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Method Article
* Estes autores contribuíram igualmente
Este estudo apresenta o ensaio de migração bidimensional (2D) e o ensaio tridimensional (3D) de brotamento esferóide, juntamente com seus respectivos métodos de análise a jusante, incluindo extração de RNA e imunocitoquímica, como ensaios adequados para estudar a angiogênese in vitro.
A angiogênese desempenha um papel crucial nos processos fisiológicos e patológicos do corpo, incluindo o crescimento do tumor ou a doença ocular neovascular. Uma compreensão detalhada dos mecanismos moleculares subjacentes e modelos de triagem confiáveis são essenciais para direcionar doenças de forma eficaz e desenvolver novas opções terapêuticas. Vários ensaios in vitro foram desenvolvidos para modelar a angiogênese, capitalizando as oportunidades que um ambiente controlado oferece para elucidar os fatores angiogênicos em nível molecular e rastrear alvos terapêuticos.
Este estudo apresenta fluxos de trabalho para investigar a angiogênese in vitro usando células endoteliais da veia umbilical humana (HUVECs). Detalhamos um ensaio de migração de feridas por arranhões utilizando um sistema de imagem de células vivas que mede a migração de células endoteliais em um ambiente 2D e o ensaio de germinação de esferóides avaliando o brotamento de células endoteliais em um ambiente 3D fornecido por uma matriz de colágeno. Além disso, delineamos estratégias para a preparação de amostras para permitir análises moleculares adicionais, como transcriptômica, particularmente no ambiente 3D, incluindo extração de RNA e imunocitoquímica. Ao todo, essa estrutura oferece aos cientistas um conjunto de ferramentas confiável e versátil para realizar suas investigações científicas em ensaios de angiogênese in vitro .
A angiogênese, que se refere à formação de novos vasos sanguíneos a partir de vasos pré-existentes1, é um processo crucial durante o desenvolvimento fisiológico e as condições patológicas. É indispensável para fornecer energia a tecidos altamente metabolicamente ativos, como a retina2 ou o sistema nervoso central em desenvolvimento3 e durante a cicatrização de tecidos danificados4. A angiogênese anormal, por outro lado, é a base de inúmeras doenças. Tumores sólidos, como câncer colorretal ou câncer de pulmão de células não pequenas, facilitam seu crescimento e o suprimento energético necessário, promovendo a angiogênese5. Além do câncer, doenças neovasculares do olho, como retinopatia diabética ou degeneração macular relacionada à idade, que representam as principais causas de cegueira no mundo desenvolvido, resultam do crescimento aberrante dos vasos 6,7. Uma compreensão detalhada do mecanismo patológico subjacente é crucial para compreender como a angiogênese fisiológica pode ser aprimorada, por exemplo, na cicatrização de feridas, controlando melhor as condições patológicas, como doenças oculares vasoproliferativas.
Em nível celular, as células endoteliais vasculares são ativadas por várias moléculas de sinalização na angiogênese, iniciando a proliferação e migração celular8. As células subsequentemente se organizam em uma hierarquia, com células de ponta não proliferativas formando filopódios na borda de ataque do ramo do vaso em desenvolvimento8. Ao lado, as células do pedúnculo de rápida proliferação seguem as células da ponta, contribuindo para a formação do vaso emergente. Posteriormente, outros tipos de células, como pericitos ou células musculares lisas, são recrutados para estabilizar ainda mais o ramo nascente9.
Para explorar os processos moleculares no nível das células endoteliais vasculares, vários protocolos in vitro foram desenvolvidos e recentemente revisados10. Esses ensaios geralmente se enquadram em duas categorias: abordagens 2D mais simplistas, mas escaláveis, e protocolos 3D mais elaborados. Em um projeto recente, realizamos uma análise comparativa abrangente entre o ensaio de migração de feridas por arranhões 2D e o ensaio de brotamento esferóide 3D11 para avaliar a extensão de suas diferenças e sua capacidade de modelar vários aspectos da angiogênese12.
Embora ambos ofereçam as vantagens de serem confiáveis e facilmente implementáveis, em nível molecular, o ensaio de germinação de esferóides 3D foi favorável para abordar aspectos-chave da angiogênese em comparação com dados in vivo, como interruptores metabólicos ou interações célula-matriz. Uma vez que os ensaios de angiogênese in vitro são usados para avaliar o potencial angiomodulador das vias de sinalização13 e para rastrear agentes terapêuticos, a transferibilidade dos resultados in vitro para ambientes in vivo é essencial. Além disso, a oportunidade de análises baseadas em ômicas nos níveis de RNA e proteína para caracterizar as mudanças moleculares em resposta à modulação direcionada de processos angiogênicos sob condições controladas continua sendo um benefício importante em comparação com as configurações in vivo 14,15.
Nesta publicação, apresentamos ensaios-chave para explorar questões relacionadas à angiogênese por meio da utilização de um ensaio de migração de imagem de células vivas e um ensaio de brotamento esferóide, incluindo análises moleculares subsequentes, como sequenciamento de RNA para análise transcriptômica e imuno-histoquímica no nível da proteína.
1. Cultura de células HUVEC
NOTA: Execute todas as etapas a seguir em condições de trabalho estéreis (bancada de trabalho estéril).
2. Ensaio de migração de feridas por arranhões
NOTA: O ensaio de migração de arranhões requer uma duração de 3 dias para ser concluído (Figura 1). Execute todas as etapas a seguir em condições de trabalho estéreis (bancada de trabalho estéril).
3. Extração de RNA com células cultivadas em 2D
NOTA: Execute todas as etapas a seguir até a etapa 3.3 em condições de trabalho estéreis (bancada de trabalho estéril).
4. Imunocitoquímica com células cultivadas 2D
NOTA: Execute todas as etapas a seguir até a etapa 4.4 em condições de trabalho estéreis (bancada de trabalho estéril).
5. Ensaio de brotamento esferóide
NOTA: O ensaio de germinação esferóide requer 3 dias para ser concluído (Figura 2). Execute todas as etapas a seguir até a etapa 5.7 em condições de trabalho estéreis (bancada de trabalho estéril).
6. Extração de RNA com células cultivadas em 3D
7. Imunocitoquímica de esferoides em uma matriz de colágeno 3D
8. Células endoteliais microvasculares da retina humana (HRMVECs)
NOTA: Todas as etapas descritas também podem ser realizadas com células endoteliais microvasculares, por exemplo, células endoteliais microvasculares da retina humana (HRMVECs). Nesse caso, o meio precisa ser trocado por um meio de células endoteliais microvasculares específico contendo 10% de soro fetal bovino (FBS) para cultivo, bem como etapas específicas em cada ensaio. As diferenças específicas do HRMVEC para os protocolos de ensaio são descritas abaixo:
Para o ensaio de migração, é crucial examinar minuciosamente as imagens capturadas no ponto de tempo t = 0 h para garantir que a presença de uma monocamada celular totalmente formada seja detectada com precisão pelo sistema (Figura 1B). Além disso, a clareza e a retidão da borda de arranhões devem ser confirmadas (Figura 1B). A área livre de células deve estar amplamente livre de detritos. Ao final do ensaio, um grupo estimulado com, por exemplo, 25 ng...
Neste relato, apresentamos um espectro de técnicas com leituras funcionais e moleculares para estudar a angiogênese in vitro.
O ensaio de migração representa uma técnica bem estabelecida usada em todos os campos do trabalho de laboratório úmido. Escolhemos a abordagem de imagem de células vivas disponível comercialmente para aproveitar o formato de 96 poços adequado para experimentos de triagem e dose-resposta, o tamanho padronizado e reprodutível da ferida criado pela fe...
Os autores declaram não haver conflito de interesses neste projeto.
Os autores agradecem a Sophie Krüger e Gabriele Prinz pelo excelente suporte técnico. Agradecemos a Sebastian Maier por desenvolver o plugin ImageJ para quantificar brotos de esferóides e ao Lighthouse Core Facility, Zentrum für Translationale Zellforschung (ZTZ), Departamento de Medicina I, Hospital Universitário de Freiburg pelo uso do sistema IncuCyte. Os gráficos foram criados com biorender.com. Este trabalho foi apoiado pela Deutsche Forschungsgemeinschaft [Bu3135/3-1 + Bu3135/3-2 para F.B.], a Medizinische Fakultät der Albert-Ludwigs- Universität Freiburg [Programa Berta-Ottenstein para Cientistas Clínicos e Cientistas Clínicos Avançados para F.B.], a Else Kröner-Fresenius-Stiftung [2021_EKEA.80 para F.B.], o German Cancer Consortium [bolsa CORTEX para Cientistas Clínicos para J.R.] e a Volker Homann Stiftung [para J.N.+F.B.] e a "Freunde der Universitäts-Augenklinik Freiburg e.V." [para P.L.]
Name | Company | Catalog Number | Comments |
10x Medium 199 | Sigma-Aldrich | M0650 | |
Alexa Fluor 647-conjugated AffiniPure F(ab)‘2-Fragment | Jackson IR | 115-606-072 | |
Axio Vert. A1 | Zeiss | ||
CapturePro 2.10.0.1 | JENOTIK Optical Systems | ||
Collagen Type 1 rat tail | Corning | 354236 | |
Collagenase D | Roche | 11088858001 | |
Endothelial Cell Basal Medium | Lonza | CC-3156 | EBM |
Endothelial Cell Growth Medium | Lonza | CC-3162 | EGM |
Ethylenediaminetetraacetic acid | Serva | 11290.02 | EDTA |
Fetal bovine serum | Bio&SELL | S 0615 | FBS |
Human Umbilical Vein Endothelial Cells, pooled | Lonza | C2519A | HUVEC |
IncuCyte ImageLock 96-well plates | Sartorius | 4379 | |
Incucyte S3 Live-Cell Analysis System | Sartorius | ||
Methocel | Sigma | m-0512 | |
Microvascular Endothelial Cell Medium with 10% FBS | PB-MH-100-4090-GFP | PELOBiotech | |
NaOH | Carl Roth | P031.2 | |
Phalloidin-Fluorescein Isothiocyanate Labeled (0.5 mg/mL Methanol) | Sigma-Aldrich | P5282-.1MG | Phalloidin-FITC |
Phosphate-buffered saline | Thermo Fisher Scientfic | 14190-094 | PBS |
Primary Human Retinal Microvascular Endothelial Cells | Cell Systems | ACBRI 181 | |
ProLong Glass Antifade Mountant with NucBlue | Invitrogen by ThermoFisher Scientific | 2260939 | |
QIAzol Lysis Reagent | QIAGEN | 79306 | |
recombinant human Vascular Endothelial Growth Factor | PeproTech | 100-20 | VEGF |
Squared petri dish | Greiner | 688102 | |
Trizol | Qiagen | 79306 | |
Trypsin | PAN-Biotec | P10-024100 | |
VEGF-R2 (monoclonal) | ThermoFisher Scientific Inc. | B.309.4 | |
WoundMaker | Sartorius | 4493 |
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