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Method Article
Des modèles in vitro d’angiogenèse coronaire peuvent être utilisés pour la découverte des mécanismes cellulaires et moléculaires de l’angiogenèse coronaire. Les cultures d’explantation in vitro des tissus sinus venosus et endocardium montrent une croissance robuste en réponse au VEGF-A et affichent un modèle similaire d’expression DEMENT-TFII comme in vivo.
Ici, nous décrivons un essai in vitro de culture pour étudier l’angiogenèse coronaire. Les vaisseaux coronaires nourrissent le muscle cardiaque et sont d’importance clinique. Les défauts dans ces vaisseaux représentent des risques graves pour la santé tels que dans l’athérosclérose, qui peut mener aux infarctus du myocarde et aux insuffisances cardiaques chez les patients. Par conséquent, la maladie coronarienne est l’une des principales causes de décès dans le monde. En dépit de son importance clinique, relativement peu de progrès ont été réalisés sur la façon de régénérer les artères coronaires endommagées. Néanmoins, des progrès récents ont été réalisés dans la compréhension de l’origine cellulaire et des voies de différenciation du développement des vaisseaux coronaires. L’avènement d’outils et de technologies qui permettent aux chercheurs d’étiqueter fluorescentement les cellules progénitrices, de suivre leur destin et de visualiser les descendants in vivo ont joué un rôle déterminant dans la compréhension du développement des vaisseaux coronaires. Les études in vivo sont précieuses, mais ont des limites en termes de vitesse, d’accessibilité et de flexibilité dans la conception expérimentale. Alternativement, des modèles in vitro précis de l’angiogenèse coronaire peuvent contourner ces limitations et permettre aux chercheurs d’interroger d’importantes questions biologiques avec rapidité et flexibilité. L’absence de systèmes modèles in vitro appropriés peut avoir entravé les progrès dans la compréhension des mécanismes cellulaires et moléculaires de la croissance des vaisseaux coronaires. Ici, nous décrivons un système de culture in vitro pour cultiver des vaisseaux coronaires du sinus venosus (SV) et de l’endocardium (Endo), les deux tissus progéniteurs à partir desquels de nombreux vaisseaux coronaires surgissent. Nous avons également confirmé que les cultures récapitulent avec précision certains des mécanismes in vivo connus. Par exemple, nous montrons que les germes angiogéniques dans la culture de SV déréglementent l’expression COUP-TFII semblable à ce qui est observé in vivo. En outre, nous montrons que VEGF-A, un facteur angiogénique bien connu in vivo, stimule vigoureusement l’angiogenèse des cultures SV et Endo. Collectivement, nous avons conçu un modèle précis de culture in vitro pour étudier l’angiogenèse coronaire.
Les vaisseaux sanguins du cœur sont communément appelés vaisseaux coronaires. Ces vaisseaux sont composés d’artères, de veines et de capillaires. Pendant le développement, des capillaires fortement ramifiés sont établis d’abord, qui se transforment ensuite en artères coronaires et veines1,2,3,4,5. Ces capillaires initiaux sont construits à partir de cellules progénitrices endothéliales trouvées dans le proépicardium, sinus venosus (SV), et endocardium (Endo) tissus1,6,7,8. SV est l’organe d’afflux de cœur embryonnaire et Endo est la doublure intérieure du lumen de coeur. Les cellules progénitrices endothéliales trouvées dans le SV et l’Endo construisent la majorité de la vascularisation coronaire, tandis que le proépicardium contribue à une partie relativement faible decelui-ci 2. Le processus par lequel le réseau capillaire des vaisseaux coronaires se développe dans le cœur à partir de ses cellules précurseurs préexistantes est appelé angiogenèse coronaire. La maladie coronarienne est l’une des principales causes de décès dans le monde et pourtant un traitement efficace pour cette maladie fait défaut. Comprendre les mécanismes cellulaires et moléculaires détaillés de l’angiogenèse coronaire peut être utile dans la conception de thérapies nouvelles et efficaces pour réparer et régénérer les artères coronaires endommagées.
Récemment, une augmentation de notre compréhension de la façon dont les vaisseaux coronariens se développent a été en partie réalisée grâce au développement de nouveaux outils et technologies. En particulier, l’étiquetage in vivo de lignée et les technologies d’imagerie de pointe ont été très utiles pour découvrir l’origine cellulaire et les voies de différenciation des vaisseaux coronaires9,10,11,12. Malgré les avantages de ces outils in vivo, il y a des limites en termes de rapidité, de flexibilité et d’accessibilité. Par conséquent, des systèmes modèles in vitro robustes peuvent compléter les systèmes in vivo pour élucider les mécanismes cellulaires et moléculaires de l’angiogenèse coronaire d’une manière à haut débit.
Ici, nous décrivons un modèle in vitro de l’angiogenèse coronaire. Nous avons développé un système de culture d’explation in vitro pour cultiver des vaisseaux coronaires à partir de deux tissus progéniteurs, SV et Endo. Avec ce modèle, nous montrons que les cultures d’explants de tissu in vitro cultivent des germes de vaisseau coronaires lorsqu’elles sont stimulées par le milieu de croissance. En outre, les cultures explantées se développent rapidement par rapport au contrôle lorsqu’elles sont stimulées par le facteur de croissance endothélial vasculaire A (VEGF-A), une protéine angiogénique très puissante. En outre, nous avons constaté que les germes angiogéniques de la culture SV subissent la dénodéliation veineuse (perte de l’expression COUP-TFII), un mécanisme similaire à l’angiogenèse SV in vivo1. Ces données suggèrent que le système de culture explantée in vitro rétablisse fidèlement les événements angiogéniques qui se produisent in vivo. Collectivement, les modèles in vitro de l’angiogenèse qui sont décrits ici sont idéaux pour sonder les mécanismes cellulaires et moléculaires de l’angiogenèse coronaire d’une manière élevée et accessible.
L’utilisation de tous les animaux dans ce protocole a suivi les lignes directrices du Comité de soins et d’utilisation des animaux institutionnels de l’Université d’État de Ball State (IACUC).
1. Établir des éleveurs de souris et détecter les prises vaginales pour les grossesses chronométrées
2. Récolte d’embryons de souris enceintes
REMARQUE : Avant de commencer, assurez-vous d’avoir l’équipement et les réactifs suivants : une chambre d’euthanasie CO2, 70 % d’éthanol, des serviettes en papier, des forceps réguliers, des forceps fins, des ciseaux, un salin stérile de phosphate (PBS), des plats De Petri stériles de 10 cm, un contenant avec de la glace, une cuillère perforée, un stéréomicroscope de dissection.
3. Isoler les cœurs des embryons e11.5
REMARQUE : Avant de commencer, assurez-vous d’avoir l’équipement et les réactifs suivants : forceps réguliers, forceps fins, PBS stérile de 1x, plat de Petri stérile de 10 cm, plat de Petri stérile de 6 cm, récipient avec glace, cuillère perforée, stéréomicroscope de dissection.
4. Isoler les SVs et les Ventricules de e11.5 Embryonic Mouse Hearts
5. Mise en place de plaques de culture tissulaire avec inserts et revêtement de matrice extracellulaire
REMARQUE : Avant de commencer, assurez-vous d’avoir l’équipement et les réactifs suivants : solution commerciale de matrice extracellulaire (ECM ; par exemple, Matrigel), 8,0 M de polyéthylène teréphtalate (PET) inserts de culture, 24 plaques de puits, 37 oC, 5% de CO2 incubateur.
6. Les SVs et les cultures de ventricules entiers
REMARQUE : Avant de commencer, assurez-vous d’avoir l’équipement et les réactifs suivants : 70% d’éthanol, pipette de transfert, stéréomicroscope, forceps, capuchon de culture tissulaire à débit laminaire, kit microvasculaire de supplément de cellules endothéliales(tableau des matériaux), milieu basal, PBS stérile 1x). La figure 6 montre le flux de travail de la culture SV et ventricule.
7. Traitement des cultures avec VEGF-A (contrôle positif)
REMARQUE : Avant de commencer, assurez-vous d’avoir l’équipement et les réactifs suivants : capuchon de culture de tissu à débit laminaire, 1x PBS, milieu basal - 1% sérum bovin fœtal (FBS), milieu basal - VEGF-A, pipettes, et pipette pointes.
8. Fixation et immunostachation
REMARQUE : Avant de commencer, assurez-vous d’avoir l’équipement et les réactifs suivants : 4 % de paraformaldéhyde (PFA), 1x PBS, anticorps primaires et secondaires, shaker, 0,5 % de surfactant non ionique dans PBS (PBT).
9. Montage des cultures sur les diapositives, l’imagerie et l’analyse
REMARQUE : Avant de commencer, assurez-vous d’avoir l’équipement et les réactifs suivants : forceps fins, diapositives, milieu de montage avec 4, 6-diamidino-2-phenylindole (DAPI), coverlips, et microscope confocal. Après la coloration secondaire des anticorps, monter les cultures sur des diapositives pour l’imagerie en utilisant les étapes suivantes.
Une des caractéristiques les plus frappantes de l’angiogenèse SV in vivo est qu’il suit une voie spécifique et implique la dénduisation cellulaire et les événements de redifferentiation qui se produisent à des moments stéréotypés et les positions1. Au fur et à mesure que les cellules SV initiales se développent sur le ventricule cardiaque, elles cessent de produire des marqueurs veineux tels que LE COUP-TFII(figure 7). ...
Quelques-unes des étapes les plus critiques pour la croissance réussie des vaisseaux coronaires des tissus progéniteurs SV et Endo sont : 1) Identifier correctement et isoler le tissu SV pour la culture SV ; 2) en utilisant des ventricules d’embryons âgés de 11 à 11,5 ans pour une culture précise d’Endo; 3) maintenir des conditions stériles tout au long de la période de dissection et garder les tissus froids en tout temps; et 4) garder les explants attachés à la membrane enduite ECM pour éviter que les ti...
Les auteurs ne déclarent aucun conflit d’intérêts.
Les auteurs remercient les membres du laboratoire Sharma d’avoir fourni un environnement de recherche favorable. Nous tenons à remercier tout particulièrement Diane (Dee) R. Hoffman qui entretient et prend soin de notre colonie de souris. Nous tenons également à remercier les Drs Philip J. Smaldino et Carolyn Vann d’avoir soigneusement relu le manuscrit et d’avoir fourni des commentaires utiles. Ce travail a été soutenu par des fonds du Ball State University Provost Office et du Department of Biology à B.S, des fonds de la subvention de recherche senior de l’Académie des sciences de l’Indiana à B.S. et des NIH (RO1-HL128503) et des fonds de la New York Stem Cell Foundation à K.R.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
100 x 20 MM Tissue Culture Dish | Fisher Scientific | 877222 | Referred in the protocol as Petri dish |
24-well plates | Fisher Scientific | 08-772-51 | |
8.0 uM PET membrane culture inserts | Millipore Sigma | MCEP24H48 | |
Alexa Fluor Donkey anti-rabbit 555 | Fisher Scientific | A31572 | Secondary antibody |
Alexa Fluor Donkey anti-rat 488 | Fisher Scientific | A21206 | Secondary antibody |
Angled Metal Probe | Fine science tools | 10088-15 | Angled 45 degree, used for detecting deep plugs |
Anti- ERG 1/2/3 antibody | Abcam | Ab92513 | Primary antibody |
Anti- VE-Cadherin antibody | Fisher Scientific | BDB550548 | Primary antibody, manufacturer BD BioSciences |
CO2 gas tank | Various suppliers | N/A | |
CO2 Incubator | Fisher Scientific | 13998223 | For 37 °C, 5% CO2 incubation |
Dissection stereomicrosope | Leica | S9i | Leica S9i Stereomicroscope |
EBM-2 basal media | Lonza | CC-3156 | Endothelial cell growth basal media |
ECM solution | Corning | 354230 | Commercially known as Matrigel |
EGM-2 MV Singlequots Kit | Lonza | CC-4147 | Microvascular endothelial cell supplement kit; This is mixed into the EBM-2 to make the EGM-2 complete media |
Fetal Bovine Serum (FBS) | Fisher Scientific | SH3007003IR | |
FiJi | NIH | NA | Image processing software (https://imagej.net/Fiji/Downloads) |
Fine Forceps | Fine science tools | 11412-11 | Used for embryo dissection |
Fisherbrand Straight-Blade operating scissors | Fisher Scientific | 13-808-4 | |
Hyclone Phosphate Buffered Saline (1X) | Fisher Scientific | SH-302-5601LR | |
Laminar flow tissue culture hood | Fisher Scientific | various models available | |
Mounting Medium | Vector Laboratories | H-1200 | Vectashield with DAPI |
Paraformaldehyde (PFA) | Electron Microscopy/Fisher | 50-980-494 | This is available at 32%; needs to be diluted to 4% |
Perforated spoon | Fine science tools | 10370-18 | Useful in removing embryo/tissues from a solution |
Recombinant Murine VEGF-A 165 | PeproTech | 450-32 | |
Standard forceps, Dumont #5 | Fine science tools | 11251-30 | |
Sure-Seal Mouse/Rat chamber | Easysysteminc | EZ-1785 | Euthanasia chamber |
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