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Method Article
Ici nous décrivons et validons une méthode pour générer uniformément les cardiomyocytes pluripotents pluripotents de cellules souches induits par l'homme robustes et caractériser leur fonction. Ces techniques peuvent aider à développer un aperçu mécaniste des voies de signalisation, fournir une plate-forme pour le dépistage à grande échelle des médicaments, et modéliser de façon fiable les maladies cardiaques.
Les cardiomyocytes pluripotents induits par l'homme (iPSC-CM) fournissent une source humaine précieuse pour l'étude de la science fondamentale du calcium (Ca2)des voies de manipulation et de signalisation ainsi que des tests de dépistage et de toxicité des médicaments à haut débit. Ici, nous fournissons une description détaillée des méthodologies utilisées pour générer des iPSC-CM de haute qualité qui peuvent reproduire de façon cohérente des caractéristiques moléculaires et fonctionnelles à travers différentes lignées cellulaires. En outre, une méthode est décrite pour évaluer de façon fiable leur caractérisation fonctionnelle par l'évaluation des propriétés de manutention Ca2. Les conditions à faible teneur en oxygène (O2), la sélection du lactate et le temps prolongé en culture produisent des cardiomyocytes ventriculaires de haute pureté et de haute qualité. Semblable aux cardiomyocytes adultes isolés de rat (ARCMs), les iPSC-CM de 3 mois présentent l'amplitude plus élevée de Ca2, le taux plus rapide de reuptake de Ca2MD (decay-tau), et une réponse lusitrope positive à la stimulation adrénergique de l'adrénergique par rapport au jour 30 iPSC-CM. La stratégie est techniquement simple, rentable et reproductible. Il fournit une plate-forme robuste pour modéliser les maladies cardiaques et pour le dépistage à grande échelle des médicaments pour cibler les protéines de manipulation Ca2.
Les cardiomyocytes pluripotents induits par l'homme (iPSC-CM) sont une plate-forme humaine attrayante pour modéliser une grande variété de maladies cardiaques in vitro1,2,3,4,5,6,7,8. En outre, iPSC-CMs peut être utilisé pour la prédiction des réponses des patients à des médicaments nouveaux ou existants, pour dépister les composés touchés, et de développer de nouveaux médicaments personnalisés9,10. Cependant, malgré des progrès significatifs, plusieurs limitations et défis doivent être pris en considération lors de l'utilisation de l'iPSC-CMs11. Par conséquent, les méthodes visant à améliorer les protocoles de différenciation cardiaque, à améliorer l'efficacité et la maturation des iPSC-CM, et à générer des sous-types spécifiques de cardiomyocytes (ventriculaire, auriculaire et nodal) ont été intensément étudiées et ont déjà conduit à de nombreuses stratégies culturelles pour surmonter ces obstacles12,13,14,15.
Malgré la robustesse de ces protocoles, une préoccupation majeure pour l'utilisation des iPSC-CM est la reproductibilité des procédures longues et complexes pour obtenir des cardiomyocytes de haute qualité qui peuvent assurer les mêmes performances et les résultats reproductibles. La reproductibilité est essentielle non seulement pour comparer les lignées cellulaires ayant des antécédents génétiques différents, mais aussi pour répéter les comparaisons cellulaires et moléculaires d'une même lignée cellulaire. La variabilité cellulaire, comme les différences de bien-à-puits dans la densité des iPSC, peut affecter la différenciation cardiaque, générant un faible rendement et des cardiomyocytes de mauvaise qualité. Ces cellules pourraient encore être utilisées pour effectuer des expériences qui ne nécessitent pas une population pure de CM (p. ex., lors de l'exécution de mesures transitoires Ca2MD). En effet, lors de l'analyse électrophysiologique, les non-CM ne battront pas, ni spontanément ni sous stimulation électrique, il sera donc facile de les exclure de l'analyse. Cependant, en raison de la mauvaise qualité, les iPSC-CM peuvent présenter des caractéristiques électrophysiologiques altérées (p. ex., transitoires Ca2, faible amplitude Ca2) qui ne sont pas dues à leur constitution génétique. Par conséquent, particulièrement en utilisant l'iPSC-CMs pour modéliser la maladie cardiaque, il est important de ne pas confondre les résultats d'un CM de mauvaise qualité avec le phénotype de la maladie. Des processus de dépistage et d'exclusion minutieux sont nécessaires avant de procéder à des études électrophysiologiques.
Cette méthode comprend des protocoles optimisés pour générer des cardiomyocytes de haute pureté et de haute qualité et pour évaluer leur fonction en effectuant des mesures transitoires Ca2 à l'aide d'un système d'acquisition et d'analyse de calcium et de contractilité. Cette technique est un moyen simple, mais puissant, de distinguer entre les préparations iPSC-CM à haut rendement et de faible efficacité et de fournir une caractérisation plus pertinente sur le plan physiologique des iPSC-CM humaines.
Les expériences utilisant des cardiomyocytes de rat adultes dans cette étude ont été menées avec les protocoles approuvés du Comité institutionnel de soins et d'utilisation des animaux (IACUC) de l'École de médecine Icahn à Mount Sinai. Les cardiomyocytes adultes de rat ont été isolés des coeurs de rat de Sprague Dawley par la méthode Langendorff-basée comme précédemment décrit16.
1. Préparation des médias
2. Préparation de cellules souches embryonnaires humaines (HESC) qualifiées Plaques et plaques de couverture
REMARQUE : Effectuez toutes les étapes sous une hotte stérilisée de culture de tissu.
3. Préparation de petites molécules
REMARQUE : Reconstituer toutes les petites molécules et modulateurs Wnt dans DMSO sauf indication contraire.
4. Entretien et passage des iPSC
REMARQUE : Effectuez toutes les étapes suivantes sous une hotte stérile de culture de tissu.
5. Différenciation cardiomyocyte
6. Procédure de sélection et dissociation iPSC-CM
7. Préparation des iPSC-CM s'adressent à Flow Cytometry
8. Platage Cardiomyocytes sur des couvertures en verre
REMARQUE : Effectuez toutes les étapes dans un environnement stérile.
9. Fixation des cellules
10. Staining immunofluorescence
11. Évaluation des passagers intracellulaires Ca2
Le protocole décrit dans la figure 1A a généré des cardiomyocytes très purs qui acquièrent un phénotype ventriculaire/adulte avec le temps dans la culture. Évalué par la coloration immunofluorescence pour les isoformes de la chaîne de lumière régulatrice de myosine auriculaire et ventriculaire 2 isoformes (MLC2A et MLC2V, respectivement), la majorité des cellules générées par ce protocole étaient MLC2A-positives au jour 30 après induction de la différencia...
Les étapes critiques pour l'utilisation des iPSC-CM humains comme modèles expérimentaux sont : 1) la génération de cardiomyocytes de haute qualité (CM) qui peuvent assurer les performances et les résultats reproductibles cohérents; 2) permettant aux cellules de mûrir en culture pendant au moins 90 jours pour évaluer adéquatement leur phénotype; 3) effectuer des études électrophysiologiques, par exemple des mesures transitoires du calcium (Ca2)pour fournir une caractérisation fonctionnelle physio...
Les auteurs n'ont rien à révéler.
Cette recherche a été appuyée par la subvention de développement scientifique 17SDG33700093 (F.S.); Mount Sinai KL2 Scholars Award for Clinical and Translational Research Career Development KL2TR001435 (F.S.); NIH R00 HL116645 et AHA 18TPA34170460 (C.K.).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Anti-Actin, α-Smooth Muscle antibody, Mouse monoclonal | Sigma Aldrich | A5228 | |
Alexa Fluor 488 goat anti mouse | Invitrogen | A11001 | |
Alexa Fluor 555 goat anti rabbit | Invitrogen | A21428 | |
B27 Supplement | Gibco | 17504-044 | |
B27(-) insulin Supplement | Gibco | A18956-01 | |
CHIR-99021 | Selleckchem | S2924 | |
DAPI nuclear stain | ThermoFisher | D1306 | |
DMEM/F12 (1:1) (1X) + L- Glutamine + 15mM Hepes | Gibco | 11330-032 | |
Double Ended Cell lifter, Flat blade and J-Hook | Celltreat | 229306 | |
Falcon Multiwell Tissue Culture Plate, 6 well | Corning | 353046 | |
Fluidic inline heater | Live Cell Instrument | IL-H-10 | |
Fura-2, AM | Invitrogen | F1221 | |
hESC-qualified matrix | Corning | 354277 | Matrigel Matrix |
hPSC media | Gibco | A33493-01 | StemFlex Basal Medium |
IWR-1 | Sigma Aldrich | I0161 | |
Live cell imaging chamber | Live Cell Instrument | EC-B25 | |
MLC-2A, Monoclonal Mouse Antibody | Synaptic Systems | 311011 | |
Myocyte calcium and contractility system | Ionoptix | ISW-400 | |
Myosin Light Chain 2 Antibody, Rabbit Polyclonal (MLC2V) | Proteintech | 10906-1-AP | |
Nalgene Rapid Flow Sterile Disposable Filter units with PES Membrane | ThermoFisher | 124-0045 | |
PBS with Calcium and Magnesium | Corning | 21-030-CV | |
PBS without Calcium and Magensium | Corning | 21-031-CV | |
Premium Glass Cover Slips | Lab Scientific | 7807 | |
RPMI medium 1640 (-) D-glucose (1X) | Gibco | 11879-020 | |
RPMI medium 1640 (1X) | Gibco | 11875-093 | |
Sodium L-lactate | Sigma Aldrich | L7022 | |
StemFlex Supplement | Gibco | A33492-01 | |
Thiazovivin | Tocris | 3845 | |
Trypsin-EDTA (0.25%) | ThermoFisher | 25200056 | |
Tyrode's solution | Boston Bioproducts | BSS-355w | Adjust pH at 7.2. Add 1.2mM Calcium Chloride |
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