Цитологія і генетика 2019, том 53, № 1, 41-50
Cytology and Genetics 2019, том 53, № 1, 34–41, doi: https://www.doi.org/10.3103/S0095452719010055

Ембріональні та індуковані плюрипотентні стовбурові клітини та їх диференціювання у напрямку кардіоміоцитів в присутності ДМСО

Будаш Г.В., Білько Н.М.

Національний університет «Києво­Могилянска академія», Київ, Україна

РЕЗЮМЕ. Трансплантация клеток это современная стратегия восстановления поврежденных тканей сердца. Одним из перспективных источников получения кардиомиоцитов являются эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) и индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК). Исследования проводились на генетически модифицированных линиях ЭСК и ИПСК мыши, которые экспрессировали зеленый флуоресцентный протеин (GFP) под контролем кардиоспецифического α-MHC промотора, дифференцирование осуществляли в суспензионной культуре с постоянным перемешиванием. Изучали влияние диметилсульфоксида (ДМСО) на процессы дифференцирования плюрипотентных стволовых клеток в кардиомиоциты, как на этапе формирования клеток мезодермального происхождения, так и на этапе формирования предшественников кардиомиоцитов. Определили оптимальный срок для применения ДМСО в культуре. Установлено, что добавление ДМСО с 5-го до 9-го дня культивирования повышало эффективность дифференцировки в кардиомиоциты в полтора раза.

Трансплантація клітин це сучасна стратегія відновлення пошкоджених тканин серця. Одним з перспективних джерел отримання кардіоміоцитів  є ембріональні стовбурові клітини (ЕСК) та індуковані плюрипотентні стовбурові клітини (ІПСК). Дослідження проводили на генетично модифікованих лініях ЕСК та ІПСК миші, які експресували зелений флуоресцентний протеїн (GFP) під контролем кардіоспецифічного α-MHC промотора, диференціювання здійснювали у суспензійній культурі з постійним перемішуванням. Вивчали вплив диметилсульфоксиду (ДМСО) на процеси диференціювання плюрипотентних стовбурових клітин у кардіоміоцити, як на етапі формування клітин мезодермального походження, так і на етапі формування попередників кардіоміоцитів. Визначили оптимальний термін для застосування ДМСО в культурі. Встановлено, що додавання ДМСО з 5-ї до 9-ї доби культивування підвищувало ефективність диференціювання у кардіоміоцити у півтора рази. 

Ключові слова: ембріональні стовбурові клітини, індуковані плюрипотентні стовбурові клітини, кардіоміоцити, диметилсульфоксид, диференціювання

Цитологія і генетика
2019, том 53, № 1, 41-50

Current Issue
Cytology and Genetics
2019, том 53, № 1, 34–41,
doi: 10.3103/S0095452719010055

Повний текст та додаткові матеріали

У вільному доступі: PDF  

Цитована література

1. Soonpaa, M.H., Koh, G.Y., Klug, M.G., and Field, L.J., Formation of nascent intercalated disks between grafted fetal cardiomyocytes and host myocardium, Science, 1994, vol. 264, no. 5155, pp. 98–101. https://doi.org/10.1126/science.8140423

2. Leor, J., Patterson, M., Quinones, M.J., Kedes, L.H., and Kloner, R.A., Transplantation of fetal myocardial tissue into the infracted myocardium of rat. A potential method for repair of infarcted myocardium?, Circulation, 1996, vol. 94, no. 9, pp. 332–336.

3. Kehat, I., Kenyagin-Karsenti, D., Snir, M., Segev, H., Amit, M., Gepstein, A., Livne, E., Binah, O., Itskovitz-Eldor, J., and Gepstein, L., Human embryonic stem cells can differentiate into myocytes with structural and functional properties of cardiomyocytes, J. Clin. Invest., 2001, vol. 108, no. 3, pp. 407–414. https://doi.org/10.1172/JCI12131

4. Evans, M.J. and Kaufman, M.H., Establishment in culture of pluripotential cells from mouse embryos, Nature, 1981, vol. 292, pp. 154–156.

5. Takahashi, K. and Yamanaka, S., Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors, Cell, 2006, vol. 126, pp. 663–676. https://doi.org/10.1016/j.cell.2006.07.024

6. Takahashi, K., Tanabe, K., Ohnuki, M., Narita, M., Ichisaka, T., Tomoda, K., and Yamanaka, S., Induction of pluripotent stem cells from adult human fibroblasts by defined factors, Cell, 2007, vol. 131, no. 5, pp. 861–872.

7. Ebben, J.D., Zorniak, M., Clark, P.A., and Kuo, G.S., Introduction to induced pluripotent stem cells: advancing the potential for personalized medicine, World Neurosurg., 2011, vol. 76, nos. 3–4, pp. 270–275.

8. Vitalea, A.M., Wolvetangb, E., and Mackay-Sima, A., Induced pluripotent stem cells: A new technology to study human diseases, Int. J. Biochem. Cell Biol., 2011, vol. 43, pp. 843–846.

9. Jasmin Spray, D.C., Campos de Carvalho, A.C., and Mendez-Otero. R., Chemical induction of cardiac differentiation in P19 embryonal carcinoma stem cells, Stem. Cells Dev., 2010, vol. 19, no. 3, pp. 403–411. https://doi.org/10.1089/scd.2009.0234

10. Inamdar, M.S., Venu, P., Srinivas, M.S., Rao, K., and Vijay Raghavan, K., Derivation and characterization of two sibling human embryonic stem cell lines from discarded grade III embryos, Stem. Cells Dev., 2009, vol. 18, no. 3, pp. 423–433. https://doi.org/10.1089/scd.2008.0131

11. van der Heyden, M.A. and Defize, L.H., Twenty one years of P19 cells: what an embryonal carcinoma cell line taught us about cardiomyocyte differentiation, Cardiovasc Res., 2003, vol. 58, no. 2, pp. 292–302.

12. Santos, N.C., Figueira-Coelho, J., Martins-Silva, J., and Saldanha, C., Multidisciplinary utilization of dimethyl sulfoxide: pharmacological, cellular, and molecular aspects, Biochem. Pharmacol., 2003, vol. 65, no. 7, pp. 1035–1041.

13. Pal, R., Mamidi, M.K., Das, A.K., and Bhonde, R., Diverse effects of dimethyl sulfoxide (DMSO) on the differentiation potential of human embryonic stem cells, Arch. Toxicol., 2012, vol. 86, no. 4, pp. 651–661. https://doi.org/10.1007/s00204-011-0782-2

14. Meissner, A., Wernig, M., and Jaenisch, R., Direct reprogramming of genetically unmodified fibroblasts into pluripotent stem cells, Nat. Biotechnol., 2007, vol. 25, no. 10, pp. 1177–1181. https://doi.org/10.1038/nbt1335

15. Kolossov, E., Bostani, T., Roell, W., Breitbach, M., Pillekamp, F., Nygren, J.M., Sasse, P., Rubenchik, O., Fries, J.W., Wenzel, D., Geisen, C., Xia, Y., Lu, Z., Duan, Y., Kettenhofen, R., Jovinge, S., Bloch, W., Bohlen, H., Welz, A., Hescheler, J., Jacobsen, S.E., and Fleischmann, B.K., Engraftment of engineered ES cell-derived cardiomyocytes but not BM cells restores contractile function to the infracted myocardium, J. Exp. Med., 2006, vol. 203, pp. 2315–2327. https://doi.org/10.1084/jem.20061469

16. Fatima, A., Xu, G., Nguemo, F., Kuzmenkin, F., Burkert, K., Hescheler, J., and Šarić, T., Murine transgenic iPS cell line for monitoring and selection of cardiomyocytes, Lab Resource: Stem Cell Line, 2016, vol. 17, no. 2, pp. 266–272. https://doi.org/10.1016/j.scr.2016.07.007

17. Marks, P.A. and Breslow, R., Dimethyl sulfoxide to vorinostat: development of this histone deacetylase inhibitor as an anticancer drug, Nat. Biotechnol., 2007, vol. 25, no. 1, pp. 84–90. https://doi.org/10.1038/nbt1272

18. Johnstone, R.W., Histone-deacetylase inhibitors: novel drugs for the treatment of cancer, Nat. Rev. Drug. Discov., 2002, vol. 1, no. 4, pp. 287–299. https://doi.org/10.1038/nrd772

19. Chetty, S., Pagliuca, F.W., Honore, C., Kweudjeu, A., Rezania, A., and Melton, D.A., A simple tool to improve pluripotent stem cell differentiation, Nat. Methods, 2013, vol. 10, no. 6, pp. 553–556. https://doi.org/10.1038/nmeth.2442

20. Czysz, K., Minger, S., and Thomas, N., DMSO efficiently down regulates pluripotency genes in human embryonic stem cells during definitive endoderm derivation and increases the proficiency of hepatic differentiation, PLoS One, 2015, vol. 10, no. 2, pp. 1–16. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0117689