisance cardiaque aux États-Unis dépasse les 300 milliards de dollars par an 9-10. Le seul traitement définitif de l'insuffisance cardiaque au stade terminal est une greffe cardiaque orthotopique. Chaque année, on estime que plus de 100.000 coeurs donateurs sont nécessaires pour les procédures de transplantation cardiaque aux États-Unis 1-2. En raison du nombre limité de donateurs, seuls environ 2.400 transplantations sont réalisées chaque année aux États - Unis 2. De toute évidence, cette pénurie d'organes doit être abordée que d'autres stratégies sont nécessaires pour produire des organes supplémentaires pour transplantationtion et, idéalement, ces organes seraient autologue de manière à éviter les complications associées au rejet et de la durée de vie immunosuppression.
Cardiomyocytes adultes Mammifères démontrent une capacité de régénération limitée sur blessure , mais des données récentes suggèrent que les cœurs néonatals mammifères maintiennent une capacité de régénération remarquable suite à une lésion 5-8. Plus précisément, après une résection chirurgicale partielle, une fenêtre de régénération a été découverte entre la naissance et le jour post - natal 7. Cette période de régénération se caractérise par une absence de cicatrice fibrotique, la formation de la néovascularisation, la libération de facteurs angiogéniques , de l'épicarde, et la prolifération des cardiomyocytes 8/5 , 11. Cette fenêtre de régénération du temps fournit la possibilité d'utiliser le cœur du nouveau-né comme une nouvelle source de matériel pour le développement d'un cœur bioartificiel.
La matrice extracellulaire est connu pour fournir des indices importants pour promouvoir cardiomyocyte prolifération et la croissance. Différences distinctes dans la disponibilité des molécules dans les matrices néonatales et adultes 12 et leur capacité à promouvoir la régénération ont été explorées 13. les matrices adultes décellularisés ont été utilisées dans plusieurs études pour fournir un échafaudage de l'ECM pour la repopulation cellulaire et la génération d'un coeur bioartificiel. Bien que ces études, et de nouvelles découvertes dans les technologies de cellules souches, progressent rapidement, plusieurs obstacles doivent encore être remplies. Par exemple, les limitations dans la préservation de la structure native de la matrice, l'intégration cellulaire dans la paroi de la matrice, et la capacité de soutenir la prolifération et à la croissance de toute limite le succès de cette approche. Alors que les attributs de régénération supérieures ont été attribuées au cœur du nouveau-né, les aspects pratiques de l'utilisation d'un tel tissu ont limité son exploration.
Sur la base de la capacité de régénération démontré du cœur néonatale, nous avons développé de nouvelles matrices en développant unetechnique de décellularisation pour le coeur P3 de la souris. Le cœur P3 a été choisi pour ces études car il est dans la fenêtre de régénération cardiaque comme précédemment déterminé 6 mais le cœur est assez grand pour la récolte, decellularize et recellularize. Le but de cette étude est de démontrer la faisabilité de la création d'une matrice à partir d'un cœur de souris néonatale. Nos études fournissent des preuves de la faisabilité de décellularisation d'une minute, le cœur du nouveau-né, tout en maintenant l'intégrité structurelle et protéinique de l'ECM. Nous démontrons également la capacité de recellularize cette ECM cardiaque avec mCherry cardiomyocytes exprimant et nous avons examiné ces cardiomyocytes pour l'expression de différents marqueurs cardiaques suivants recellularization. Cette technologie permet à l'essai de la supériorité d'une matrice du nouveau-né à l'élaboration d'un coeur bioartificiel.
Toutes les expériences de souris ont été effectuées en conformité avec loi sur la protection des animaux et des États-Unis ont été approuvés par le Comité soin et l'utilisation institutionnelle des animaux à l'Université du Minnesota.
1. Méthode de coeur Souris Isolation
2. Méthode de décellularisation par Langendorff Perfusion
3. Détermination de l'ADN
4. Fixation et Sectionnement des tissus
5. P1 néonatal murin Ventricular cardiomyocytes pour Recellularization
6. bioréacteur Recellularization de P3 Coeur Matrice
décellularisation
En moyenne, le temps de décellularisation d'un cœur de P3 en utilisant ce protocole est d'environ 14 heures. étant donné un poids cardiaque moyenne de 23 mg pour le nouveau-né de P3.
Acellularity
Figure 3a montre un coeur néonatal P3 intact (toute la montagne). Figure 3b montre le même cœur suivant décellularisation. Les
La dépendance de cette technique sur des perfusions répétées du cœur fait éviter d'une embolie, une composante essentielle d'un résultat positif. À partir de la première cathétérisation du cœur dans les étapes 2,2-2,6, aux changements de solution entre les étapes 2.8-2.14, il y a des manipulations qui peuvent permettre l'introduction de bulles d'air qui compromettent l'écoulement du liquide de perfusion dans le myocarde. En raison de la petite taille du cœur du nouveau-né, même de m...
The authors have nothing to disclose.
The authors gratefully acknowledge Ms. Cynthia DeKay for the preparation of the figures.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1. Materials For Mouse Heart Isolation | |||
P1 mouse pups (as shown; B6;D2-Tg(Myh6*-mCherry)2Mik/J) | Jackson Laboratories | 21577 | or equivalent |
60 mm Culture dish | BD Falcon | 353004 | or equivalent |
Phosphate buffered saline pH 7.4 (sterile) | Hyclone | SH30256.01 | or equivalent |
Single Use Blade | Stanley | 28-510 | or equivalent |
Standard Scissors | Moria Bonn (Fine Science Tools) | 14381-43 | or equivalent |
Spring Scissors 10 cm | Fine Science Tools | 15024-10 | or equivalent |
Vannas Spring Scissors - 3mm Cutting Edge | Fine Science Tools | 15000-00 | or equivalent |
#5 Forceps | Dumnot (Fine Science Tools) | 11295-00 | or equivalent |
2. Materials For Decellularization | |||
Inlet adaptor | Chemglass | CG-1013 | autoclavable |
Septum | Chemglass | CG-3022-99 | autoclavable |
1/8 in. ID x 3/8 OD C-Flex tubing | Cole-Parmer | EW-06422-10 | autoclavable |
Male luer to 1/8" hose barb adaptor | McMaster-Carr | 51525K33 | autoclavable |
Female luer to 1/8" hose barb adaptor | McMaster-Carr | 51525K26 | autoclavable |
Prolene 7-0 surgical suture | Ethicon | 8648G | or equivalent |
Ring stand | Fisher Scientific | S47807 | or equivalent |
Clamp | Fisher Scientific | 05-769-6Q | or equivalent |
Clamp regular holder | Fisher Scientific | 05-754Q | or equivalent |
60 cc syringe barrel | Coviden | 1186000777T | or equivalent |
Beaker | Kimble | 14000250 | or equivalent |
22g x 1 Syringe Needle | BD | 305155 | or equivalent |
12 cc syringe | Coviden | 8881512878 | or equivalent |
3-way stop cock | Smith Medical | MX5311L | or equivalent |
22 x 1 g needle | BD | 305155 | or equivalent |
PE50 tubing | BD Clay Adams Intramedic | 427411 | Must be formable by heat. Polyethylene recommended |
1% SDS | Invitrogen | 15525-017 | Ultrapure grade recommended. Make up fresh solution and filter sterilize before use. |
1% Triton X-100 | Sigma-Aldrich | T8787 | Make up fresh solution from a 10% stock and filter sterilize before use. |
Sterile dH2O | Hyclone | SH30538.02 | Or MilliQ system purified water. |
1X Pen/Strep | Corning CellGro | 30-001-Cl | or equivalent |
3. Materials For DNA Quantitation | |||
Proteinase K | Fisher | BP1700 | >30U/mg activity |
KCl | Sigma-Aldrich | P9333 | or equivalent |
MgCl*6H2O | Mallinckrodt | 5958-04 | or equivalent |
Tween 20 | Sigma-Aldrich | P1379 | or equivalent |
Tris base/hydrochloride | Sigma-Aldrich | T1503/T5941 | or equivalent |
Pico-Green dsDNA assay kit | Life Technologies | P7589 | requires fluorimeter to read |
4. Method for fixation and sectioning of tissue. | |||
Paraformaldehyde | Sigma-Aldrich | P6148 | or equivalent |
Gelatin Type A from porcine skin | Sigma-Aldrich | G2500 | must be 300 bloom or greater |
5. Method for tissue histology | |||
Cryomolds 10 x 10 x 5mm | Tissue-Tek | 4565 | or equivalent |
Cryostat | Hacker/Bright | Model OTF | or equivalent |
Microscope Slides 25 x 75 x 1 mm | Fisher Scientific | 12-550-19 | or equivalent |
Hematoxylin 560 | Surgipath/Leica Selectech | 3801570 | or equivalent |
Ethanol | Decon Laboratories | 2701 | or equivalent |
Define | Surgipath/Leica Selectech | 3803590 | or equivalent |
Blue buffer | Surgipath/Leica Selectech | 3802915 | or equivalent |
Alcoholic Eosin Y 515 | Surgipath/Leica Selectech | 3801615 | or equivalent |
Formula 83 Xylene substitute | CBG Biotech | CH0104B | or equivalent |
Permount Mounting Medium | Fisher Chemical | SP15-500 | or equivalent |
Collagen IV Antibody | Rockland | 600-401-106.1 | or equivalent |
α-Actinin Antibody | Abcam | AB9465 | or equivalent |
mCherry Antibody | Abcam | AB205402 | or equivalent |
NKX2.5 Antibody | Santa Cruz Biotechnology | SC-8697 | or equivalent |
Donkey anti-mouse AF488 Antibody | Life Technology | A21202 | or equivalent |
Donkey anti-chicken AF594 Antibody | Jackson Immunoresearch | 703-585-155 | or equivalent |
Donkey anti-goat CY5 Antibody | Jackson Immunoresearch | 705-175-147 | or equivalent |
Fab Fragment Goat Anti-Rabbit IgG (H+L) AF594 | Jackson Immunoresearch | 111-587-003 | or equivalent |
Prolong Gold Antifade Mountant with DAPI | ThermoFisher | P36930 | or equivalent |
6. Isolation of neonatal ventricular cardiomyocytes using pre-plating. | |||
HBSS (Ca, Mg Free) | Hyclone | SH30031.02 | or equivalent |
HEPES (1M) | Corning CellGro | 25-060-Cl | or equivalent |
Cell Strainer | BD Falcon | 352340 | or equivalent |
50 mL tube | BD Falcon | 352070 | or equivalent |
Primeria 100 mm plates | Corning | 353803 | Primeria surface enhances fibroblast attachment promoting a higher myocyte purity |
Trypsin | Difco | 215240 | or equivalent |
DNase II | Sigma-Aldrich | D8764 | or equivalent |
DMEM (Delbecco's Minimal Essential Media) | Hyclone | SH30022.01 | or equivalent |
Vitamin B12 | Sigma-Aldrich | V6629 | or equivalent |
Fibronectin coated plates | BD Bioscience | 354501 | or equivalent |
Fetal bovine serum | Hyclone | SH30910.03 | or equivalent |
Heart bioreactor glassware | Radnoti Glass Technology | 120101BEZ | Must be sterilizable by autoclaving or gas. |
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