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Method Article
I modelli in vitro di angiogenesi coronarica possono essere utilizzati per la scoperta dei meccanismi cellulari e molecolari dell'angiogenesi coronarica. Le colture in vitro espiante di venosus e tessuti endocardio mostrano una solida crescita in risposta al VEGF-A e mostrano un modello simile di espressione COUP-TFII come in vivo.
Qui, descriviamo un saggio in vitro per studiare l'angiogenesi coronarica. I vasi coronarici alimentano il muscolo cardiaco e sono di importanza clinica. I difetti in questi vasi rappresentano gravi rischi per la salute come l'aterosclerosi, che può portare a infarti miocardici e insufficienze cardiache nei pazienti. Di conseguenza, la malattia coronarica è una delle principali cause di morte in tutto il mondo. Nonostante la sua importanza clinica, relativamente pochi progressi sono stati fatti su come rigenerare le arterie coronarie danneggiate. Tuttavia, sono stati fatti recenti progressi nella comprensione dell'origine cellulare e dei percorsi di differenziazione dello sviluppo dei vasi coronarici. L'avvento di strumenti e tecnologie che consentono ai ricercatori di etichettare fluorescentmente le cellule progenitrici, seguire il loro destino e visualizzare le progenie in vivo sono state fondamentali per comprendere lo sviluppo di vasi coronarici. Gli studi in vivo sono preziosi, ma hanno limitazioni in termini di velocità, accessibilità e flessibilità nella progettazione sperimentale. In alternativa, accurati modelli in vitro di angiogenesi coronarica possono aggirare questi limiti e consentire ai ricercatori di interrogare importanti questioni biologiche con velocità e flessibilità. La mancanza di adeguati sistemi di modelli in vitro può aver ostacolato i progressi nella comprensione dei meccanismi cellulari e molecolari della crescita dei vasi coronarici. Qui, descriviamo un sistema di coltura in vitro per far crescere vasi coronarici dal veleno del seno (SV) e dall'endocardio (Endo), i due tessuti progenitori da cui nascono molti dei vasi coronarici. Abbiamo anche confermato che le culture riassumono accuratamente alcuni dei meccanismi in vivo noti. Per esempio, mostriamo che i germogli angiogenici in coltura da SV downregulate espressione COUP-TFII simile a quello che si osserva in vivo. Inoltre, mostriamo che il VEGF-A, noto fattore angiogenico in vivo, stimola in modo robusto l'angiogenesi sia delle culture SV che Endo. Collettivamente, abbiamo ideato un modello accurato di coltura in vitro per studiare l'angiogenesi coronarica.
I vasi sanguigni del cuore sono comunemente chiamati vasi coronarici. Questi vasi sono costituiti da arterie, vene e capillari. Durante lo sviluppo, i capillari altamente ramificati vengono stabiliti prima, che poi rimodellano in arterie coronarie e vene1,2,3,4,5. Questi capillari iniziali sono costruiti da cellule progenitrici endoteliali presenti nel proepicardio, nel veleno del seno (SV) e nei tessuti dell'endocardio (Endo)1,6,7,8. SV è l'organo di afflusso del cuore embrionale ed Endo è il rivestimento interno del lume del cuore. Le cellule del progenitore endoteliale presenti nella SV e nell'Endo costruiscono la maggior parte della vascolatura coronarica, mentre il proepidico contribuisce ad una porzione relativamente piccola di esso2. Il processo mediante il quale la rete capillare di vasi coronarici cresce nel cuore dalle sue cellule precursori preesistenti è chiamata angiogenesi coronarica. La malattia coronarica è una delle principali cause di morte in tutto il mondo e tuttavia manca un trattamento efficace per questa malattia. Comprendere i meccanismi cellulari e molecolari dettagliati dell'angiogenesi coronarica può essere utile nella progettazione di terapie nuove ed efficaci per riparare e rigenerare le arterie coronarie danneggiate.
Recentemente, un aumento nella nostra comprensione di come si sviluppano i vasi coronarici è stato in parte raggiunto attraverso lo sviluppo di nuovi strumenti e tecnologie. In particolare, l'etichettatura del lignaggio in vivo e le tecnologie di imaging avanzate sono state molto utili per scoprire l'origine cellulare e i percorsi di differenziazione dei vasi coronarici9,10,11,12. Nonostante i vantaggi di questi strumenti in vivo, ci sono limitazioni in termini di velocità, flessibilità e accessibilità. Pertanto, robusti sistemi di modelli in vitro possono integrare i sistemi in vivo per chiarire i meccanismi cellulari e molecolari dell'angiogenesi coronarica in modo ad alta produttività.
Qui, descriviamo un modello in vitro di angiogenesi coronarica. Abbiamo sviluppato un sistema di coltura in vitro per far crescere vasi coronarici da due tessuti progenitori, SV ed Endo. Con questo modello, mostriamo che le colture di espianto di tessuto in vitro crescono germogli di vasi coronarici quando stimolati dal mezzo di crescita. Inoltre, le colture di espiante crescono rapidamente rispetto al controllo quando stimolate dal fattore di crescita endoteliale vascolare A (VEGF-A), una proteina angiogenica altamente potente. Inoltre, abbiamo scoperto che i germogli angiogenici della cultura SV subiscono una dedifferenziazione venosa (perdita di espressione COUP-TFII), un meccanismo simile all'angiogenesi SV in vivo1. Questi dati suggeriscono che il sistema culturale dell'espianto in vitro ripristina fedelmente gli eventi angiogenici che si verificano in vivo. Collettivamente, i modelli in vitro di angiogenesi che sono descritti qui sono ideali per sondare meccanismi cellulari e molecolari di angiogenesi coronarica in modo ad alta produttività e accessibile.
L'uso di tutti gli animali in questo protocollo ha seguito le linee guida del Ball State University Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC).
1. Stabilire allevatori di topi e rilevare spine vaginali per gravidanze a tempo
2. Raccolta di embrioni da topi in gravidanza
NOTA: Prima di iniziare, assicurarsi di avere le seguenti attrezzature e reagenti: una camera di eutanasia CO2, 70% di etanolo, asciugamani di carta, pinze regolari, pinze fini, forbici, 1x sterile fosfato-bufferato salina (PBS), 10 cm sterile sterile piatti Petri, contenitore con ghiaccio, cucchiaio perforato, dissezione stereomicroscopio.
3. Isolare i cuori da e11.5 Embrioni
NOTA: Prima di iniziare, assicurarsi di avere le seguenti attrezzature e reagenti: pinze regolari, pinze sottili, 1x sterile PBS, 10 cm sterile piatto Petri, 6 cm sterile Petri parabola, contenitore con ghiaccio, cucchiaio perforato, dissezione stereomicroscopio.
4. Isolamento di SAv e Ventricoli da e11.5 Cuori murini embrionali
5. Impostazione di piastre di coltura dei tessuti con inserti e rivestimento a matrice extracellulare
NOTA: Prima di iniziare, assicurarsi di disporre delle seguenti attrezzature e reagenti: soluzione a matrice extracellulare commerciale (ECM; ad esempio, Matrigel), 8,0 inserti di coltura in polietilene terephthalate (PET), 24 piastre di pozzo, 37 gradi centigradi, 5% di incubatore di CO2.
6. SV e Culture Ventrili Intere
NOTA: Prima di iniziare, assicurarsi di avere le seguenti attrezzature e reagenti: 70% etanolo, transfer pipette, stereomicroscopio, pinze, cappa di coltura del tessuto flusso laminare, kit di supplemento di cellule endoteliali microvascolari (Tabella dei materiali), mezzo basale, 1xe steril e PBS). La figura 6 mostra il flusso di lavoro della cultura SV e ventricola.
7. Trattamento delle colture con VEGF-A (controllo positivo)
NOTA: prima di iniziare, assicurarsi di disporre delle seguenti attrezzature e reagenti: cappa di coltura del tessuto del flusso laminare, 1x PBS, supporto basale , 1% siero bovino fetale (FBS), supporto basale - VEGF-A, pipette e punte pipette.
8. Fissaggio e immunostaining
NOTA: Prima di iniziare, assicurarsi di avere le seguenti attrezzature e reagenti: 4% paraformaldeide (PFA), 1x PBS, anticorpi primari e secondari, uno shaker, 0.5% nonionic surfactant in PBS (PBT).
9. Montaggio delle colture su diapositive, imaging e analisi
NOTA: Prima di iniziare, assicurarsi di avere le seguenti attrezzature e reagenti: pinze sottili, scivoli, supporto di montaggio con 4-6-diamidino-2-fenilondole (DAPI), coprilabbra e microscopio confocale. Dopo la colorazione dell'anticorpo secondario, montare le colture sui vetrini per l'imaging utilizzando i seguenti passaggi.
Una delle caratteristiche più sorprendenti dell'angiogenesi SV in vivo è che segue un percorso specifico e coinvolge eventi di dedifferenziazione cellulare e ridifferenziazione che si verificano in tempi e posizioni stereotipati1. Man mano che le cellule SV iniziali crescono sul ventricolo cardiaco, smettono di produrre marcatori venosi come COUP-TFII (Figura 7). Successivamente, i germogli coronarici prendono due percorsi di migrazi...
Alcuni dei passaggi più critici per la crescita con successo dei vasi coronarici dai tessuti progenitivi SV ed Endo sono: 1) Identificare e isolare correttamente il tessuto SV per la coltura SV; 2) l'uso di ventricoli da embrioni di età compresa tra e11 e 11,5 per una cultura accurata degli Endo; 3) mantenere le condizioni sterili per tutto il periodo di dissezione e mantenere i tessuti freddi in ogni momento; e 4) mantenendo le espiatori attaccate alla membrana rivestita ECM per evitare che il tessuto galleggiasse nel...
Gli autori non dichiarano alcun conflitto di interessi.
Gli autori ringraziano i membri del laboratorio Sharma per aver fornito un ambiente di ricerca favorevole. Ci piace estendere un ringraziamento speciale a Diane (Dee) R. Hoffman che mantiene e si prende cura della nostra colonia di topi. Vorremmo anche ringraziare i dottori Philip J. Smaldino e Carolyn Vann per la revisione completa del manoscritto e fornire commenti utili. Questo lavoro è stato sostenuto da fondi provenienti da Ball State University Provost Office e Department of Biology a B.S, Indiana Academy of Sciences Senior Research Grant fondi a B.S, e NIH (RO1-HL128503) e i fondi della New York Stem Cell Foundation a 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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