WO2014122370A1 - Method for purifying cells - Google Patents
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- C12N2506/00—Differentiation of animal cells from one lineage to another; Differentiation of pluripotent cells
- C12N2506/02—Differentiation of animal cells from one lineage to another; Differentiation of pluripotent cells from embryonic cells
Definitions
- the present invention relates to a method of purifying cells.
- Neural cells are derived from the ectodermal layer that gives the epidermis and nerve tissue. There are different types of neural cells such as neurons (dopaminergic, serotonergic, GABAenergic, ...) or glial cells including astrocytes (Dupin et al., Neural crest progenitors and stem cells: From early development to adulthood. Biology 366: 83-95 (2012)).
- Deficits in neural cells are responsible for many pathologies including: acute or chronic degenerative diseases such as Parkinson's disease or Hungtington's disease, multiple sclerosis, strokes, visual problems, attacks of the disease. retina, hearing disorders, spinal cord injury, peripheral nerve damage including neurons and motor neural patches, nerves (specialized in the autonomic system or not), sphincters, involvement of the neurosensory system including the visual system, the system auditory, etc ...
- acute or chronic degenerative diseases such as Parkinson's disease or Hungtington's disease, multiple sclerosis, strokes, visual problems, attacks of the disease. retina, hearing disorders, spinal cord injury, peripheral nerve damage including neurons and motor neural patches, nerves (specialized in the autonomic system or not), sphincters, involvement of the neurosensory system including the visual system, the system auditory, etc ...
- neural stem cells have been shown to be promising in the course of therapy. Potential applications of these cells are indeed important in vitro, particularly in the areas of drug screening, neurotoxicology, electrophysiology, cell therapy or regenerative.
- stem cells are present in very small amounts in tissues and organs, and it is difficult to isolate and purify them.
- the peculiarity of cardiomyocytes and neural cells is to have a high level of mitochondria, whereas the number of mitochondria is low in totipotent embryonic cells.
- mitochondria increases during differentiation and reaches a particularly high number in cardiomyocytes.
- mitochondria will migrate from the nuclear juxtaposition to other parts of the cytoplasm with, for example, an association at the level of the contractile apparatus for cardiomyocytes.
- the shape of the mitochondria changes with the appearance of fusion / fission phenomena.
- the amount of DNA copies also increases in the mitochondria and the membrane potential changes.
- the metabolism of these mitochondria during development is particular because the energy demand in these cells is particularly high, and the mitochondria will go from an energetic metabolism to provide an anaerobic glycolytic to an aerobic metabolism with beta fatty acid oxidation. involving the Krebs cycle and the mitochondrial respiratory chain. These modifications will be accompanied by a modification of the potential of the mitochondrial membrane which increases. This difference in potential is particularly marked in cardiomyocytes where energy demand is high because of their active metabolism and work in anaerobiosis during exercise.
- markers of the physiological state of mitochondria could be a good way to isolate stem cells.
- One of the objects of the invention is to provide a method for efficient cell purification.
- Another object of the invention is to provide a method for obtaining and purifying several distinct cell types, the cell types being well differentiated.
- the invention relates to a method for isolating, purifying and / or enriching cells, comprising a step of contacting a tissue or cells with at least one membrane-sensitive marker of the mitochondria and at least one minus a marker for quantifying the number of mitochondria and / or, if appropriate, increasing the production of free radicals, said at least one membrane-sensitive marker of the mitochondria and said at least one marker making it possible to quantify the number of mitochondria and / or to increase the production of free radicals that can correspond to one and the same marker,
- said method allows the isolation, the purification and / or enrichment of neural stem cells, and
- said method allows the isolation, purification and / or or enrichment of neural stem cells and / or cardiomyocyte cells.
- the present invention is based on the surprising finding made by the inventors that the use of mitochondrial markers, making it possible to measure the membrane potential of the mitochondria and at least one other mitochondrial marker making it possible to quantify the number of mitochondria and / or to increase the production of free radicals makes it possible to purify, isolate and / or enrich cells, especially stem cells, and in particular stem cells at a very early stage of their differentiation, in particular cardiac cells and neural cells.
- This method uses particular properties of the mitochondria of neural cells and / or cardiomyocytes during their development and a conjunction of mitochondrial markers.
- the method according to the invention makes it possible to obtain non-tumor cells, which is to say unprocessed cells that have lost none of the characters that the cells of an organism possess (loss of senescence, loss of contact inhibition ).
- stem cells includes isolated or non-isolated, multipotent or totipotent cells. It can be preparations or tissues. It may be, for example, developing tissue, embryonic tissue or gestational tissue including appendages (umbilical cord, placenta, amniotic fluid), neonatal differentiated tissues or other such as adult tissue.
- Neural stem cells are multipotent cells that can differentiate into certain types of mature cells, such as neurons, glia or even astrocytes.
- isolation, purification and / or enrichment means that it is possible, by means of the method as described,
- the purification of neural cells means that the resulting cells are all neural cells, and that the cell population does not contain, or contains a small portion (less than 1%, preferentially less than 0.1%) of cells other than neural cells.
- the process also makes it possible to combine isolation, purification and enrichment together.
- the invention relates to a method of isolating cells as defined above.
- the invention further relates to a method of cell purification as defined above.
- the invention also relates to a cell enrichment method as defined above.
- the invention also relates to a method for isolating and purifying cells as defined above.
- the invention also relates to a method for isolating and enriching cells as defined above.
- the invention also relates to a method for purifying and enriching cells as defined above.
- the invention also relates to a method for isolating and purifying and enriching cells as defined above.
- the cells or tissues may be of animal origin or not. It may be living tissue, but also cells obtained from postmortem tissue since it appears that the stem cells survive after the death of the subject for some time. It can also be genetically modified cells, fused cells or iPS (irtduced pluripotent stem cell) cells obtained by the genetic reprogramming of somatic cells. These may be embryonic tissues, animal or human embryonic lineages. ⁇ ⁇
- the tissues particularly rich in neural cells are preferred, for example in the central nervous system, the paraventricular regions and the gyrus hypocampal. It is also possible to use isolated cells from tissues such as the dermis, especially in the scalp.
- the cell populations from which it is possible to purify, isolate and / or enrich cells using the method according to the invention do not result from the destruction of human embryo.
- the method according to the invention can be used either in vitro to isolate cells in culture, or in vitro as a control of the quality of cells during the screening of cells before implantation in animals, especially in humans.
- the process is advantageously carried out in vitro.
- the method of the invention purifies, isolates or enriches neural cells, or two separate populations of neural cells and cardiomyocyte cells.
- the purified neural cells according to the invention can be used for central or peripheral nerve regenerations.
- the neural cells obtained according to the process according to the invention are suitable in the context of the treatment of neurodegenerative diseases, stroke, amblyopia and retinal problems, for example macular degeneration, spinal cord trauma and / or or medullary degeneration, peripheral nerve reconstruction, muscle tissue innervation, motor plates, the "tissue engineering" of innervated tissue as a muscle or cardiac tissue, glands, neuroendocrine tissue (such as pituitary, adrenal gland, Langerhans islets), manufacture of smooth muscle tissue or skeletal or innervated heart, treatment of spastic disorder ...
- This approach also allows isolation of living heart cells at an early embryonic stage, ie to the 6th day of development. On the tenth day of development, the isolation of the cells is made easier with only one marking.
- the method according to the invention makes it possible to isolate cardiomyocytes on the basis of their mitochondrial potential, since the selection is made on a potential related to the mitochondrial mass.
- the isolated cells are not tumorous either.
- the method according to the invention can also be used in vitro in order to test the toxicity or the effectiveness of chemical or medicinal products.
- the cells isolated according to the process of the invention may be combined in vitro or in vivo with medical and / or surgical supports or devices.
- the skilled person is able to choose these supports and devices according to his needs, using his technical knowledge.
- the term "individual" means any animal, especially mammals, in particular humans.
- mitochondria membrane potential sensitive marker a molecule that can detect active mitochondria, which are able to maintain a potential difference between their internal environment and their external environment.
- the initial binding of the mitochondria membrane potential sensitive marker is dependent on the mitochondrial membrane potential and therefore requires that the mitochondrion be alive.
- This marker binds covalently to the mitochondrial matrix.
- the initial fixation is a function of the initial potential of the mitochondria. Once the marker is fixed, if the potential of the mitochondria changes, the fixation of the marker remains unchanged. Fixation of the marker is proportional to the mass of mitochondria in the cell.
- the "mitochondrial membrane potential sensitive marker” may correspond to a marker for measuring the activity of the respiratory chain and / or its level of development, in particular aero / anaerobic. It may be, for example, a marker that binds specifically to transcription factors, thus reflecting the development or activity of the respiratory chain.
- ATP mitochondrial aerobic production is a complex mechanism that involves glycolysis, fatty acid oxidation (or “oxidation”), the Krebs cycle (“citric acid cycle”), and oxidative phosphorylation ( OXPHOS, "oxidative phosphorylation”). This method of producing ATP energy is far superior to that of anaerobic respiration.
- Anaerobic glycolysis takes place in the cytoplasm and gives rise to the production of pyruvate, NADH (nicotinamide adenine dinucleotide) and ATP.
- acetyl-CoA is produced from pyruvate from glycolysis and oxidation of fatty acids.
- Acetyl-CoA enters the Krebs cycle to produce NADH, FADH 2 (flavin adenine dinucleotide) and ⁇ .
- NADH and FADH 2 will be used by the mitochondrial respiratory complex (mtETC, Mitochondrial encoded Electron Transport Chain ") to create an electrical and chemical gradient in the mitochondrial membrane.
- mtETC Mitochondrial encoded Electron Transport Chain
- the high energy electrons derived from NADH and FAD3 ⁇ 4 are transferred to complex I and II respectively, then to coenzyme Q which will transfer the electrons to complex III.
- Cytochrome C is the second electron acceptor, it transmits electrons to complex IV ("cytochrome C oxidase COX"). In the final step, the electrons are accepted by the oxygen via the production of H 0.
- the complexes I, III and IV use the energy released by the transfer of electrons to activate the proton pumps which will transfer protons in the inter-membrane mitochondrial space and generate a gradient of pH and potential.
- ATP is ultimately produced by the return of the protons to the mitochondrial matrix through the V complex, which then uses the energy generated by the electrochemical gradient to produce ⁇ from adenosine diphosphate (ADP) and inorganic phosphate.
- ADP adenosine diphosphate
- the mitochondrial membrane potential is therefore closely related to the activity of the respiratory chain and its metabolism, especially aerobic, which increases this potential.
- This chain is a multiprotein complex (complex I (NADH deshydrognease), complex II (succinate dehydrogenase), complex III (cytochrome c reductase), complex IV (cytochrome c oxidase COX), complex V, and two electron carriers: coenzyme Q and cytochrome C).
- mitochondria membrane potential sensitive marker is also meant markers specifically recognizing metabolites derived directly or indirectly from the metabolism of the respiratory chain or neural differentiation.
- Free radicals are a product derived from the activity of the respiratory chain. Free radicals are toxic to the cell and can in particular cause damage to mitochondrial DNA (mtDNA).
- mtDNA mitochondrial DNA
- antioxidant enzymes such as, for example, Cu / Zn superoxide dismutase (Cu / Zn-SOD), glutathione peroxidase 1 (GPx1) and peroxyredoxin (Prx) 1 and 2.
- OXPHOS oxidative phosphorylation
- the aerobic activity of the respiratory chain will therefore result in a difference in membrane potential, a pH gradient and also an increase in the production of free radicals.
- detecting a difference in potential or pH or the production of free radicals under certain conditions may be equivalent in the present invention.
- TMRM membrane potential sensitive marker
- another marker can be used to detect the local mitochondrial production of free radicals, such as, for example, dihydrorhodamine 123, or to measure the local mitochondrial pH, such as, for example, SNARF 1 (acetyl methyl ester having a structure derived from TMRM spiro).
- SNARF 1 acetyl methyl ester having a structure derived from TMRM spiro
- it is possible to combine at least one membrane-sensitive marker of the mitochondria and at least one marker for quantifying the number of mitochondria and / or increasing the production of free radicals which means that one or two, or three, or more markers sensitive to the membrane potential of the mitochondria may be combined with one or two, or three, or more markers to quantify the number of mitochondria and / or increase the production of radicals free.
- the invention relates to a method as defined above, in which either said at least one membrane-sensitive marker of the mitochondria or said at least one marker making it possible to quantify the number of mitochondria. and / or increase the production of free radicals, or both, are cationic type markers.
- the membrane-sensitive marker of the mitochondria is a cationic marker, the marker making it possible to quantify the number of mitochondria and / or to increase the production of free radicals that is not cationic,
- the membrane-sensitive marker of the mitochondria is not a cationic marker
- the marker for quantifying the number of mitochondria and / or increasing the production of free radicals is a cationic marker
- either the membrane potential sensitive marker of the mitochondria and the marker for quantifying the number of mitochondria and / or increasing the production of free radicals are cationic markers.
- the cationic labels according to the invention are preferably lipophilic and electrically charged markers, in this case positive charge (see cationic markers).
- the accumulation of cations in the mitochondria will depend on different parameters, including mitochondrial membrane potential, plasma membrane potential and mitochondrial volume ratio relative to cell volume. The markers will therefore penetrate the high potential mitochondria.
- the marker will be chosen so that the marker does not bind covalently to the mitochondrial matrix. It is actually free, only retained in the mitochondria because of the depolarization of the membrane. If this polarization decreases, then there is gradual release of the marker outside the mitochondria. If the mitochondrion depolarizes completely, the marker is completely released.
- these markers may be fluorescent markers or not. These markers have an absorption spectrum in which the marker will be stimulated with a source of energy such as an electromagnetic wave and an emission spectrum in which the release of energy will be analyzed as fluorescence for example.
- the invention relates to a method as mentioned above, wherein either said at least one membrane-sensitive marker of the mitochondria or said at least one marker making it possible to quantify the number of mitochondria and / or increase the production of free radicals, or both, are fluorescent markers.
- fluorescent markers is advantageous because it makes it possible to measure and quantify the marker used.
- the fluorescence may be intrinsic (when the marker as such is fluorescent) or extrinsic (when the marker is coupled to a fluorophore).
- fluorescent mitochondrial markers sensitive to the membrane potential used according to the invention it is possible to list, without being limiting:
- Rhodamine 123 (RI 23);
- TMRE tetramethylrhodamine ethyl ester
- DASPEI 2- (4- (dimethylamino) styryl) -N-ethylpyridinium iodide)
- markers which in contrast make it possible to evaluate the total volume of the mitochondria of the cell such as the cytoplasmic marker calcein-AM), fluorescent nonyl acridine orange,
- a marker which specifically recognizes mitochondrial transcription factors coding for the replication or transcription of mitochondrial DNA for example and in a non-exclusive manner, transcription factors TFAM, TFB2M, POLG.
- markers for analyzing enzymatic biological activities, local pH modification, calcium for example Fluo-5N AM
- markers for measuring various activities of oxidative phosphorylation and the Mitochondrial Krebs see also rho-2 Koopman WJ, Computer-Assisted Live Cell Analysis, Methods 2008 46 (4): 304-311)
- Fluo-5N AM C 50 H 4 7F 2 N 3 O 25 which in chemical terms is derived from TMRM with side chain modification and substitution of aromatic rings metabolites
- free radicals ⁇ "turnover", cytochrome oxidase, superoxide activity of antioxidant proteins (such as MnSOD or CuZnSOD), l lactate dehydrogenase activity or the expression of certain mitochondrial regulatory genes may be used.
- These markers are interesting because their initial fixation does not depend directly on the potential of the mitochondria.
- DCFDA type markers of which CM-H 2 DCFDA (5- (and-6) -chloromethyl-2 ', 7'-dichlorodihydrofluorescein diacetate, acetyl ester) or DCF-DA or H 2 DCFDA,
- fluorophores capable of being coupled to the markers are well known to those skilled in the art.
- TMR fluorescein
- FITC fluorescein
- calcein dichlorofluorescein
- cyanines Alexa molecules
- Alexa molecules Alexa molecules
- fluorescent proteins fluorescent proteins
- CFP CFP, GFP, YFP, DsRed or Flavine.
- DCF Dichlorofluorescein
- Calcein can be conveniently coupled to TMRM.
- QDot quantum dots
- the invention also relates to a method as defined above, wherein said at least one membrane-sensitive marker of the mitochondria is selected from tetramethyl rhodamine methyl ester (TMRM) and Tetramethyl rhodamine ethyl ester (TMRE).
- TMRM tetramethyl rhodamine methyl ester
- TMRE Tetramethyl rhodamine ethyl ester
- Said at least one membrane-sensitive marker may ideally be selected from the list below:
- TMRM tetramethyl rhodamine methyl ester
- Rhodamine 123 tetramethylrhodamine-5-maleimide Rhodamine 123 (R123),
- DASPEI 2- (4- (dimethylamino) stylyl) -N-ethylpyridinium iodide
- markers can be chemically modified, bound or associated with other compounds.
- neural cells have particular properties during their development.
- Neural cells indeed have a low and stable mitochondrial membrane potential associated with a high number of mitochondria, as well as a protection system allowing them to resist the toxicity of free radicals.
- Neural cells are therefore able to withstand toxic agents such as free radicals, especially those induced during TMRM stimulation.
- the cardiomyocytes have a high membrane potential, less stable, for a lower number of mitochondria, these cells are therefore less protected from free radicals.
- the totipotent cells as well as the other cell types, have less mitochondria and are, for their part, much less protected against free radicals.
- TMRM mitochondrial membrane potential sensitive marker
- TMRM simultaneous labeling of TMRM with a second mitochondrial marker, such as MTG
- a second mitochondrial marker such as MTG
- Stimulation of TMRM via the second marker could lead to a greater release of free radicals, toxic to other cell types.
- simultaneous labeling of a cell population makes it possible to select the neural stem cells that are the most resistant. For this reason, cell populations can also be distinguished by using a marker to increase the production of free radicals.
- the second marker can be both a marker for measuring the number of mitochondria and a marker which, in the manner used in the invention, will increase the production of free radicals.
- TMRM FRET energy transfer to TMRM
- the isolation of neural cells is then facilitated by the property of these cells to be better protected against free radicals compared to other cell types, including cardiomyocytes.
- the invention relates to a method mentioned above, wherein said at least one marker for quantifying the number of mitochondria and / or increasing the production of free radicals is selected from mitochondrial protein markers. or markers of mitochondrial DNA.
- two or more mitochondrial markers may be sufficient to isolate the cells of interest, especially if these markers are linked to other non-specific mitochondrial markers. It may also be possible to use different markers of mitochondrial development to isolate neural cells. These markers are markers related to the mass and number of mitochondria, markers for detecting structural proteins, markers for detecting specific enzymatic activities, markers for measuring different copies of mitochondrial DNA, markers metabolites or markers of replication, transcription, packing or repair of mitochondrial DNA (such as TFAM, TFB2M, POLG) ...
- the invention relates to an aforementioned method, wherein the marker for quantifying the number of mitochondria and / or increasing the production of free radicals is green mitochondrial tracer (MitoTracker Green; C34H28Cl5N3O (Benzoxazolium, 2- [3- [5,6-dichloro-1,3- bis [[4- (chloromethyl) phenyl] -1,3-dihydro-2H-benzimidazol-2-ylidene] -1-propenyl] -3-methyl-, chloride)).
- green mitochondrial tracer Mitsubishi Green; C34H28Cl5N3O (Benzoxazolium, 2- [3- [5,6-dichloro-1,3- bis [[4- (chloromethyl) phenyl] -1,3-dihydro-2H-benzimidazol-2-ylidene] -1-propenyl] -3-methyl-, chloride
- the invention relates to an aforementioned method, wherein the second marker is green mitochondrial tracer (MitoTracker Green, MTG) and the first marker is TMRM or TMRE.
- the second marker is green mitochondrial tracer (MitoTracker Green, MTG) and the first marker is TMRM or TMRE.
- the labels used according to the invention can be chemically modified and can even be combined with one another. They can be connected by a spacer ("branched" or not) that can be used to transfer energy.
- the invention relates to a method as defined above wherein said at least one membrane-sensitive marker of the mitochondria and said at least one marker for quantifying the number of mitochondria and / or increasing the production of free radicals allows a transfer of energy from one to the other of the markers that can lead to the production of free radicals.
- said at least one membrane-sensitive marker of the mitochondria and said at least one marker making it possible to quantify the number of mitochondria and / or increase the production of free radicals are fluorescent, and allow a transfer of energy or FRET.
- FRET Fluorescence Resonance Energy Transfer
- the donor fluorochrome and the energy recipient are considered. This phenomenon generally requires energy compatibility between the molecules. This means that the donor's emission spectrum must at least partially cover the absorption spectrum of the acceptor or be very close. There are possibilities to modify the different markers and to allow this interaction.
- the FRET mechanism applies by extension to an energy exchange between molecules that are not necessarily fluorescent and the exchange of energy does not necessarily take place in the visible wave domain.
- acceptors for energy donors For example, terbium cryptate and europium crypate can be used with Cy5 fluorophores, but they also have the advantage of being able to be associated with fluorescein fluorophores or fluorescent proteins (GFP).
- the absorption wavelength is 490 nm and the emission wavelength is 516 nM.
- the absorption wavelength is 549 nm and the emission wavelength is 574 nM.
- FRET energy transfer between the two markers
- the fluorescence emitted by MTG at 516 nM decreases and there is an increase in fluorescence at 549 nM in the TMRM spectrum.
- the light emitted by the MTG is at a wavelength corresponding to the excitation wavelength of the TMRM.
- the inventors have shown that FRET between MTG and TMRM makes it possible to identify neural stem cells and to eliminate other cell quotas.
- the cells will therefore remain positive for the first marker because their membrane potential remains stable.
- the energy transfer takes place due to the compatibility of the energy transfer.
- the fluorescence of the second marker will decrease, but the fluorescence of the first marker will be greatly increased: there is FRET phenomenon.
- the neural cells will have a very positive labeling for the first marker, which is paradoxically increased because of FRET.
- the cells will thus be easy to identify by analyzing the fluorescences for the two markers (first marker "high” and "intermediate” for the second marker).
- the FRET phenomenon thus allows the positive selection of the cells of interest whose fluorescence is increased, but also allows the decrease of the fluorescence of the other cells, which are not cells of interest, by depolarization and / or cell death.
- This selection method results in an enrichment in the preparation of the cells of interest that survive more easily and a decrease in other cells more sensitive to toxicity.
- the first TMRM labeling can be done on isolated cells clustered or not, on an embryo or on tissues for the same duration. In other cases, it is possible to dissociate the cells in an enzyme solution (including for example collagenase) or not. Methods for preparing neural cells from tissue are well known to those skilled in the art.
- TMRM / BODIPY 11 (in this case the advantageous use is carried out with 1.0 ⁇ of BODIPY 11 for 30 min at ambient temperature, and for 30 min with TMRM at 0.10 ⁇ ),
- TMRM Quantum Dot having an absorption at less than 500 nm or more than 600 nm and emission in the acceptor spectrum here TMRM (500-600 nm), for example Quantum Dot CdSE / ZnS,
- TMRM Quantum Dot CdSE / ZnS coupled to naoparticles (y-Fe 2 0 3 ), TMRM coupled directly to a power source or energy transmission chain,
- TMRM / TMRM modified to have an emission peak in the TMRM absorption peak and serve as an energy donor.
- modify the aromatic cycles to change the fluorescence for example, by methylation of these cycles or interposition of a carbon chain on the side chain.
- one of the markers may be non-fluorescent, but capable of delivering energy to the fluorescent marker and cause the increase in the biological activity of the first marker, resulting for example in the increase of radicals. free toxic. Such an approach facilitates the purification of more resistant cells.
- the invention relates to a method of isolating neural cells, wherein the membrane potential sensitive marker and the marker for quantifying the number of mitochondria and / or increasing the production of free radicals. correspond to a single marker.
- a single label composed of a first membrane potential sensitive marker and a second marker that absorbs energy in a given absorption spectrum, and retransmits it into a spectrum of emission compatible with the absorption spectrum of the first marker sensitive to mitochondrial membrane potential.
- a single marker may be, for example, TMRM chemically coupled to a quantum dot.
- TMRM Dot quantum absorbs energy and then emits energy into the absorption spectrum of TMRM by FRET. This energy delivery will be accompanied by a "superactivation" of the TMRM with a very increased production of free radicals compared to the production obtained in the absence of the energy sensor.
- the invention also relates to a method for isolating neural and / or cardiomyocyte stem cells, as defined above, said method comprising:
- step a ii. either at least one marker for quantifying the number of mitochondria and / or increasing the production of free radicals, b. a step of incubating the labeled cell population in step a), with
- step a) i. at least one marker making it possible to quantify the number of mitochondria and / or to increase the production of free radicals, if at least one membrane-sensitive marker of the mitochondria has been used in step a),
- step a) if at least one marker for quantifying the number of mitochondria and / or increasing the production of free radicals has been used in step a), and
- vs. a step of isolating the neural and / or cardiomyocyte stem cells.
- the invention also relates to a method for isolating neural and / or cardiomyocyte stem cells, as defined above, said method comprising:
- vs. a step of isolating the neural and / or cardiomyocyte stem cells.
- the invention also relates to a method for isolating neural and / or cardiomyocyte stem cells, as defined above, said method comprising:
- a step of incubating a cell population, with at least one marker making it possible to quantify the number of mitochondria and / or to increase the production of free radicals, in particular MTG
- vs. a step of isolating the neural and / or cardiomyocyte stem cells.
- the invention relates to a method of isolating neural stem cells mentioned above, said method comprising:
- said at least one membrane-sensitive marker of the mitochondria and said at least one marker for quantifying the number of mitochondria and / or increasing the production of free radicals correspond to one and the same marker, with this alone and same marker,
- a step of isolating the neural stem cells It is also possible in the invention to carry out a preliminary TMRM labeling step before the aforementioned step a). This step makes it possible to isolate cells labeled with TMRM. The cells are then cultured and / or washed in an appropriate buffer for a period of about 1 hour to about 48 hours, preferably from about 1 hour to about 24 hours.
- the cells are then incubated according to step a) mentioned above.
- the invention relates to a method for isolating neural stem cells as defined above, said method comprising:
- a second step of screening the cell population with positive labeling for said mitochondria membrane potential sensitive marker preferably at least about 100-fold higher than the labeling level of the cells considered unmarked by said marker
- a third incubation step of the cell population selected in step b) with at least one marker making it possible to quantify the number of mitochondria and / or to increase the production of free radicals, in particular MTG,
- said third step making it possible to obtain a population marked by both said membrane-sensitive marker of the mitochondria and by said marker making it possible to quantify the number of mitochondria and / or to increase the production of free radicals, and .
- the invention relates to a method for isolating neural stem cells as defined above, in which the cell population selected in step b) is incubated with a marker sensitive to the mitochondrial membrane potential, simultaneously or separately from step c).
- the invention relates to a method for isolating neural stem cells as defined above, said method comprising:
- a second step of screening the cell population with positive labeling for said mitochondria membrane potential sensitive marker preferably at least about 100-fold higher than the labeling level of the cells considered unmarked by said marker
- a third incubation step of the cell population selected in step b) with at least one marker making it possible to quantify the number of mitochondria and / or increase the production of free radicals, in particular MTG,
- the invention relates to a method for isolating cardiomyocyte cells as defined above, said method comprising:
- a second step of screening the cell population with positive labeling for said mitochondria membrane potential sensitive marker preferably at least about 100-fold higher than the labeling level of the cells considered unmarked by said marker
- a third incubation step of the cell population selected in step b) with at least one marker making it possible to quantify the number of mitochondria and / or to increase the production of free radicals, in particular MTG,
- said third step being delayed by at least several hours, preferably about 24 hours, in order to attenuate the labeling of the cell population by said mitochondria membrane potential sensitive marker used in step a), preferably by about 65%, and d.
- a step of isolating the cardiomyocyte cells having a positive labeling for said marker making it possible to quantify the number of mitochondria and / or to increase the production of free radicals by approximately 100 to 1000 times greater than the labeling level of the cells considered as unmarked by said marker.
- the invention relates to an isolation method as defined above, in which either the step of selecting a cell population, or the step of isolating the cells of interest, or the two steps, are performed. using a flow cytometry apparatus, preferably a cell sorter.
- Another aspect of the invention relates to a method as defined above wherein said at least one mitochondria membrane potential sensitive marker, or said at least one marker for quantifying the number of mitochondria. and / or increase the production of free radicals, or both, are coupled to at least one magnetic particle.
- first and / or second marker is coupled to a magnetic particle, it follows that positive or double positive cells exhibit greater magnetism. These can be selected from other cell populations using a magnetic field, for example via a magnet affinity column. The dead cells, meanwhile, will release the markers and their magnetism will decrease, they will not be selected.
- the neural stem cells which are labeled with TMRM and MTG, have the greatest magnetism and will be selected preferentially.
- the invention is particularly suitable for a clinical application because cell sorting devices, using magnetic columns or magnetic fields, prevent contact between the cells and the device.
- the incubated cell population is placed in a magnetic or electromagnetic field of low or high intensity.
- the magnetic field is stopped and the marked cells are resuspended in the medium.
- the cells labeled with a magnetic marker can be deflected according to their charge, and therefore according to their marking, in order to be isolated.
- the heart (core) of the magnetic particles usually consists of magnetite Fe 3 0 4 such as cobalt ferrite, magnetite or an F 0 3 as the manganese ferrite.
- the invention relates to a method as defined above wherein said minus one magnetic particle is a nanoparticle having superparamagnetic properties.
- ferromagnetic metals can become superparamagnetic.
- the nanoparticles are no longer permanently magnetic, but become so only in the presence of a magnetic field.
- superparamagnetic iron oxide nanoparticles can be coupled to TMRM (Maurizi et al., Langmuir, 25 (16), 8857-8859 (2009)).
- Magnetic nanoparticles can also be coupled to quantum dots, for example.
- a ferromagnetic nanoparticle that can be coupled to a mitochondrial marker can be for example SPIO (SuperparaMagnetic Iron Oxide).
- the invention relates to an isolation method as defined above, in which either the step of selecting a cell population, or the step of isolating the cells of interest, or the two steps, are performed. using a magnetic sorting apparatus, preferably a magnetized column.
- kits comprising at least one marker sensitive to the mitochondrial membrane potential and at least one marker for quantifying the number of mitochondria and / or, where appropriate, increasing the production of free radicals, said at least one marker sensitive to the potential of membrane of the mitochondria and said at least one marker for quantifying the number of mitochondria and / or increasing the production of free radicals that can correspond to a single marker,
- said method allows the isolation, the purification and / or enrichment of neural stem cells, and
- said kit allows isolation, purification and / or or enrichment of neural stem cells and / or cardiomyocyte cells.
- the invention relates to a kit as defined above in which either said at least one membrane-sensitive marker of the mitochondria, or said at least one marker for quantifying the number of mitochondria and / or increasing the production of free radicals, or both, are fluorescent markers.
- said at least one membrane-sensitive marker of the mitochondria or said at least one marker for quantifying the number of mitochondria and / or increasing the production of free radicals, or both, are fluorescent markers.
- 1A-1D represent the stamping TMRM ES-D3 embryonic embryonic development in the 10 th day.
- Figure 1A shows flow cytometric analysis of ES-D3 cells.
- the Y axis represents cell granulosity (SSC) and the X axis represents cell size.
- the PI window represents the selected cells.
- Figure 1B shows the TMRM labeling intensity of cells from the PI window, after 30 min labeling, at 37 ° C with 50 nM TMRM.
- the X axis represents the TMRM fluorescence, in arbitrary logarithmic units, and the Y axis represents the number of cells.
- Figure 1C shows the intrinsic green fluorescence of cells not labeled with TMRM.
- the X axis represents the TMRM fluorescence, in arbitrary logarithmic units, and the Y axis represents the number of cells.
- the frame indicates the intensity of auto fluorescence.
- Figure 1D shows TMRM labeling as a function of green self-fluorescence. Only cells with low green fluorescence (FITC) are selected. The X axis represents intrinsic green fluorescence, in arbitrary logarithmic units, and the Y axis represents TMRM fluorescence in arbitrary logarithmic units.
- FITC green fluorescence
- Frames represent cells marked strongly with TMRM (high), medium (mid) and low (low).
- Figures 2A-2C show the characterization of strongly or moderately labeled cells with TMRM.
- FIG. 2A shows the variation of expression of MHC (cardiac marker) cells labeled strongly TMRM (second column) or medium conspicuousness (3rd column).
- the first column represents the total marking in cells 10th day of differentiation.
- FIG. 2B depicts strongly or moderately labeled TMRM1 cells which have been cultured. The clusters correspond to the re-aggregation of the cells that adhered to the culture plate.
- FIG. 2C represents the result of the re-culturing of cells weakly labeled with TMRM. It can be seen that no cell is able to proliferate. The cells are dead.
- Figures 3A-3C show the characterization of neural stem cells, strongly labeled with TMRM, after double labeling TMRM and MTG, sequential or concomitant, from ES-D3 cells after 10 days of development.
- Figure 3A shows flow cytometric analysis of ES-D3 cells after TMRM labeling.
- the X axis represents the intrinsic green fluorescence, corresponding to P autofluorescence, the Y axis represents the TMRM marking.
- the frame selects the strongly labeled TMRM cells.
- Figure 3B shows the cells from the frame mentioned in Figure 3A, and labeled 1 hour later with MTG.
- the X axis represents the MTG mark
- the Y axis represents the TMRM mark.
- the cells surrounded by the ellipse in the frame indicated "2x pos" are neural cells and represent 1, 2% of the population (zone Q2).
- the remaining cells are essentially dead cardiomyocyte cells representing 80% of the cell population (zone Q3), or depolarized or dying cells which represent 18.4% of the cell population (zone Q4).
- Figure 3C shows cells from the frame shown in Figure 3A, and labeled 1 hour later with MTG and TMRM.
- the X axis represents the MTG mark
- the Y axis represents the TMRM mark.
- the cells surrounded by the ellipse continues in the frame indicated "2x pos" are neural cells (zone Q2).
- Their TMRM labeling is increased by FRET phenomenon (increase in red fluorescence and decrease in green fluorescence).
- the fluorescence level without FRET is indicated by the discontinuous ellipse.
- FIGS. 4A-4C show the characterization of neural stem cells, moderately labeled with TMRM, after double labeling TMRM and MTG, sequential or concomitant, from ES-D3 cells after 10 days of development.
- Figure 4A shows flow cytometric analysis of ES-D3 cells after TMRM labeling.
- the X axis represents the intrinsic green fluorescence, corresponding to ⁇ autofluorescence, the Y axis represents the TMRM marking.
- the frame selects the moderately marked cells at the TMRM.
- Figure 4B shows the cells from the frame mentioned in Figure 3A, and labeled 1 hour later with MTG.
- the X axis represents the MTG mark
- the Y axis represents the TMRM mark.
- the cells surrounded by the ellipse in the frame indicated “2x pos” are neural cells and represent 0.8% of the cell population (zone Q2). The remaining cells are dead cells representing 96.6% of the cell population (zone Q3) or dying (2.9%) (zone Q4).
- Figure 4C shows the cells from the frame shown in Figure 3A, and labeled 1 hour later with MTG and TMRM.
- the X axis represents the MTG mark
- the Y tax represents the TMRM mark.
- the cells surrounded by the ellipse continues in the frame indicated "2x pos” are neural cells (zone Q2). Their TMRM marking is increased by FRET phenomenon. The fluorescence level without FRET is indicated by the discontinuous ellipse.
- FIGS. 5A, C and E respectively represent the TMRM fluorescence intensity of ES-D3 cells after 0, 5 or 10 days of development, said cells not being labeled with TMRM.
- the X axis represents the TMRM fluorescence, in arbitrary logarithmic units, and the Y axis represents the number of cells.
- FIGS. 5B, D and F respectively represent the TMRM fluorescence intensity of ES-D3 cells after 0, 5 or 10 days of development, said cells being labeled with 50 nM TMRM, 30 min at 37 ° C.
- the X axis represents the TMRM fluorescence, in arbitrary logarithmic units, and the Y axis represents the number of cells.
- Figures 6A-6F show the evolution of MTG marking during development.
- FIGS. 6A, C and E respectively represent the MTG fluorescence intensity of ES-D3 cells after 0, 5 or 10 days of development, said cells not being labeled with MTG.
- the X axis represents the MTG fluorescence, in arbitrary logarithmic unit and the Y axis represents the number of cells.
- FIGS. 6B, D and F respectively represent the MTG fluorescence intensity of ES-D3 cells after 0, 5 or 10 days of development, said cells being labeled with 50 nM MTG, 30 min at 37 ° C.
- the X axis represents the MTG fluorescence, in arbitrary logarithmic unit and the Y axis represents the number of cells.
- FIG. 7 represents the double TMRM / MTG labeling of the ES-D3 cells at 0 days of development.
- the X axis represents the MTG mark
- the Y axis represents the TMRM mark.
- the cells in the frames Q1 + Q '1, Q2 + Q'2, Q3 and Q4 represent respectively 0.7%, 1.1%, 43.1% and 45.2%.
- the frames Q1 and Q2 represent the high markings in the TMRM, the frames Q '1 and Q'2 represent the intermediate TMRM markings.
- Figure 8 shows the double TMRM / MTG labeling of ES-D3 cells at 5 days of development.
- the X axis represents the MTG mark, the Y axis represents the TMRM mark.
- the cells in the frames Q1 + Q '1, Q2 + Q'2, Q3 and Q4 represent respectively 1, 7%, 19.1%, 67% and 12.2%.
- the frames Q1 and Q2 represent the high markings in the TMRM, the frames Q 'I and Q'2 represent the intermediate TMRM markings.
- the cells indicated by an ellipse are living neural cells.
- FIG. 9 represents the double TMRM / MTG labeling of ES-D3 cells at 8 days of development.
- the X axis represents the MTG mark, the Y axis represents the TMRM mark.
- the cells in the frames Q1, Q2, Q3 and Q4 represent respectively 1.7%, 18.2%, 78% and 2.1%.
- Frames Q1 and Q2 represent intermediate TMRM markings.
- the cells indicated by an ellipse are living neural cells.
- Q1 + Q3 + Q4 cells are enriched with markers MHC and GATA4, cardiac markers. Only Q1 cells are culturable.
- Q2 cells are living neural cells and strongly express the MASH1 marker.
- Figures 10A-10F show cells from fractions Q1-Q4 described in Figure 9.
- Figure 10A shows cells from fractions Q1, Q3 and Q4 after one day of culture. The cell membrane is altered and the cells are not adherent, they are dead cells.
- Figure 10B shows cells from fractions Q1, Q3 and Q4 after two days of culture. The cell membrane is altered and the cells do not proliferate.
- Figure 10C shows cells from fraction Q2, after a day of culture. Round refractive cells are characteristic of embryonic cells. Refractive elongated cells are dividing cells. 0018
- Figure 10D shows cells from fraction Q2, after two days of culture.
- FIG. 10E represents cells derived from fraction Q2, after one day of culture in two dimensions.
- the arrow indicates a dendrite type extension.
- Figure 10F shows cells from fraction Q2, after two days of culture in two dimensions.
- the arrow indicates an axon type extension.
- FIGS 11A-11D show the method of selection of cardiomyocyte and neural cells.
- Figure 11A shows the selection of cells based on the TMRM marker (see Figure 1D).
- the X axis represents intrinsic green fluorescence, in arbitrary logarithmic units, and the Y axis represents TMRM fluorescence in arbitrary logarithmic units.
- Figure 11B shows the number of cells from the population with high TMRM labeling and still showing high labeling after culture for 24 hours without TMRM. They represent 34.7% of the population.
- the X axis represents the TMRM marking in arbitrary logarithmic unit and Y tax represents the number of cells.
- Figure 11C shows the MTG labeling of the TMRM positive cells of Figure 11B.
- the cells indicated by ellipse 1 are dead, those indicated by ellipse 2 are cardiac cells, and those indicated by ellipse 3 are neural cells.
- the X axis represents the MTG marking in arbitrary logarithmic unit and the Y tax represents the number of cells.
- Figure 11D shows the MTG staining of cells from cells with intermediate TMRM tagging and still showing after culture labeling for 24 hours without TMRM.
- the cells indicated by ellipse 1 are dead, by ellipse 2 are a mixed population of cardiac cells and other cell types, and by ellipse 3 are neural cells.
- the X axis represents the MTG marking in arbitrary logarithmic unit and the Y axis represents the number of cells.
- Example 1 Use of intra-mitochondrial labeling related to the global membrane potential of mitochondria for the isolation of cardiomyocytes from mouse embryonic cells.
- This protocol can be transposed to the isolation of cardiomyocytes of other origins, including the isolation of human cardiomyocytes from human embryonic cells (ES cells) or from differentiated cells reprogrammed at a totipotency stage (iPS).
- This protocol can also be applied to tissues or cells isolated from tissue.
- concentrations of TMRM used were 50 nM but this is only indicative. Lower concentrations of 10 nM or even 0.1 nM can be used and some authors report the use of concentrations of TMRM and MTG up to 500 nM or even 1000 nM.
- Incubation times are also indicative and depend on the temperature, the type of cell, the buffer used, the will or not to saturate or not the fixing of the marker to have a more homogeneous distribution or not.
- the marker concentrations increase, the toxicity increases, the specificity decreases especially for their relationship or not with the cell membrane potential. There is also cumulative toxicity for these markers.
- TMRM methylester tetramethylrhodamine cationic fluorescent marker
- ES-D3 cells ATCC Biological Resource Center (Manassas, Virginia) were cultured and amplified and maintained undifferentiated on culture plates.
- DMEM medium high glucose Dulbecco's modified eagle media, Gibco
- 0.1 mM non-essential amino acids Gibco
- 0.1 niM betaJVtercaptoethanol Sigma
- 100 microg / ml penicillin and streptomycin Invitrogen
- a Leukemia Inhibiting Factor LIF
- Differentiation is initiated by forming embryonic bodies that are "clusters" of cells.
- the LIF is then removed and the concentration of fetal calf serum is increased to 20%.
- the beginning of the induction is considered as day 0 (EBS day 0);
- the cells in the preparation are undifferentiated. These are totipotent cells that express markers of stem cells but not markers of differentiated cells (Puceat M., Protocols for cardiac differentiation of embryonic stem cells, Methods 2008, Leschik J., Cardiac commitment of primate embryonic stem cells, Nature Protocol , 2008).
- This 3D structure as the embryonic bodies is a classic technique to obtain an induction of the 3 layers of embryonic development.
- there are other alternatives for differentiating cells without forming embryonic bodies by directly differentiating cells in 2D culture (Puceat M., Protocols for cardiac differentiation of embryonic stem cell, Methods 2008).
- the undifferentiated cells in culture are suspended by treating them for 5 minutes with trypsin EDTA before being taken up in the culture medium.
- the embryonic bodies are obtained by making drops of cells and medium (see 800 cells for drops of 20 microliters) which are placed on an inverted lid culture box for 48 hours.
- Embryonic bodies are transferred to non-adherent 2D plates on the second day of embryonic development (EBS-D2). On Day 5, the embryonic body will be transferred on very adherent plates due to the presence of gelatin. The cells will then be cultured until Day 10 or more.
- the first cardiac transcription markers appear on the 3rd day with differentiated cells. These cells exhibit contractile properties at EBS-day7-8 due to the expression of proteins of the contractile apparatus of cardiomyocytes.
- the inventors labeled the cells at EBS day 10 with TMPvM.
- the 10th day is already at a late stage of cell differentiation cardiac since many heart cells are already beating.
- the TMRM labeling can be done on the embryonic body, the whole embryo or after dissociation of the embryo into cells in suspension using enzyme solutions or not.
- the cells were rinsed with PB S buffer without calcium, without magnesium at pH 7.4, the cells were then dissociated for 15 min at 37 ° C with trypsin EDTA.
- the cells are taken up in the culture medium for at least half an hour to allow them time to repair the damage caused by the trypsin treatment.
- the time of dissociation will depend on the state of aggregation of the cells.
- the viability of the cells measured by trypan blue labeling is more than 80%.
- the cells will then be incubated with the TMRM marker (50 nM) at 37 ° C for 30 min in the incubator. This concentration is the one previously used by Hattori et al. This is a non-toxic concentration for the cells.
- the labeling can be done in small tubes with 500 microliters of medium per 1 million cells.
- the cells are washed twice with TMRM buffer (1 16 nM NaCl, 20 mM Hepes, 12.5 mM NaH 2 PO 4, 5.6 mM glucose, 5.4 mM KCl 0.8 mM MgSO 4 , pH 7.35) before being analyzed and optionally sorted by flow cytometry.
- TMRM buffer 1 16 nM NaCl, 20 mM Hepes, 12.5 mM NaH 2 PO 4, 5.6 mM glucose, 5.4 mM KCl 0.8 mM MgSO 4 , pH 7.35
- the incubations can be carried out in culture medium or in buffers approximating in ionic composition and elements of the culture media such as, for example, the TMRM buffer.
- TMRM-labeled cells TMRM positive
- TMRM-negative unmarked cells
- the negative TMRM cells are dead cells.
- Intermediate and high TMRM cells are cells that, in gelatin plate culture, have the ability to self-aggregate, which is a hallmark of embryonic cells.
- the proportions of mRNA for certain cardiac cell markers such as MHC relative to the amount of mRNA evaluated for a nonspecific marker of a given cell type, such as GAPDH, is increased in the high TMRM fraction by compared to the intermediate TMRM fraction more than 5 times.
- the high TMRM fraction is therefore enriched in cardiac cells (see Figure 2). According to Hattori, 98% of the cells in this population are cardiomyocytes. Using this technique, Hattori were not able to isolate cardiomycytes at an earlier time with good discrimination, regardless of the species considered.
- Tagging using a single membrane-sensitive mitochondrial marker to isolate cardiomyocytes remains difficult labeling and does not readily isolate progenitors from cardiomyocytes since isolation is relatively late.
- Example 2 Method of isolating neural stem cells involving energy transfer between the different markers.
- the inventors show how to enrich a population of interest by using an intracellular marker to eliminate, by depolarization and / or cell death, the cells that are not searched for and, on the contrary, select the cells.
- This example also shows that it is possible to isolate neural stem cells at a stage of embryonic development, where these cells are not predominant. This purification is based on the observation made by the inventors that neural cells have particular properties during embryonic development. As noted above, because of their high number of mitochondria and stable mitochondrial membrane potential, neural cells resist the free radical toxicity induced by TMRM stimulation, while cardiomyocytes are less protected. Totipotent cells are even less protected against free radicals.
- This example also illustrates the FRET phenomenon between the MTG and TMRM markers.
- the ES-D3 cells at the 10th day of embryonic development with a marking TMRM "high" were isolated.
- This cell fraction is composed mainly of cardiomyocytes.
- the inventors carried out a second labeling on these cells to quantify the mitochondrial mass of these cells, which marking was carried out sequentially over time (see FIG.
- the inventors used a fluorescent mitochondrial probe MTG, which is a cationic probe that diffuses freely across the mitochondrial membrane to bind in the mitochondria depending on the initial potential of the mitochondria.
- MTG probe used once becomes mitochondrially inside the mitochondria so that even if the potential of the mitochondria changes, the labeling will not change.
- MTG The retention of MTG in the mitochondria depends mainly on the initial potential of this mitochondria and the number of mitochondria.
- the binding of MTG (Mitotracker Green MTG, such as mitotracker Green FM M-7514 Invitrogen TM) is a function of the mitochondrial mass while that of the TMRM is a function of the membrane potential.
- TMRM For TMRM, the initial diffusion is the same as MTG for membrane potential, but once in the mitochondria, there is no covalent attachment, so that if the potential changes, there is release of the TMRM.
- the distribution of TMRM and MTG within the mitochondria is identical. This spatial proximity participates in FRET energy exchange between the two markers.
- the MTG is therefore proportional to the mitochondrial mass while the TMRM is proportional to the membrane potential. If the cell dies, there is loss of membrane potential and destruction of mitochondrial membranes with release of MTG and TMRM. On the other hand, if the cell depolarizes, there is then a decrease in the membrane potential with a loss of the TMRM, but the MTG fixation does not change.
- TMRM can measure the overall mitochondria potential of a cell, but without putting this value in relation to the number of mitochondria, it is impossible to know if it is a large number of mitochondria with a weak membrane potential or a more limited number of mitochondria but with a high potential.
- This incubation also allows the TMRM to emerge from depolarizing cells, including cardiac cells, and thus protect a number of cells from the combined toxicity of dual TMRM / MTG labeling.
- the cells were labeled with 50 nM MTG added to the culture medium for 1 ⁇ 2 hour at 37 ° C.
- the cells were washed twice with cells in TMRM buffer and analyzed by flow cytometry.
- a cell group representing only a few percent of the total population which is a group of cells with high TMTM fluorescence and also with high MTG fluorescence.
- Negative TMRM and MTG cells are dead cardiomyocytes.
- the negative TMRM and intermediate MTG cells are possibly depolarized cells that are dying.
- Neural cells have a membrane potential that remains stable since they maintain their TMRM markings even after MTG labeling.
- This second population corresponds to neural cells that remain polarized and are resistant to the cumulative toxicity of double TMRM / MTG labeling.
- the decrease of the MTG fluorescence in favor of the TMRM fluorescence is due to a transfer of energy between the donor MTG and the accepting TMRM (FRET).
- FRET acceptor TMRM
- the MTG's own fluorescence decreases and there is energy transmission on the TMRM, very spatially close, and whose absorption wavelength is close to the emission wavelength of the MTG.
- Example 3 Use of intracellular markers to facilitate the isolation and enrichment of a population of interest.
- ES-D3 EBS day 10 cells were labeled with 50 nM TMRM for 1/2 hour at 37 ° C in the incubator.
- Intermediate TMRM intermediate fluorescence level cells were isolated by selection in flow cytometry with cell sorting (see Figure 4).
- cytometric techniques to sort cells and meet clinical requirements compatible with their use in humans, there are also purification techniques from magnetic particles coupled to markers.
- Intermediate cells are living cells that do not contain many cardiomyocytes and are in the intermediate TMRF fluorescence fraction. This fraction contains less than 10% of cardiomyocytes and contains other cell types including neural cells. Intermediate TMRM cells will be cultured in culture medium. If sequential labeling with MTG 50 nM is performed after 1 hour, two populations are again appearing, the first is intermediate TMRM and high MTG (zone Q2) and the second is TMRM low and MTG intermediate or negative (zone Q4 or Q3 area).
- the intermediate TMRM population corresponds to neural cells.
- the negative TMRM population corresponds to a population of depolarized or cell-killing cells because the sequential combination of TMRM and MTG after a short time interval is toxic for the majority of cells in the preparation. If now, during the second labeling, the intermediate TMRM cells are labeled with MTG labeling combined with the TMRM, it is found that the harmful effect on a large part of the cells is further accentuated since practically all the cells become TMRM and MTG negative. On the other hand, there is always the group of cells whose MTG fluorescence decreases a little and whose TMRM fluorescence is increased. These are mostly neural cells confirmed after selective sorting.
- Example 4 Use of intracellular labeling for the isolation of neural cells during embryonic development. Currently, there is no simple method for isolating neural cells within an embryonic cell population.
- Totipotent ES-D3 stem cells prior to differentiation (EBS day 0), at day 5 or 8 th day of embryonic differentiation have been marked or not with intracellular markers TMRM, MTG, or TMRM and MTG concomitantly.
- the cells were detached with a trypsin EDTA solution for 5 min. In the case of EBS-day 0 cells, an incubation of 30 minutes is necessary.
- the cells After dissociation, the cells are passed through a 70 micron filter which makes it possible to retain the undissociated clusters and does not interfere with the flow cytometry analysis.
- the labeling is carried out in culture medium for 30 min at 37 ° C. with TMRM and MTG at a concentration of 50 nM respectively, then the cells are washed in 2 ⁇ TMRM buffer and analyzed by flow cytometry. Irradiation of cells with the respective wavelengths of MTG and TMRM was performed, and fluorescence analysis in the emission spectrum of MTG and TMRM was performed.
- Unmarked cells or labeled only with TMRM and MTG makes it possible to define the positivity for each marker, and to carry out the compensations necessary for a correct analysis. It is found that during embryonic development, following the TMRM or MTG markers, an increasing proportion of cells express the markers. For TMRM, this means that a group of cells with high membrane potential is developing, even though this global potential is to be related to the mitochondrial mass to know the exact mitochondrial potential.
- Cells with high TMRM markings represent 10% of the population at day 0, 13% at day 5 and 31% at day 8 (see Figure 5).
- the increase in this fluorescence may be due to the development of cells with many mitochondria with high membrane potential, a low number of mitochondria but with a high membrane potential or a large number of mitochondria with a low membrane potential.
- the MTG marker makes it possible to quantify cell mass. Cardiomyocytes and neural cells have a high level of mitochondria.
- TMRM and MTG are co-labeled at day 0, day 5, and day 8, it is very clear that from day 0, there is no real visible population (see Figure 7). On the other hand, at day 5 (see FIG. 8), and at day 8 (see FIG. 9), and therefore very early in the embryonic development, a population presenting a double TMRM and MTG labeling appears (fraction Q2). The combined expression of these two markers separates differentiating cells from more immature totipotent cells.
- TMRM positive MTG negative fractions Ql fraction
- MTG positive MTG negative Q3 fraction
- negative TMRM negative MTG Q4 fraction
- the double positive population (fraction Q2) is a fraction composed of living cells enriched in marker of neural cells (see Figure 9). This is confirmed by measuring by quantitative PCR the expression of the marker MASH-1, the latter being expressed more than 20 times compared to non-neural cells This is a very important enrichment which means that in the Q2 fraction, the majority of the cells are neural cells.
- fractions Q1, Q3 and Q4 the cardiac markers are enriched with respect to fraction Q2.
- the selection technique is interesting because it allows to select only living cells. Indeed, the fact that the cells have a positive TMRM marking means that they have a mitochondrial membrane potential, therefore a functional mitochondria, which implies that they are alive.
- the selection method thus makes it possible to eliminate the undesired cells while allowing positive selection of the cells of interest on the basis of the mitochondrial metabolic activity and morphological parameters, such as the mitochondrial mass. There is therefore no need to associate this technique with markings of cell viability to ensure that the markings observed are specific and do not result from non-specific fixation.
- this method does not allow the selection of totipotent cells.
- the neural cells sorted according to the process of the invention adhere to a support, such as a conventional culture dish, and without the need to add to the medium proteins allowing cell adhesion (lamin, fibronectin, collagen ...) (see figure 10). Normally, the differentiation of neural cells is difficult to obtain without resorting to very specific cultivation methods.
- the cells can be cultured in media suitable for culturing neural cells or for culturing cardiomyocytes.
- cytoplasmic expansions characteristic of neuronal-like cells appear while other cells tend to have glial cell characteristics. Some cells tend to reappregate spontaneously.
- TMRM mitochondrial markers employed TMRM and MTG are not species specific. Identical results can be obtained with human cells type "ES" and "iPS". Neural cells can also be identified from a differentiated tissue preparation.
- Example 5 Method of isolating cells using mitochondrial markers to obtain a cell population with reduced malignancy. Generally, cell sorting methods based on the detection of surface markers make it possible to sort not only normal cells, but also tumor cells.
- the tumor risk is a very important risk with embryonic cells and it is interesting to use methods that make it possible not to select tumor cells.
- Tumor cells are often found in totipotent cell populations. We must therefore focus on techniques that do not select these cells.
- the method according to the invention could also be used to control neural stem cell preparations prior to implantation obtained with the other methods. Doubly positive single cells for TMRM and MTG markers were cultured for one week, then aggregated (1.9 x 10 5 cells) and implanted into collagen matrices in the spinal muscles of NOD-SCID immunosuppressed mice. In none of the grafts were tumors observed even after 2 months after injection. In contrast, 85% of mice grafted with undifferentiated totipotent cells developed tumors.
- Example 6 Method of concomitantly isolating cardioinyocytes and neural cells, using sequential labeling. The purpose of this method is to protect cardiomyocytes from the toxicity induced by one of the markers, including the toxicity of TMRM when it is associated with MTG.
- the cells are first labeled with TMRM and then sorted.
- TMRM labeling which only lasts about 24 hours, is then eliminated, and TMRM positive cells are labeled with MTG.
- the initial positive TMRM population is very largely enriched in cardiomyocytes (high TMRM) as described in Hattori et al. (see Figure 11). After 24 hours, 34% of the cells are still TMRM positive among high-marked TMRM cells.
- Example 7 It is possible to associate the isolation process of the invention with conventional methods for detecting antigenic and / or genetic markers of the cells of interest.
- markings according to the invention and other markings may be simultaneous, separated or spread over time, and this repeatedly one or more times as necessary.
- neural or little tumor stem cells it is possible to sort the neural or little tumor stem cells, and to select from these cells one or more types of neural cells of different phenotypes (astrocytes, glial cells or particular neurons). for example).
- tissue The technique of preparing stem cells from tissue is known to those skilled in the art. Preferably, tissues or organ compartments which have been reported to be rich in cells of interest are selected. However, some areas of the central fabric are not necessarily easy to access. Methods of preparing neural cells from more accessible tissues such as dermal tissue have been described in humans (Ernst et al., Exp Dermatol (6): 549-55 (2010)). It is also possible to isolate these cells from pathological tissues such as scar tissue (Yang et al., Tissue Engineering Part C: Methods 4: 619-629 (2010)).
- a piece of neural tissue is obtained by biopsy with a scapel and is digested in a mixed solution of Ham's / DMEM F12 (1: 1) containing papain (2.5 IU / ml), DNasel (250 IU / ml) of dispase II (1 IU / ml) incubated at 37 ° C.
- the stopping solution is a mixed solution of HAM's / DMEM with 10% fetal bovine serum (FBS).
- FBS fetal bovine serum
- the markings can be carried out at the very beginning of preparation, after isolation of the cells or after culture. For reasons of reproducibility, it is preferable to carry out the labeling on the isolated cells.
- the cells are incubated in the buffer with 50 nM TMRM and 50 nM MTG markers for half an hour at 37 ° C., and the cells are then washed before passage into a flow cytometer.
- the neural population can be isolated.
- the other possibility is to put the cells in culture and proceed to cell sorting later on a preparation enriched in neural cells.
- the preparation can also be enriched in cells by incubating with the markers and irradiating in the MTG spectrum.
- the cells are then cultured in Ham's / DMEM F12 with glutamine, N2 supplement N2, FGF-2 (20 ng / ml), EGF (20 ng / ml) and heparin (5 ⁇ g / ml). ml) on plastic culture plates.
- FGF-2 (20 ng / ml
- EGF (20 ng / ml)
- heparin (5 ⁇ g / ml).
- ml plastic culture plates.
- the differentiated cells the cells are cultured in the differentiation medium (N2 supplemented with 0.5% FBS and forskolin 1 ⁇ g) on plates covered with a polyornithine / laminin mixture.
- Example 9 Obtaining pluripotent cells from somatic cells reprogrammed.
- Somatic cells can be reprogrammed using a genetic construct to become pluripotent cells. These pluripotent cells are called iPS. These cells can be autologous. They have the ability to form different cell types derived from neural stem cells. The genetic construct for reprogramming can be removed but these cells retain a persistent tumor risk.
- the mitochondrial markers used in the invention may be linked to both fluorescent molecules, for example to "quantum dots", and / or to ferromagnetic microparticles, preferably nanoparticles, such as for example SPIO (Superpara Magnetic Iron). oxide).
- fluorescent molecules for example to "quantum dots", and / or to ferromagnetic microparticles, preferably nanoparticles, such as for example SPIO (Superpara Magnetic Iron). oxide).
- SPIO Superpara Magnetic Iron
- the TMRM marker can be coupled with a Dot quantum that absorbs energy and then emits energy into the absorption spectrum of TMRM and transmits this energy through FRET. This delivery of energy will be accompanied by a "superactivation" of the TMRM with a very increased production of ROS compared to the production obtained in the absence of the energy sensor.
- SPIOs for example co-precipitation in the aqueous phase
- the techniques for producing SPIOs are well known to those skilled in the art (see Mossart R., IEEE trans Magne, 1981 17, 1247-1248, L. Maurizi, Langmuir 2009, 25 (16), 8857-8859, Wang D., University of New La Thesis 2005: Quantum Dots CDE and Luminescent / Magnetic Particles for Biological Applications).
- a Fe-OH group present on the ferromagnetic particle will be involved.
- SPIO particles are neutral under physiological conditions and tend to clump together.
- hydrophilic polymers can be attached to the surface of the SPIOs (Makhluf S., Nanotechnol 2006, 2829-2840, Kohler N., J. Am Chem Soc 2004, 126, 7206-7211).
- Polyethylene glycol is one of the polymers commonly used because of its hydrophobicity and biocompatibility.
- the covalent attachment of PEG to SPIO stabilizes SPIO for a prolonged period under physiological conditions (Lee H., Chem Soc., 2006 126, 7238-7389).
- PEG polyethylene glycol
- n polymers
- linear PEGs or not whose ends are chemically modified to interact with interest groups directly or using a crosslinker. It is easy to modify the PEGs to react with sulfuryl, amine, carboxyl or maleimide groups, for example.
- PEG poly(ethylene glycol)
- PEG-Thiol PEG-Thiol
- PEG-lipoamide PEG-lipoamide
- the thiol group will bind with a metal-S-R bond directly for the PEG-thiol or "bidental metals-S / S" for the lipoamide component.
- PEG thiol reacts mainly with gold.
- the lipoamide component interacts with the majority of metals such as silver, gold and other metals.
- the other end of the PEG can be chemically protected by a methyl group.
- a methyl group can be chemically protected by a methyl group.
- PEG polyethylene glycol
- These groups will be able to be involved in chemical reactions with amino groups using heterobifunctional crosslinkers or not, such as EDC +/- NHS.
- PEG can also be produced with a thiol or lipoamide group, at one end, and at the other end, a group for reacting with a sulfuryl, amine, carboxyl or other by direct interaction or using a crosslinker.
- Crosslinkers are known to those skilled in the art, as are the coupling agents conventionally used.
- Quantum dots can be prepared by various techniques well known to those skilled in the art (Wang D., Quantum Quantum Dots and Luminescent / Magnetic Particles for Biological Applications, University of New La, 2005 thesis, Boatman et al. Cumulative Quantum Dot Nonocrystals, J Chem Educ, 82: 1697-1699 (2005)).
- Dot quantum can have magnetic properties for example. It is possible to use TMRM coupled to modified Quantum Dot CdSE / ZnS with magnetic molecules such as -Fe 2 0 3 .
- the first is to functionalize the particle by introducing different groups, especially carboxylic, thiols, maleimides or others.
- the surface of the Fe 3 O 4 particles was functionalized using "4-methylatechol (4-MC)" as surfactant.
- 4-MC bound to Fe 3 O 4 then bound a -NH 2 group carried by a molecule of interest into using the Mannich reaction in the presence of formaldehyde (Xie, J., Am. Chem. Soc., 130: 7542-7543, 2008).
- Another conventional technique is to use agents that will react with the Fe-OH group to introduce thiol or carboxyl groups which are more reactive.
- a commonly used chemical component is "DMSA” (2,3-dimercaptosuccinic acid) (see Falconer N., J Coloid Interfac Sci, 194: 427-433, 1997, Roger J, Eur Phys J Apply Phys, 5: 321). -325, 1999; Wang D., thesis University of New La, CDSE Quantum Dots and Luminescent / Magnetic Particles for Biological Applications, 2005).
- TMRM mitochondrial marker
- TMRM can be modified with a donor energy acceptor and / or ferromagnetic particles.
- the link chain between the TMRM and the energy sensor can be modified to transmit this energy, for example by electron transfer.
- TMRM can be easily chemically modified for the introduction of reactive chemical groups by those skilled in the art, for example via -COOCH 3 groups for TMRM.
- TMRM belongs to the group of thiol-reactive markers (thiol reactive dye) and will therefore spontaneously bind to -SH groups. Thus, if the SPIOs are modified with -SH groups as after functionalization with DMSA, the TMRM will bind to -SH groups. It is possible to modify the TMRM molecules to introduce chemical groups. TMRM molecules have groups - COOCH3 and -COOCH2CH3 respectively that will be able to be modified to introduce for example -NH2 sites. These sites can then link with sites - NH2 or -SH using appropriate crosslinkers. Different types of crosslinker can be used, such as, for example, heterobifunctional derivatives such as SIA, SPDP or NHS-PEG maleimide.
- Hetero-bifunctional linkers will recognize a -NH2 or -SH motif. Coupling techniques are well known to those skilled in the art. (cfMK Yu, Targeting Strategies for Multifunctional Nanoparticles in Cancer Imaging and Therapy, Theranostics, 2: 1,3-30, 2012). It is also possible to use "Click Chemistry” or “Hybridization” techniques (see MK Yu, Targeting Strategies for Multifunctional Nanoparticles in Cancer Imaging and Therapy, Theranostics, 2: 1, 3-30, 2012).
- the link between the TMRM and the SPIO may involve a spacer such as PEG
- the TMRM can be linked to the SPIO by means of this "spacer”
- the molecule attached to it can be a quantum Dot with ferromagnetic particle and a sensor / donor of energy on its surface such as the CdSE / ZnS It is possible through the large spacer to maintain the ferromagnetic particles outside the cell while the TMRM will attach itself to the This type of approach is interesting because it will limit the incorporation of foreign material into the cell When the cell depolarizes, the TMRM will be released and the ferromagnetic particle will be released from the cell.
- Dot quantum dot CdSE / ZnS can be modified with different carboxylic ligands such as, for example, mercaptoacetic acid or mercaptosuccinic acid, which makes them soluble in water and makes them biologically compatible.
- the quantum dots can then be chemically modified to introduce reactive groups such as thiol groups for example (-SH). So he is it is possible to fix on these thiol groups chemical molecules of interest, for example the TMRM marker.
- ferromagnetic molecules such as, for example, y-Fe 0 3 type molecules.
- the TMRM can in this case be coupled to the Quantum Dot type CdSE / ZnS.
- the molecules ⁇ -Fe 2 O 3
- DMSA me 2,3-dimercaptosuccinic acid
- chloroform methanol: water 10/5/1.
- carboxylic and thiol groups on the surface of the magnetic particles. It is then possible to fix the TMRM to the Quantum Dot by the thiol group, and then to fix the compound obtained with the magnetic particle, via the residual thiol or carboxylic groups.
- CdSe quantum dots have significant absorption at less than 600 nm, this absorption gradually decreases from 350 nm to 600, with a slight increase around 550 nm.
- the emission spectrum is between 525nm and 625 nm, slightly lower than that of magnetic CdSe / ZnS nanoparticles.
- the absorption spectrum of TMRM is 500-600 nm and its emission spectrum is 550-700 nm.
- the TMRM is therefore able to absorb the energy emitted by the quantum dot CdSe.
- the cells are first incubated with the unique marker: TMRM coupled to quantum dot CdSE / ZnS magnetic. It is then possible to sort the positively labeled cells via a magnetized column (Pankhurst et al., Applications of Magnetic Nanoparticles in Biomedicine, J Phys D: Appl Phys, 36: R167-R181, 2003, Zborowski et al., Magnetic cell sorting , Mol Mol Methods, 295: 291-300, 2005; Ito et al., Medical application of functionalized magnetic nanoparticles, J Biosci Bioeng, 100 (1): 1-11, 2005; Sofarik et al., Use of magnetic techniques for the isolation of cells, Journal of Chromatography, 722: 33-53, 1999).
- TMRM coupled to quantum dot CdSE / ZnS magnetic.
- the TMRM labeled cells are then irradiated in the absorption spectrum of quantum dot and / or TMRM.
- the irradiation of the quantum dot TMRM results in a more intense stimulation of the TMRM, which leads to an increase in the production of free radicals, inducing among the TMRM positive cells the death of the cardyomyocytes and a preferential survival of the neural cells.
- Cellular sorting by magnetism is therefore not essential and the possibility of simple irradiation may be sufficient to enrich the preparation in neural cells because of a preferential survival of these cells with respect to free radicals compared to other cell types.
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Abstract
Description
PROCEDE DE PURIFICATION DE CELLULES PROCESS FOR PURIFYING CELLS
La présente invention concerne un procédé de purification de cellules. The present invention relates to a method of purifying cells.
Bien que la régénération du tissu nerveux existe chez les mammifères au sein du système nerveux central, cette capacité d'auto réparation reste très faible. Cela reflète l'incapacité des cellules souches neurales et des cellules progénitrices neurales à proliférer et à migrer dans les régions endommagées en quantité suffisante pour réparer et reconstruire les circuits neuronaux. La transplantation cellulaire est apparue dans les 20 dernières années comme une approche intéressante pour traiter des atteintes neurologiques centrales ou périphériques (Brevet US 2009/0214484). Although regeneration of nerve tissue exists in mammals within the central nervous system, this self repair capacity remains very low. This reflects the inability of neural stem cells and neural progenitor cells to proliferate and migrate into damaged regions in sufficient quantities to repair and reconstruct neural circuits. Cell transplantation has emerged in the last 20 years as an interesting approach to treat central or peripheral neurological disorders (US Patent 2009/0214484).
Les cellules neurales sont dérivées du feuillet ectodermique qui donne Pépiderme et le tissu nerveux. On distingue différents types de cellules neurales comme par exemple les neurones (dopaminergiques, serotoninergiques, GABAenergiques, ...) ou les cellules gliales comprenant les astrocytes (Dupin et al., Neural crest progenitors and stem cells: From early development to adulthood. Developmental Biology 366:83-95 (2012)). Neural cells are derived from the ectodermal layer that gives the epidermis and nerve tissue. There are different types of neural cells such as neurons (dopaminergic, serotonergic, GABAenergic, ...) or glial cells including astrocytes (Dupin et al., Neural crest progenitors and stem cells: From early development to adulthood. Biology 366: 83-95 (2012)).
Les déficits en cellules neurales sont responsables de nombreuses pathologies et notamment : les maladies dégénératives aiguës ou chroniques comme par exemple la maladie de parkinson ou la chorée de Hungtington, la sclérose en plaque, les accidents vasculaires cérébraux, les problèmes visuels, les atteintes de la rétine, les troubles auditifs, les atteintes médullaires, les atteintes nerveuses périphériques incluant les neurones et les plaques neurales motrices, les nerfs (spécialisés du système autonome ou pas), les sphincters, le atteintes du système neurosensoriel en incluant le système visuel, le système auditif, etc... Deficits in neural cells are responsible for many pathologies including: acute or chronic degenerative diseases such as Parkinson's disease or Hungtington's disease, multiple sclerosis, strokes, visual problems, attacks of the disease. retina, hearing disorders, spinal cord injury, peripheral nerve damage including neurons and motor neural patches, nerves (specialized in the autonomic system or not), sphincters, involvement of the neurosensory system including the visual system, the system auditory, etc ...
Aussi, il apparaît important de pouvoir fournir des méthodes permettant de remplacer ou de palier au déficit des cellules neurales afin de traiter ces différentes maladies. Also, it seems important to be able to provide methods to replace or stop the deficit of neural cells to treat these different diseases.
Plusieurs méthodes ont été proposées afin de remédier à ce problème. Several methods have been proposed to remedy this problem.
Par exemple, la demande US 2009/0068155 décrit un procédé d'administration de cellules neurales dans le système nerveux central. Des techniques de thérapie cellulaire ont également été proposées. Mais l'ensemble de ces techniques ne permet pas d'obtenir un résultat satisfaisant. * For example, the application US 2009/0068155 describes a method of administering neural cells in the central nervous system. Cell therapy techniques have also been proposed. But all of these techniques do not achieve a satisfactory result. *
L'utilisation de cellules souches neurales est apparue comme prometteuse dans le cadre de la thérapie. Les applications potentielles de ces cellules sont en effet importantes in vitro notamment dans les domaines du drug screening, de la neurotoxicologie, de électrophysiologie, de la thérapie cellulaire ou régénérative. The use of neural stem cells has been shown to be promising in the course of therapy. Potential applications of these cells are indeed important in vitro, particularly in the areas of drug screening, neurotoxicology, electrophysiology, cell therapy or regenerative.
Toutefois, de telles cellules souches sont présentes en quantité très faible dans les tissus et les organes, et il est difficile de les isoler et de les purifier. However, such stem cells are present in very small amounts in tissues and organs, and it is difficult to isolate and purify them.
Les méthodes actuelles d'isolement reposent principalement sur la détection de marqueurs de surface tels que le CD15 ou le CD133 (Obermair et al., A novel classification of quiescent and transit amplifying adult neural stem cells by surface and metabolic markers permits a defïned simultaneous isolation, Stem Cell Research 5:131- 143 (2010)). Toutefois, ces méthodes sont rendues difficiles et imparfaites car il n'existe aucun antigène spécifique des cellules neurales. En effet, les marqueurs des cellules neurales ne sont pas toujours exprimés de manière constitutive au cours du cycle cellulaire et sont généralement exprimés par d'autres lignées cellulaires et par les cellules tumorales. Current methods of isolation rely mainly on the detection of surface markers such as CD15 or CD133 (Obermair et al., A novel classification of quiescent and transit amplifying neural stem cells by surface and metabolic markers Stem Cell Research 5: 131-143 (2010)). However, these methods are made difficult and imperfect because there is no specific antigen of neural cells. Indeed, markers of neural cells are not always constitutively expressed during the cell cycle and are generally expressed by other cell lines and by tumor cells.
La particularité des cardiomyocytes et des cellules neurales est d'avoir un taux élevé de mitochondries, alors que le nombre de mitochondries est faible dans les cellules embryonnaires totipotentes. The peculiarity of cardiomyocytes and neural cells is to have a high level of mitochondria, whereas the number of mitochondria is low in totipotent embryonic cells.
Le nombre de mitochondries augmente durant la différenciation et atteint un nombre particulièrement élevé dans les cardiomyocytes. Durant le développement, les mitochondries vont migrer de la zone juxta nucléaire vers d'autres parties du cytoplasme avec par exemple une association au niveau de l'appareil contractile pour les cardiomyocytes. The number of mitochondria increases during differentiation and reaches a particularly high number in cardiomyocytes. During development, mitochondria will migrate from the nuclear juxtaposition to other parts of the cytoplasm with, for example, an association at the level of the contractile apparatus for cardiomyocytes.
La forme des mitochondries change avec l'apparition de phénomènes de fusion/fission. La quantité de copies ADN augmente également dans les mitochondries et le potentiel de membrane change. Le métabolisme de ces mitochondries au cours du développement est particulier car la demande d'énergie dans ces cellules est particulièrement élevée, et les mitochondries vont passer d'un métabolisme énergétique pour fournir de ΓΑΤΡ glycolytique anaérobie à un métabolisme aérobie avec beta oxydation des acides gras en faisant intervenir le cycle de Krebs et la chaîne respiratoire mitochondriale. Ces modifications vont s'accompagner d'une modification du potentiel de la membrane mitochondriale qui augmente. Cette différence de potentiel est particulièrement marquée dans les cardiomyocytes où la demande énergétique est importante du fait de leur métabolisme actif et du travail en anaérobiose lors de l'effort. The shape of the mitochondria changes with the appearance of fusion / fission phenomena. The amount of DNA copies also increases in the mitochondria and the membrane potential changes. The metabolism of these mitochondria during development is particular because the energy demand in these cells is particularly high, and the mitochondria will go from an energetic metabolism to provide an anaerobic glycolytic to an aerobic metabolism with beta fatty acid oxidation. involving the Krebs cycle and the mitochondrial respiratory chain. These modifications will be accompanied by a modification of the potential of the mitochondrial membrane which increases. This difference in potential is particularly marked in cardiomyocytes where energy demand is high because of their active metabolism and work in anaerobiosis during exercise.
La « machinerie » enzymatique qui accompagne ces modifications va également augmenter les systèmes de protection de ces cellules en cas d'agression, notamment contre les métabolites mitochondriaux de type radicaux libres, également appelés ROS (Reactive Oxygen Species), qui induisent des lésions de l'ADN mitochondrial. The enzymatic "machinery" that accompanies these modifications will also increase the protection systems of these cells in the event of aggression, in particular against free radical-type mitochondrial metabolites, also called ROS (Reactive Oxygen Species), which induce lesions of the skin. Mitochondrial DNA.
Lors de la différenciation cellulaire, et avec la variation du potentiel de membrane, il y a une augmentation de la production des radicaux libres. During cell differentiation, and with the variation of the membrane potential, there is an increase in the production of free radicals.
Aussi, l'utilisation de marqueurs de l'état physiologique des mitochondries pourrait être un bon moyen pour isoler des cellules souches. Also, the use of markers of the physiological state of mitochondria could be a good way to isolate stem cells.
Hattori et al. (Nongenetic method for purifying stem cell-derived cardiomyocytes. Nature Methods, vol7 ni 61-66, (2010)) ont montré que le marquage des cellules par un marqueur potentiométrique mitochondrial (le TMRM) rend possible la purification et l'isolement des cardiomyocytes. Hattori et al. (Nongenetic method for purifying stem cell-derived cardiomyocytes, Nature Methods, vol7 and 61-66, (2010)) have shown that labeling of cells with a mitochondrial potentiometric marker (TMRM) makes possible the purification and isolation of cardiomyocytes. .
Cette étude montre que les précurseurs de cardiomyocytes ont un taux de fixation du TMRM élevé et représentent 98% de la fraction des cellules. Pour que le TMRM rentre dans les cellules, il faut qu'il existe une différence de potentiel de membrane et donc que les cellules soient vivantes. Les cellules dont le taux de marquage par le TMRM est faible sont majoritairement des cellules mortes. This study shows that cardiomyocyte precursors have a high TMRM binding rate and represent 98% of the cell fraction. For TMRM to enter the cells, there must be a difference in membrane potential and therefore the cells are alive. Cells with low levels of TMRM labeling are mostly dead cells.
Les cellules isolées par Hattori et al. sont des cardiomyocytes, mais ces cellules n'ont pu être isolées qu'à un stade tardif du développement des cellules cardiaques, soit à 10 jours de développement embryonnaire, alors que beaucoup de marqueurs des cellules cardiaques (notamment les marqueurs transcriptionnels) sont présents dès le 3ème jour de développement et que les cellules présentent déjà des propriétés contractiles au 8ème jour du développement. Bien que les marqueurs de mitochondries semblent être prometteurs pour l'isolement des cellules, il existe toujours un réel besoin de disposer d'un procédé de purification et d'isolement de cellules, notamment à des stades précoces du développement embryonnaire. Cells isolated by Hattori et al. cardiomyocytes, but these cells could only be isolated at a late stage of cardiac cell development, ie at 10 days of embryonic development, whereas many markers of cardiac cells (including transcriptional markers) are present as early as 3 rd day of development and that the cells already have contractile properties on the 8th day of development. Although mitochondrial markers appear to be promising for cell isolation, there is still a real need for a method of cell purification and isolation, especially at early stages of embryonic development.
L'un des objets de l'invention est de fournir un procédé permettant une purification efficace des cellules. One of the objects of the invention is to provide a method for efficient cell purification.
Un autre objet de l'invention est de fournir un procédé permettant d'obtenir et de purifier plusieurs types cellulaires distincts, les types cellulaires étant bien différenciés. Another object of the invention is to provide a method for obtaining and purifying several distinct cell types, the cell types being well differentiated.
L'invention concerne un procédé d'isolement, de purification et/ou d'enrichissement de cellules, comprenant une étape de mise en contact d'un tissu ou de cellules avec au moins un marqueur sensible au potentiel de membrane de la mitochondrie et au moins un marqueur permettant de quantifier le nombre de mitochondries et/ou le cas échéant d'augmenter la production de radicaux libres, ledit au moins un marqueur sensible au potentiel de membrane de la mitochondrie et ledit au moins un marqueur permettant de quantifier le nombre de mitochondries et/ou d'augmenter la production de radicaux libres pouvant correspondre à un seul et même marqueur, The invention relates to a method for isolating, purifying and / or enriching cells, comprising a step of contacting a tissue or cells with at least one membrane-sensitive marker of the mitochondria and at least one minus a marker for quantifying the number of mitochondria and / or, if appropriate, increasing the production of free radicals, said at least one membrane-sensitive marker of the mitochondria and said at least one marker making it possible to quantify the number of mitochondria and / or to increase the production of free radicals that can correspond to one and the same marker,
de telle sorte que in such a way that
- si ledit au moins un marqueur sensible au potentiel de membrane de la mitochondrie et ledit au moins un marqueur permettant de quantifier le nombre de mitochondries et/ou d'augmenter la production de radicaux libres sont utilisés de manière simultanée, ou si ledit au moins un marqueur sensible au potentiel de membrane de la mitochondrie et ledit au moins un marqueur permettant de quantifier le nombre de mitochondries et/ou d'augmenter la production de radicaux libres correspondent à un seul et même marqueur, ledit procédé permet l'isolement, la purification et/ou l'enrichissement de cellules souches neurales, et if said at least one marker sensitive to the membrane potential of the mitochondria and said at least one marker making it possible to quantify the number of mitochondria and / or to increase the production of free radicals are used simultaneously, or if said at least one a marker sensitive to the membrane potential of the mitochondria and said at least one marker making it possible to quantify the number of mitochondria and / or to increase the production of free radicals correspond to one and the same marker, said method allows the isolation, the purification and / or enrichment of neural stem cells, and
- si ledit au moins un marqueur sensible au potentiel de membrane de la mitochondrie et ledit au moins un marqueur permettant de quantifier le nombre de mitochondries sont utilisés de manière séparée ou étalée dans le temps, ledit procédé permet l'isolement, la purification et/ou l'enrichissement de cellules souches neurales et/ou de cellules cardiomyocytaires. La présente invention est basée sur la constatation surprenante faite par les Inventeurs que l'utilisation de marqueurs mitochondriaux, permettant de mesurer le potentiel de membrane de la mitochondrie et au moins un autre marqueur de la mitochondrie permettant de quantifier le nombre de mitochondries et/ou d'augmenter la production de radicaux libres permet de purifier, d'isoler et/ ou d'enrichir des cellules, notamment des cellules souches, et en particulier des cellules souches à un stade très précoce de leur différenciation, notamment des cellules cardiaques et des cellules neurales. if said at least one marker sensitive to the membrane potential of the mitochondria and said at least one marker making it possible to quantify the number of mitochondria are used separately or spread over time, said method allows the isolation, purification and / or or enrichment of neural stem cells and / or cardiomyocyte cells. The present invention is based on the surprising finding made by the inventors that the use of mitochondrial markers, making it possible to measure the membrane potential of the mitochondria and at least one other mitochondrial marker making it possible to quantify the number of mitochondria and / or to increase the production of free radicals makes it possible to purify, isolate and / or enrich cells, especially stem cells, and in particular stem cells at a very early stage of their differentiation, in particular cardiac cells and neural cells.
Ce procédé fait appel à des propriétés particulières des mitochondries des cellules neurales et/ou des cardiomyocytes au cours de leur développement et à une conjonction de marqueurs mitochondriaux. This method uses particular properties of the mitochondria of neural cells and / or cardiomyocytes during their development and a conjunction of mitochondrial markers.
Par ailleurs, contrairement à des méthodes de purification de cellules basées sur la sélection de marqueurs de différenciation membranaire, ou une sélection de cellules déterminées par des moyens génétiques, le procédé selon l'invention permet d'obtenir des cellules non tumorales, c'est à dire des cellules non transformées qui n'ont perdu aucun des caractères que possèdent les cellules d'un organisme (perte de sénescence, perte d'inhibition de contact...). Moreover, unlike cell purification methods based on the selection of membrane differentiation markers, or a selection of cells determined by genetic means, the method according to the invention makes it possible to obtain non-tumor cells, which is to say unprocessed cells that have lost none of the characters that the cells of an organism possess (loss of senescence, loss of contact inhibition ...).
Dans l'invention, le terme « cellules souches » englobe des cellules isolées ou pas, multipotentes ou totipotentes. Il peut s'agit de préparations ou de tissus. Il peut par exemple s'agir de tissu en développement, de tissu embryonnaire ou de tissu gestationnel en incluant les annexes (cordon ombilical, placenta, liquide amniotique), de tissus différenciés néonataux ou autres comme des tissus adultes. In the invention, the term "stem cells" includes isolated or non-isolated, multipotent or totipotent cells. It can be preparations or tissues. It may be, for example, developing tissue, embryonic tissue or gestational tissue including appendages (umbilical cord, placenta, amniotic fluid), neonatal differentiated tissues or other such as adult tissue.
Dans l'invention, les termes « cellules souches neurales » ou « cellules neurales » peuvent être employés l'un pour l'autre. Les cellules souches neurales sont des cellules multipotentes qui peuvent se différencier en certains types de cellules matures, comme par exemple les neurones, les cellules gliales ou encore les astrocytes. In the invention, the terms "neural stem cells" or "neural cells" may be used for each other. Neural stem cells are multipotent cells that can differentiate into certain types of mature cells, such as neurons, glia or even astrocytes.
Dans l'invention, « l'isolement, la purification et/ou F enrichissement » signifient qu'il est possible, au moyen du procédé tel que décrit, In the invention, "isolation, purification and / or enrichment" means that it is possible, by means of the method as described,
- soit de purifier les cellules, c'est-à-dire d'obtenir des cellules déterminées. Par exemple, la purification de cellules neurales signifie que les cellules obtenues sont toutes des cellules neurales, et que la population cellulaire ne contient pas, ou contient une infime partie (moins de 1%, préférentiellement moins de 0,1%) de cellules autres que des cellules neurales. or to purify the cells, that is to say to obtain specific cells. For example, the purification of neural cells means that the resulting cells are all neural cells, and that the cell population does not contain, or contains a small portion (less than 1%, preferentially less than 0.1%) of cells other than neural cells.
soit d'isoler les cellules, c'est-à-dire d'extraire de leur contexte naturel une population cellulaire où l'ensemble des cellules est de même phénotype. or to isolate the cells, that is to say to extract from their natural context a cell population where all the cells is of the same phenotype.
soit d'enrichir en cellules, c'est-à-dire à partir d'une population mixte de cellules, qui peuvent être isolées et purifiées, de réaliser une sélection d'une sous- population particulière de cellules, de telle sorte qu'à l'issue de l'enrichissement, cette sous population soit majoritaire. or to enrich in cells, that is to say from a mixed population of cells, which can be isolated and purified, to carry out a selection of a particular subpopulation of cells, so that after enrichment, this sub-population is the majority.
Le procédé permet également de combiner ensemble l'isolement, la purification et l'enrichissement. The process also makes it possible to combine isolation, purification and enrichment together.
Aussi, l'invention concerne un procédé d'isolement de cellules tel que défini ci-dessus. L'invention concerne de plus un procédé de purification de cellules tel que défini ci- dessus. Also, the invention relates to a method of isolating cells as defined above. The invention further relates to a method of cell purification as defined above.
L'invention concerne par ailleurs un procédé d'enrichissement de cellules tel que défini ci-dessus. The invention also relates to a cell enrichment method as defined above.
L'invention concerne également un procédé d'isolement et de purification de cellules tel que défini ci-dessus. The invention also relates to a method for isolating and purifying cells as defined above.
L'invention concerne aussi un procédé d'isolement et d'enrichissement de cellules tel que défini ci-dessus. The invention also relates to a method for isolating and enriching cells as defined above.
L'invention concerne également un procédé de purification et d'enrichissement de cellules telles que défini ci-dessus. The invention also relates to a method for purifying and enriching cells as defined above.
Enfin, l'invention concerne aussi un procédé d'isolement et de purification et d'enrichissement de cellules tel que défini ci-dessus. Finally, the invention also relates to a method for isolating and purifying and enriching cells as defined above.
Les cellules ou tissus peuvent être d'origine animale ou pas. Il peut s'agir de tissus vivants, mais également de cellules obtenues à partir de tissu postmortem puisqu'il apparaît que les cellules souches survivraient après la mort du sujet pendant quelques temps. Il peut également s'agir de cellules génétiquement modifiées, de cellules fusionnées ou de cellules iPS (irtduced pluripotent stem cell) obtenues par la reprogrammation génétique de cellules somatiques. Il peut s'agir de tissus embryonnaires, de lignées embryonnaires animales ou humaines. <■ The cells or tissues may be of animal origin or not. It may be living tissue, but also cells obtained from postmortem tissue since it appears that the stem cells survive after the death of the subject for some time. It can also be genetically modified cells, fused cells or iPS (irtduced pluripotent stem cell) cells obtained by the genetic reprogramming of somatic cells. These may be embryonic tissues, animal or human embryonic lineages. < ■
Les tissus particulièrement riches en cellules neurales sont privilégiés comme par exemple au niveau du système nerveux central, les régions paraventriculaires et le gyrus hypocampal. On peut également utiliser des cellules isolées à partir de tissus comme le derme, notamment au niveau du cuir chevelu. The tissues particularly rich in neural cells are preferred, for example in the central nervous system, the paraventricular regions and the gyrus hypocampal. It is also possible to use isolated cells from tissues such as the dermis, especially in the scalp.
Dans un aspect particulier de l'invention, les populations cellulaires à partir desquelles il est possible de purifier, isoler et/ou enrichir des cellules au moyen du procédé selon l'invention ne sont pas issues de la destruction d'embryon humain. In a particular aspect of the invention, the cell populations from which it is possible to purify, isolate and / or enrich cells using the method according to the invention do not result from the destruction of human embryo.
Le procédé selon l'invention peut être utilisé soit in vitro pour isoler des cellules en culture, soit in vitro comme contrôle de la qualité des cellules au cours du criblage de cellules avant implantation chez l'animal, notamment chez l'homme. The method according to the invention can be used either in vitro to isolate cells in culture, or in vitro as a control of the quality of cells during the screening of cells before implantation in animals, especially in humans.
Le procédé est avantageusement mis en œuvre in vitro. The process is advantageously carried out in vitro.
Il existe actuellement des techniques de cytométrie, pour trier les cellules et répondre aux exigences cliniques, compatibles avec leur utilisation chez l'homme (Babetta et al., Flow cytometry : A multipurpose technology for a wide spectrum of global biosecurity applications, Journal of Laboratory Automation vol. 14(3): 148-156 (2009)). There are currently cytometric techniques for sorting cells and meeting clinical requirements, compatible with their use in humans (Babetta et al., Flow cytometry: A multipurpose technology for a wide spectrum of global biosecurity applications, Journal of Laboratory Automation vol 14 (3): 148-156 (2009)).
Il est également possible de purifier les cellules, sans avoir recours à un trieur de cellules, sur la base de propriétés magnétiques ou électromagnétiques en ayant recours à des particules ferromagnétiques couplées aux marqueurs (Corr et al., Multifunctional Magnetic-fluorescent Nanocomposites for Biomédical Applications, Nanoscale Research Letters 3:87-104 (2008) ; Medintz et al., Potential clinical applications of quantum dots. Int J Nanomedicine 3(2):151-167 (2008)). It is also possible to purify the cells, without resorting to a cell sorter, on the basis of magnetic or electromagnetic properties by using ferromagnetic particles coupled to the markers (Corr et al., Multifunctional Magnetic-Fluorescent Nanocomposites for Biomedical Applications , Nanoscale Research Letters 3: 87-104 (2008), Medintz et al., Potential Clinical Applications of Quantum Dots, Int J Nanomedicine 3 (2): 151-167 (2008)).
Le procédé selon l'invention permet de purifier, d'isoler ou d'enrichir en cellules neurales, ou en deux populations distinctes de cellules neurales et de cellules cardiomyocytaires. The method of the invention purifies, isolates or enriches neural cells, or two separate populations of neural cells and cardiomyocyte cells.
Les cellules neurales purifiées selon l'invention peuvent être utilisées pour les régénérations nerveuses centrales ou périphériques. En particulier, les cellules neurales obtenues selon le procédé selon l'invention sont appropriées dans le cadre du traitement des maladies neurodégénératives, de l'AVC, de l'amblyopie et des problèmes rétiniens comme par exemple la dégénérescence maculaire, le traumatisme médullaire et/ou la dégénérescence médullaire, la reconstruction nerveuse périphérique, l'innervation de tissus musculaires, les plaques motrices, le « tissu engineering » de tissus innervés comme un tissu musculaire ou cardiaque, de glandes, tissu neuroendocrine (comme par exemple l'hypophyse, la glande surrénale, les ilôts de Langerhans), la fabrication de tissu musculaire lisse ou squelettiques ou cardiaques innervés, le traitement de trouble spastiques... The purified neural cells according to the invention can be used for central or peripheral nerve regenerations. In particular, the neural cells obtained according to the process according to the invention are suitable in the context of the treatment of neurodegenerative diseases, stroke, amblyopia and retinal problems, for example macular degeneration, spinal cord trauma and / or or medullary degeneration, peripheral nerve reconstruction, muscle tissue innervation, motor plates, the "tissue engineering" of innervated tissue as a muscle or cardiac tissue, glands, neuroendocrine tissue (such as pituitary, adrenal gland, Langerhans islets), manufacture of smooth muscle tissue or skeletal or innervated heart, treatment of spastic disorder ...
Cette approche permet également d'isoler des cellules cardiaques vivantes, à un stade embryonnaire précoce, i.e. vers le 6eme jour de développement. Au I0eme jour du développement, l'isolement des cellules est rendu plus aisé qu'avec un seul marquage. Le procédé selon l'invention permet d'isoler des cardiomyocytes sur la base de leur potentiel mitochondrial, puisque la sélection se fait sur un potentiel rapporté à la masse mitochondriale. Les cellules isolées ne sont pas tumorales non plus. This approach also allows isolation of living heart cells at an early embryonic stage, ie to the 6th day of development. On the tenth day of development, the isolation of the cells is made easier with only one marking. The method according to the invention makes it possible to isolate cardiomyocytes on the basis of their mitochondrial potential, since the selection is made on a potential related to the mitochondrial mass. The isolated cells are not tumorous either.
Le procédé selon l'invention peut également être utilisé in vitro afin de tester la toxicité ou l'efficacité de produits chimiques ou médicamenteux. The method according to the invention can also be used in vitro in order to test the toxicity or the effectiveness of chemical or medicinal products.
Les cellules isolées selon le procédé de l'invention peuvent être associées in vitro ou in vivo à des supports ou des dispositifs médicaux et/ou chirurgicaux. L'homme de métier est capable de choisir ces supports et dispositifs selon ses besoins, en faisant appel à ses connaissances techniques. The cells isolated according to the process of the invention may be combined in vitro or in vivo with medical and / or surgical supports or devices. The skilled person is able to choose these supports and devices according to his needs, using his technical knowledge.
Dans l'invention, par « individu », on entend tout animal, notamment des mammifères, en particulier des humains. In the invention, the term "individual" means any animal, especially mammals, in particular humans.
Par « marqueur sensible au potentiel de membrane de la mitochondrie » on définit dans l'invention une molécule qui permet de détecter les mitochondries actives, lesquelles étant capables de maintenir une différence de potentiel entre leur milieu intérieur et leur milieu extérieur. By "mitochondria membrane potential sensitive marker" is defined in the invention a molecule that can detect active mitochondria, which are able to maintain a potential difference between their internal environment and their external environment.
Dans l'invention, la fixation initiale du marqueur sensible au potentiel de membrane de la mitochondrie dépend du potentiel de membrane mitochondriale et nécessite donc que la mitochondrie soit vivante. Ce marqueur se fixe de manière covalente à la matrice mitochondriale. La fixation initiale est fonction du potentiel initial de la mitochondrie. Une fois le marqueur fixé, si le potentiel de la mitochondrie change, la fixation du marqueur reste inchangée. La fixation du marqueur est proportionnelle à la masse de mitochondries de la cellule. In the invention, the initial binding of the mitochondria membrane potential sensitive marker is dependent on the mitochondrial membrane potential and therefore requires that the mitochondrion be alive. This marker binds covalently to the mitochondrial matrix. The initial fixation is a function of the initial potential of the mitochondria. Once the marker is fixed, if the potential of the mitochondria changes, the fixation of the marker remains unchanged. Fixation of the marker is proportional to the mass of mitochondria in the cell.
Des méthodes pour mesurer le potentiel de membrane mitochondriale chez les vertébrés ont été rapportées en utilisant un « quencher » de fluorescence non spécifique (demande US 2010/0209960). Il est également possible de mesurer le potentiel de membrane en modifiant des molécules d'intérêt pour les rendre fluorescentes comme par exemple de ΑΤΡ fluorescent (Umezu et al., Biochemical characterization of the novel rice kinesin K23 and its kinetic study using fluorescence résonance energy transfer between an intrinsic tryptophan residue and a fluorescent ATP analogue, J Biochem 149(5), pages 539-550 (2011)), de modifier les fluorophores eux-mêmes comme par exemple par la modification de YFP (Abraham et al., Bidirectional fluorescence résonance energy transfer (FRET) in mutated and chemically modified yellow fluorescent protein (YFP), Bioconj Chem 22(2):227-34 (201 1)). Il est également possible d'utiliser des marqueurs spécifiques des mitochondries d'une espèce donnée (comme par exemple le marqueur SYTO 18, spécifique des mitochondries de levures). Methods for measuring mitochondrial membrane potential in vertebrates have been reported using a non-specific fluorescence quencher (US application 2010/0209960). It is also possible to measure the membrane potential by modifying molecules of interest to make them fluorescent, for example fluorescent ((Umezu et al., Biochemical characterization of the novel rice kinesin K23 and its kinetic study using fluorescence resonance energy transfer between an intrinsic tryptophan and ATP fluorescent analogue, J Biochem 149 (5), pages 539-550 (2011), to modify the fluorophores themselves as for example by the modification of YFP (Abraham et al., Bidirectional fluorescence resonance energy transfer (FRET) in mutated and chemically modified yellow fluorescent protein (YFP), Bioconj Chem 22 (2): 227-34 (201 1)). It is also possible to use markers specific for mitochondria of a given species (such as the SYTO 18 marker, specific for yeast mitochondria).
Dans la présente invention, le « marqueur sensible au potentiel de membrane mitochondriale » peut correspondre à un marqueur permettant de mesurer l'activité de la chaîne respiratoire et/ou son niveau de développement, notamment aéro/anaérobie. Il peut s'agir par exemple d'un marqueur se fixant de manière spécifique sur des facteurs de transcription, reflétant ainsi le développement ou l'activité de la chaîne respiratoire. In the present invention, the "mitochondrial membrane potential sensitive marker" may correspond to a marker for measuring the activity of the respiratory chain and / or its level of development, in particular aero / anaerobic. It may be, for example, a marker that binds specifically to transcription factors, thus reflecting the development or activity of the respiratory chain.
La production aérobique d'ATP par la mitochondrie est un mécanisme complexe qui fait intervenir la glycolyse, l'oxydation des acides gras (ou « beta oxidation »), le cycle de Krebs (« citric acid cycle »), et la phosphorylation oxydative (OXPHOS, « oxidative phosphorylation »). Ce procédé de production d'énergie ATP est bien supérieur à celui de la respiration anaérobique. ATP mitochondrial aerobic production is a complex mechanism that involves glycolysis, fatty acid oxidation (or "oxidation"), the Krebs cycle ("citric acid cycle"), and oxidative phosphorylation ( OXPHOS, "oxidative phosphorylation"). This method of producing ATP energy is far superior to that of anaerobic respiration.
La glycolyse anaérobique a lieu dans le cytoplasme et donne lieu à la production de pyruvate, de NADH (nicotinamide adenine dinucleotide) et d'ATP. Anaerobic glycolysis takes place in the cytoplasm and gives rise to the production of pyruvate, NADH (nicotinamide adenine dinucleotide) and ATP.
La respiration aérobique a lieu, quant à elle, dans la mitochondrie, l'acétyl-CoA est produit à partir du pyruvate issu de la glycolyse et de l'oxydation des acides gras. L'Acétyl-CoA entre dans le cycle de Krebs pour produire du NADH, du FADH2 (flavin adenine dinucleotide) et de ΓΑΤΡ. Le NADH et le FADH2 vont être utilisés par le complexe respiratoire mitochondrial (mtETC, Mitochondrial encoded Electron Transport Chain ») pour créer un gradient électrique et chimique au niveau de la membrane mitochondriale. Les électrons à haute énergie dérivés de NADH et FAD¾ sont transférés au complexe I et II respectivement, puis vers le coenzyme Q qui va transférer les électrons vers le complexe III. Le cytochrome C est le deuxième accepteur d'électron, il transmet les électrons au complexe IV (« cytochrome C oxidase COX »). Dans l'étape finale, les électrons sont acceptés par l'oxygène via la production d'H 0. Les complexes I, III et IV utilisent l'énergie libérée par le transfert d'électrons pour activer les pompes à protons qui vont transférer des protons dans l'espace inter-membranaire mitochondriale et générer un gradient de pH et de potentiel. Aerobic respiration takes place in the mitochondria, acetyl-CoA is produced from pyruvate from glycolysis and oxidation of fatty acids. Acetyl-CoA enters the Krebs cycle to produce NADH, FADH 2 (flavin adenine dinucleotide) and ΓΑΤΡ. NADH and FADH 2 will be used by the mitochondrial respiratory complex (mtETC, Mitochondrial encoded Electron Transport Chain ") to create an electrical and chemical gradient in the mitochondrial membrane. The high energy electrons derived from NADH and FAD¾ are transferred to complex I and II respectively, then to coenzyme Q which will transfer the electrons to complex III. Cytochrome C is the second electron acceptor, it transmits electrons to complex IV ("cytochrome C oxidase COX"). In the final step, the electrons are accepted by the oxygen via the production of H 0. The complexes I, III and IV use the energy released by the transfer of electrons to activate the proton pumps which will transfer protons in the inter-membrane mitochondrial space and generate a gradient of pH and potential.
L'ATP est finalement produit par le retour des protons vers la matrice mitochondriale à travers le complexe V, qui utilise alors l'énergie générée par le gradient électrochimique pour produire ΓΑΤΡ à partir de l'adénosine diphosphate (ADP) et du phosphate inorganique. Le potentiel de membrane mitochondriale est donc en relation étroite avec l'activité de la chaîne respiratoire et son métabolisme, surtout aérobie, qui augmente ce potentiel. Cette chaîne est un complexe multiprotéique (complexe I (NADH deshydrognease), complexe II (succinate dehydrogenase), complexe III (cytochrome c reductase), complexe IV (cytochrome c oxidase COX), complexe V, et deux transporteurs d'électrons : coenzyme Q et cytochrome C). ATP is ultimately produced by the return of the protons to the mitochondrial matrix through the V complex, which then uses the energy generated by the electrochemical gradient to produce ΓΑΤΡ from adenosine diphosphate (ADP) and inorganic phosphate. The mitochondrial membrane potential is therefore closely related to the activity of the respiratory chain and its metabolism, especially aerobic, which increases this potential. This chain is a multiprotein complex (complex I (NADH deshydrognease), complex II (succinate dehydrogenase), complex III (cytochrome c reductase), complex IV (cytochrome c oxidase COX), complex V, and two electron carriers: coenzyme Q and cytochrome C).
Il existe des marqueurs pour ces différents complexes ainsi que pour d'éventuels isotypes durant la maturation ou pour les facteurs de transcription codant ces complexes. There are markers for these different complexes as well as for possible isotypes during maturation or for the transcription factors encoding these complexes.
Par « marqueur sensible au potentiel de membrane mitochondriale », on entend également des marqueurs reconnaissant spécifiquement des métabolites issus directement, ou indirectement, du métabolisme de la chaîne respiratoire ou de la différentiation neurale. By "mitochondrial membrane potential sensitive marker" is also meant markers specifically recognizing metabolites derived directly or indirectly from the metabolism of the respiratory chain or neural differentiation.
Les radicaux libres (ou ROS, Reactive Oxygen Species) constituent un produit dérivé de l'activité de la chaîne respiratoire. Les radicaux libres sont toxiques pour la cellule et peuvent notamment entraîner des détériorations de l'ADN mitochondrial (mtDNA). Lors de l'activation du métabolisme aérobique, il y a une augmentation des enzymes antioxydantes comme par exemple, la Cu/Zn superoxide dismutase (Cu/Zn- SOD), la glutathione peroxydase 1 (GPxl) et la peroxyredoxine (Prx) 1 et 2. Du fait de l'hypermétabolisme de la phosphorylation oxydative (OXPHOS), la production de radicaux libres va augmenter. L'augmentation localisée de radicaux libres va elle-même augmenter par des boucles d'auto-amplification. La capacité des cellules à utiliser la production aérobique d'énergie, et à s'adapter à l'augmentation de produits dérivés comme les radicaux libres, pourrait être un facteur clef de la différenciation cellulaire. Free radicals (or ROS, Reactive Oxygen Species) are a product derived from the activity of the respiratory chain. Free radicals are toxic to the cell and can in particular cause damage to mitochondrial DNA (mtDNA). When activating aerobic metabolism, there is an increase in antioxidant enzymes such as, for example, Cu / Zn superoxide dismutase (Cu / Zn-SOD), glutathione peroxidase 1 (GPx1) and peroxyredoxin (Prx) 1 and 2. Due to the hypermetabolism of oxidative phosphorylation (OXPHOS), the production of free radicals will increase. The localized increase of free radicals will itself increase by self-amplification loops. The ability of cells to use aerobic energy production, and to adapt to the increase in derived products such as free radicals, could be a key factor in cell differentiation.
L'activité aérobie de la chaîne respiratoire va donc aboutir à une différence de potentiel membranaire, un gradient de pH et également une augmentation de la production de radicaux libres. The aerobic activity of the respiratory chain will therefore result in a difference in membrane potential, a pH gradient and also an increase in the production of free radicals.
Ainsi, le fait de détecter une différence de potentiel ou de pH ou bien la production de radicaux libres dans certaines conditions peut être équivalent dans la présente invention. Thus, detecting a difference in potential or pH or the production of free radicals under certain conditions may be equivalent in the present invention.
Le « marqueur sensible au potentiel de membrane », TMRM, que nous avons utilisé va augmenter la production de radicaux libres après excitation. The "membrane potential sensitive marker" TMRM we have used will increase the production of free radicals after excitation.
En parallèle, un autre marqueur peut être utilisé pour détecter la production locale mitochondriale de radicaux libres, comme par exemple la dihydrorhodamine 123, ou mesurer le pH local mitochondrial, comme par exemple le SNARF 1 (acetyl methylester ayant une structure dérivée du TMRM spiro). Dans l'invention, il est possible de combiner au moins un marqueur sensible au potentiel de membrane de la mitochondrie et au moins un marqueur permettant de quantifier le nombre de mitochondries et/ou d'augmenter la production de radicaux libres, ce qui signifie qu'un ou deux, ou trois, ou plusieurs marqueurs sensibles au potentiel de membrane de la mitochondrie peuvent être combinés avec un ou deux, ou trois, ou plusieurs marqueurs permettant de quantifier le nombre de mitochondries et/ou d'augmenter la production de radicaux libres. In parallel, another marker can be used to detect the local mitochondrial production of free radicals, such as, for example, dihydrorhodamine 123, or to measure the local mitochondrial pH, such as, for example, SNARF 1 (acetyl methyl ester having a structure derived from TMRM spiro). . In the invention, it is possible to combine at least one membrane-sensitive marker of the mitochondria and at least one marker for quantifying the number of mitochondria and / or increasing the production of free radicals, which means that one or two, or three, or more markers sensitive to the membrane potential of the mitochondria may be combined with one or two, or three, or more markers to quantify the number of mitochondria and / or increase the production of radicals free.
Dans un mode de réalisation avantageux, l'invention concerne un procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel soit ledit au moins un marqueur sensible au potentiel de membrane de la mitochondrie, soit ledit au moins un marqueur permettant de quantifier le nombre de mitochondries et/ou d'augmenter la production de radicaux libres, ou les deux, sont des marqueurs de type cationique. Ainsi, dans l'invention In one advantageous embodiment, the invention relates to a method as defined above, in which either said at least one membrane-sensitive marker of the mitochondria or said at least one marker making it possible to quantify the number of mitochondria. and / or increase the production of free radicals, or both, are cationic type markers. Thus, in the invention
soit le marqueur sensible au potentiel de membrane de la mitochondrie est un marquer cationique, le marqueur permettant de quantifier le nombre de mitochondries et/ou d'augmenter la production de radicaux libres n'étant pas cationique, the membrane-sensitive marker of the mitochondria is a cationic marker, the marker making it possible to quantify the number of mitochondria and / or to increase the production of free radicals that is not cationic,
soit le marqueur sensible au potentiel de membrane de la mitochondrie n'est pas un marquer cationique, le marqueur permettant de quantifier le nombre de mitochondries et/ou d'augmenter la production de radicaux libres est un marqueur cationique, the membrane-sensitive marker of the mitochondria is not a cationic marker, the marker for quantifying the number of mitochondria and / or increasing the production of free radicals is a cationic marker,
soit le marqueur sensible au potentiel de membrane de la mitochondrie et le marqueur permettant de quantifier le nombre de mitochondries et/ou d'augmenter la production de radicaux libres sont des marqueurs cationiques. either the membrane potential sensitive marker of the mitochondria and the marker for quantifying the number of mitochondria and / or increasing the production of free radicals are cationic markers.
Les marqueurs cationiques selon l'invention sont de préférence des marqueurs lipophiles et chargés électriquement, dans le cas présent de charge positive (cf. marqueurs cationiques). L'accumulation des cations dans la mitochondrie va dépendre de différents paramètres, notamment du potentiel de membrane mitochondriale, du potentiel de membrane plasmique et du ratio volume mitochondrial par rapport au volume cellulaire. Les marqueurs vont donc pénétrer dans les mitochondries à potentiel élevé. Le marqueur sera choisi de façon à ce que le marqueur ne se fixe pas de manière covalente à la matrice mitochondriale. Il est en fait libre, uniquement retenu dans la mitochondrie du fait de la dépolarisation de la membrane. Si cette polarisation diminue, il y a alors relargage progressif du marqueur en dehors de la mitochondrie. Si la mitochondrie se dépolarise totalement, il y a libération complète du marqueur. The cationic labels according to the invention are preferably lipophilic and electrically charged markers, in this case positive charge (see cationic markers). The accumulation of cations in the mitochondria will depend on different parameters, including mitochondrial membrane potential, plasma membrane potential and mitochondrial volume ratio relative to cell volume. The markers will therefore penetrate the high potential mitochondria. The marker will be chosen so that the marker does not bind covalently to the mitochondrial matrix. It is actually free, only retained in the mitochondria because of the depolarization of the membrane. If this polarization decreases, then there is gradual release of the marker outside the mitochondria. If the mitochondrion depolarizes completely, the marker is completely released.
Dans un mode de l'invention, ces marqueurs peuvent être des marqueurs fluorescents ou pas. Ces marqueurs ont un spectre d'absorption dans lequel on stimulera le marqueur avec une source d'énergie comme une onde électromagnétique et un spectre- d'émission dans lequel on analysera la libération d'énergie comme une fluorescence par exemple. Dans un autre mode de réalisation avantageux, l'invention concerne un procédé tel que mentionné ci-dessus, dans lequel soit ledit au moins un marqueur sensible au potentiel de membrane de la mitochondrie ou soit ledit au moins un marqueur permettant de quantifier le nombre de mitochondries et/ou d'augmenter la production de radicaux libres, soit les deux, sont des marqueurs fluorescents. In one mode of the invention, these markers may be fluorescent markers or not. These markers have an absorption spectrum in which the marker will be stimulated with a source of energy such as an electromagnetic wave and an emission spectrum in which the release of energy will be analyzed as fluorescence for example. In another advantageous embodiment, the invention relates to a method as mentioned above, wherein either said at least one membrane-sensitive marker of the mitochondria or said at least one marker making it possible to quantify the number of mitochondria and / or increase the production of free radicals, or both, are fluorescent markers.
L'utilisation de marqueurs fluorescents est avantageuse car elle permet de mesurer, et de quantifier, le marqueur utilisé. The use of fluorescent markers is advantageous because it makes it possible to measure and quantify the marker used.
La fluorescence peut être intrinsèque (lorsque le marqueur en tant que tel est fluorescent) ou extrinsèque (lorsque le marqueur est couplé à un fluorophore). The fluorescence may be intrinsic (when the marker as such is fluorescent) or extrinsic (when the marker is coupled to a fluorophore).
Parmi les marqueurs mitochondriaux fluorescents sensibles au potentiel de membrane utilisés selon l'invention, on peut lister, sans être limitatif : Among the fluorescent mitochondrial markers sensitive to the membrane potential used according to the invention, it is possible to list, without being limiting:
- la Rhodamine 123 (RI 23) ; Rhodamine 123 (RI 23);
- le methylester de tetramethylrhodamine (TMRM, C2SÎÎ25C1N207, Tetramethylrhodamine, methylester (Xanthylium,3,6-bis(dimethylamino)-9-(2-- the methyl ester of tetramethylrhodamine (TMRM, C 2S Î 25 C1N 2 0 7, tetramethylrhodamine, methylester (xanthylium, 3,6-bis (dimethylamino) -9- (2-
(methoxycarbonyl)phenyl perchlorate)) comme par exemple T668; (methoxycarbonyl) phenyl perchlorate)) such as T668;
- l'éthylester de tetramethylrhodamine (TMRE, (C26H27Cl o7, Tetramethylrhodamine ethylester, perclorate (Xanthylium, 3,6- bis(dimethylamino)-9-[2-(etho2çycarbonyl)phenyl] -,perchlorate)) comme par exemple TMRE Ύ669; - tetramethylrhodamine ethyl ester (TMRE, (C 26 H 2 7cl o7, tetramethylrhodamine ethylester, perclorate (xanthylium, 3,6-bis (dimethylamino) -9- [2- (etho2çycarbonyl) phenyl] -, perchlorate)) as by example TMRE Ύ669;
le tetramethylrhodamine-5-maleimide tetramethylrhodamine-5-maleimide
- le 5,5',6,6'-tetrachloro-l, ,3,3'-tetraethylbenzimidazolcarbocyanine iodide (JC- 5,5 ', 6,6'-tetrachloro-1,1,3,3-tetraethylbenzimidazolcarbocyanine iodide (JC-
1), 1),
- le JC-9, - the JC-9,
- le 3,3'-dihexyloxacarbocyanine iodide (DiOC6), et 3,3'-dihexyloxacarbocyanine iodide (DiOC6), and
- le 2-(4-(dimethylamino)styryl)-N-ethylpyridinium iodide) (DASPEI) 2- (4- (dimethylamino) styryl) -N-ethylpyridinium iodide) (DASPEI)
- le mitotracker Green FM MTG,« Mitotracker dye », - the Green FM MTG mitotracker, "Mitotracker dye",
- Mitotracker red CMXRos, - Mitotracker red CMXRos,
- Mitotracker orange CMTMRos, - Mitotracker orange CMTMRos,
- Dihydrorhodamine 123 (C21H18N203 benzoic acid, 2-(3,6-diamino-9H-xanthene-- Dihydrorhodamine 123 (C 21 H 18 N 2 O 3 benzoic acid, 2- (3,6-diamino-9H-xanthene)
9-yl)-, methyl ester ayant la même structure que le TMRM mais sans la méthylation des cycles aromatiques) Parmi les marqueurs mitochondriaux fluorescents permettant la détection de la masse mitochondriale on peut lister, sans pour autant être limitatif : 9-yl) - methyl ester having the same structure as TMRM but without the methylation of aromatic rings) Among the fluorescent mitochondrial markers allowing the detection of the mitochondrial mass, it is possible to list, without being limiting:
- le Mitotracker Green FM (MTG), - Mitotracker Green FM (MTG),
- le Mitotracker Red 580nm MitoTracker® Red FM (MTR), - Mitotracker Red 580nm MitoTracker® Red FM (MTR),
- le MitoTracker® Deep Red FM (MTDR), - the MitoTracker® Deep Red FM (MTDR),
ou par exemple des marqueurs qui détectent une activité de la séquence El alpha pyruvate déshydrogénase (cf. cell light mitochondria-GFP C010600 Invitrogen®), or, for example, markers which detect an activity of the El alpha pyruvate dehydrogenase sequence (see cell light mitochondria-GFP C010600 Invitrogen®),
- ou par exemple des marqueurs permettant par contraste d'évaluer le volume total des mitochondries de la cellule (comme le marqueur cytoplasmique calcein-AM), la nonyl acridine orange fluorescente, or, for example, markers which in contrast make it possible to evaluate the total volume of the mitochondria of the cell (such as the cytoplasmic marker calcein-AM), fluorescent nonyl acridine orange,
- un marqueur reconnaissant la cardiolipine, dont le niveau d'expression à membrane de la mitochondrie est proportionnel à la masse mitochondriale a marker recognizing cardiolipin, whose level of membrane expression of the mitochondria is proportional to the mitochondrial mass
- un marqueur qui reconnaît spécifiquement des facteurs de transcription mitochondriaux codant pour la réplication ou la transcription de l'ADN mitochondrial, comme par exemple et de manière non exclusive, les facteurs de transcription TFAM, TFB2M, POLG. a marker which specifically recognizes mitochondrial transcription factors coding for the replication or transcription of mitochondrial DNA, for example and in a non-exclusive manner, transcription factors TFAM, TFB2M, POLG.
D'autres marqueurs tels que des marqueurs permettant d'analyser des activités biologiques enzymatiques, la modification locale du pH, le calcium (par exemple le Fluo-5N AM), des marqueurs permettant de mesurer différentes activités de la phosphorylation oxydative et du cycle de Krebs mitochondrial (cf. aussi rhod-2 Koopman WJ, Computer-assisted live cell analysis, Methods 2008 46(4) :304- 311)(Fluo-5N AM C50H47F2N3O25 qui sur le plan chimique est dérivé du TMRM avec une modification de la chaîne latérale et une substitution des cycles aromatiques les métabolites), les radicaux libres, ΓΑΤΡ « turnover », la cytochrome oxydase, l'activité superoxide des protéines antioxydantes (telles que MnSOD ou CuZnSOD), l'activité lactate déshydrogénase ou encore l'expression de certains gènes régulateurs mitochondriaux peuvent être utilisés. Ces marqueurs sont intéressants car leur fixation initiale ne dépend pas directement du potentiel de la mitochondrie. Other markers such as markers for analyzing enzymatic biological activities, local pH modification, calcium (for example Fluo-5N AM), markers for measuring various activities of oxidative phosphorylation and the Mitochondrial Krebs (see also rho-2 Koopman WJ, Computer-Assisted Live Cell Analysis, Methods 2008 46 (4): 304-311) (Fluo-5N AM C 50 H 4 7F 2 N 3 O 25 which in chemical terms is derived from TMRM with side chain modification and substitution of aromatic rings metabolites), free radicals, ΓΑΤΡ "turnover", cytochrome oxidase, superoxide activity of antioxidant proteins (such as MnSOD or CuZnSOD), l lactate dehydrogenase activity or the expression of certain mitochondrial regulatory genes may be used. These markers are interesting because their initial fixation does not depend directly on the potential of the mitochondria.
Il est également possible d'utiliser des vecteurs d'expression codant une séquence Elalpha pyruvate déshydrogénase fusionnée à la GFP ou RFP. Des marqueurs avantageux permettent de mesurer la quantité de radicaux libres (ROS). On peut citer, sans être limitatif : It is also possible to use expression vectors encoding an Elalpha pyruvate dehydrogenase sequence fused to GFP or RFP. Advantageous markers make it possible to measure the amount of free radicals (ROS). It may be mentioned, without being limiting:
le RedoxSensor Red CC-1, RedoxSensor Red CC-1,
- le MitoTracker Red CM-H2XRos, - the MitoTracker Red CM-H 2 XRos,
- la Dihydrorhodamine 6G, qui n'est pas fluorescente, - Dihydrorhodamine 6G, which is not fluorescent,
- MitoTracker® Orange CM-H2TMRos, et - MitoTracker® Orange CM-H 2 TMRos, and
- les marqueurs type DCFDA, dont CM-H2DCFDA (5-(and-6)-chloromethyl-2',7'- dichlorodihydrofluorescein diacetate, acetyl ester) ou DCF-DA ou H2DCFDA,DCFDA type markers, of which CM-H 2 DCFDA (5- (and-6) -chloromethyl-2 ', 7'-dichlorodihydrofluorescein diacetate, acetyl ester) or DCF-DA or H 2 DCFDA,
- Dihydrorhodamine 123. - Dihydrorhodamine 123.
Les nombreux fluorophores susceptibles d'être couplés aux marqueurs sont bien connus de l'homme du métier. De manière non limitative, on peut citer par exemple le TMR, la fluorescéine (FITC), la calcéine, la dichlorofluorescéine, les cyanines, les molécules Alexa, ou encore les protéines fluorescentes, notamment la CFP, la GFP, l'YFP, la DsRed ou la Flavine. Le recours à des fluorophores particuliers dépend généralement de leur spectre d'absorption et d'émission. Par exemple, la Dichlorofluorescéine (DCF) ou la Calcéine peuvent être idéalement couplées au TMRM. The many fluorophores capable of being coupled to the markers are well known to those skilled in the art. In a nonlimiting manner, mention may be made, for example, of TMR, fluorescein (FITC), calcein, dichlorofluorescein, cyanines, Alexa molecules, or else fluorescent proteins, in particular the CFP, GFP, YFP, DsRed or Flavine. The use of particular fluorophores generally depends on their absorption and emission spectrum. For example, Dichlorofluorescein (DCF) or Calcein can be conveniently coupled to TMRM.
Parmi les fluorophores susceptibles d'être couplés aux marqueurs, il est également possible d'utiliser des « quantum dots » (QDot), c'est-à-dire des nanocristaux dont la fluorescence varie selon leur diamètre. De manière non limitative, on peut citer par exemple le QDot ZnSe, le QDot CdSe ou le QDot CdTe. Among the fluorophores capable of being coupled to the markers, it is also possible to use quantum dots (QDot), that is to say nanocrystals whose fluorescence varies according to their diameter. In a nonlimiting manner, mention may be made, for example, of QDot ZnSe, QDot CdSe or QDot CdTe.
Egalement, l'invention concerne dans un autre mode de réalisation avantageux un procédé tel que défini ci dessus, dans lequel ledit au moins un marqueur sensible au potentiel de membrane de la mitochondrie est choisi parmi l'ester méthylique de tétraméthyle rhodamine (TMRM) et Tester éthylique de tétraméthyle rhodamine (TMRE). In another advantageous embodiment, the invention also relates to a method as defined above, wherein said at least one membrane-sensitive marker of the mitochondria is selected from tetramethyl rhodamine methyl ester (TMRM) and Tetramethyl rhodamine ethyl ester (TMRE).
Ledit au moins un marqueur sensible au potentiel de membrane peut idéalement être choisi dans la liste ci-dessous : Said at least one membrane-sensitive marker may ideally be selected from the list below:
- l'ester méthylique de tétraméthyle rhodamine (TMRM) tetramethyl rhodamine methyl ester (TMRM)
- Tester de tétraméthyle rhodamine (TMRE) - Tetramethyl Rhodamine Test (TMRE)
- le tetramethylrhodamine-5-maleimide - la Rhodamine 123 (R123), tetramethylrhodamine-5-maleimide Rhodamine 123 (R123),
- le 5,5',6,6'-tetrac loro-l, ,3,3'-tetraethylbenzimidazolcarbocyanine iodide (JC-1), 5,5 ', 6,6'-tetracoro-1,1,3,3-tetraethylbenzimidazolcarbocyanine iodide (JC-1),
- le JC-9, - the JC-9,
- le 3,3'-dihexyloxacarbocyanine iodide (DiOC6), et 3,3'-dihexyloxacarbocyanine iodide (DiOC6), and
- le 2-(4-(dimethylamino)styiyl)-N-éthylpyridinium iodide) (DASPEI). 2- (4- (dimethylamino) stylyl) -N-ethylpyridinium iodide) (DASPEI).
Ces différents marqueurs peuvent être modifiés chimiquement, liés ou associés à d'autres composés. These different markers can be chemically modified, bound or associated with other compounds.
De manière surprenante, les Inventeurs ont constaté que les cellules neurales présentent des propriétés particulières pendant leur développement. Surprisingly, the inventors have found that neural cells have particular properties during their development.
Les cellules neurales possèdent en effet un potentiel de membrane mitochondrial bas et stable associé à un nombre élevé de mitochondries, ainsi qu'un système de protection leur permettant de résister à la toxicité des radicaux libres. Neural cells indeed have a low and stable mitochondrial membrane potential associated with a high number of mitochondria, as well as a protection system allowing them to resist the toxicity of free radicals.
Les cellules neurales sont donc capables de résister à des agents toxiques tels que les radicaux libres, notamment ceux induits lors d'une stimulation du TMRM. Neural cells are therefore able to withstand toxic agents such as free radicals, especially those induced during TMRM stimulation.
Les cardiomyocytes ont, quant à eux, un haut potentiel de membrane, moins stable, pour un nombre inférieur de mitochondries, ces cellules sont donc moins protégées vis-à-vis des radicaux libres. The cardiomyocytes have a high membrane potential, less stable, for a lower number of mitochondria, these cells are therefore less protected from free radicals.
Les cellules totipotentes, ainsi que les autres types cellulaires, possèdent moins de mitochondries et sont, quant à elles, beaucoup moins protégées vis-à-vis des radicaux libres. The totipotent cells, as well as the other cell types, have less mitochondria and are, for their part, much less protected against free radicals.
Ainsi, le marquage d'une population cellulaire avec un marqueur sensible au potentiel de membrane mitochondrial, tel que le TMRM, permet de sélectionner les populations de cellules souches neurales et de cardiomyocytes. Lesquelles populations peuvent alors être distinguées l'une de l'autre par un marquage à l'aide d'un marqueur permettant de quantifier le nombre de mitochondries. Thus, labeling a cell population with a mitochondrial membrane potential sensitive marker, such as TMRM, allows selection of neural stem cell and cardiomyocyte populations. Which populations can then be distinguished from each other by labeling with a marker to quantify the number of mitochondria.
Les Inventeurs ont également constaté de manière surprenante que le marquage simultané du TMRM avec un second marqueur mitochondrial, tel que le MTG, entraîne une dépolarisation et la mort des cellules qui ne sont pas des cellules souches neurales. Une stimulation du TMRM par l'intermédiaire du second marqueur pourrait être à l'origine d'une libération plus importante de radicaux libres, toxiques pour les autres types cellulaires. De cette manière, un marquage simultané d'une population cellulaire permet de sélectionner les cellules souches neurales qui sont les plus résistantes. Pour cette raison, les populations cellulaires peuvent également être distinguées en utilisant un marqueur permettant d'augmenter la production de radicaux libres. The inventors have also surprisingly found that simultaneous labeling of TMRM with a second mitochondrial marker, such as MTG, results in depolarization and death of cells that are not neural stem cells. Stimulation of TMRM via the second marker could lead to a greater release of free radicals, toxic to other cell types. In this way, simultaneous labeling of a cell population makes it possible to select the neural stem cells that are the most resistant. For this reason, cell populations can also be distinguished by using a marker to increase the production of free radicals.
Ainsi, dans l'invention le deuxième marqueur peut être à la fois un marqueur qui permet de mesurer le nombre de mitochondries et un marqueur qui, de la manière dont il est employé dans l'invention, va augmenter la production de radicaux libres. Thus, in the invention the second marker can be both a marker for measuring the number of mitochondria and a marker which, in the manner used in the invention, will increase the production of free radicals.
Par exemple, l'activation du MTG entraîne un transfert d'énergie par FRET vers le TMRM dont la sur-activation entraîne alors une production augmentée de radicaux libres. L'isolement des cellules neurales est alors facilité par la propriété de ces cellules d'être mieux protégées vis-à-vis des radicaux libres par rapport aux autres types cellulaires, dont les cardiomyocytes. For example, activation of MTG results in FRET energy transfer to TMRM, the over-activation of which then leads to an increased production of free radicals. The isolation of neural cells is then facilitated by the property of these cells to be better protected against free radicals compared to other cell types, including cardiomyocytes.
Dans encore un autre mode de réalisation avantageux, l'invention concerne un procédé susmentionné, dans lequel ledit au moins un marqueur permettant de quantifier le nombre de mitochondries et/ou d'augmenter la production de radicaux libres est choisi parmi les marqueurs de protéines mitochondriales ou les marqueurs de l'ADN mitochondrial. In yet another advantageous embodiment, the invention relates to a method mentioned above, wherein said at least one marker for quantifying the number of mitochondria and / or increasing the production of free radicals is selected from mitochondrial protein markers. or markers of mitochondrial DNA.
Dans la présente invention deux ou plusieurs marqueurs mitochondriaux peuvent être suffisants pour isoler les cellules d'intérêts, surtout si ces marqueurs sont liés à d'autres marqueurs non spécifiques des mitochondries. Il peut être possible également d'utiliser différents marqueurs du développement mitochondrial pour isoler les cellules neurales. Ces marqueurs sont des marqueurs reliés à la masse et au nombre de mitochondries, les marqueurs permettant de détecter des protéines structurales, des marqueurs permettant de détecter des activités enzymatiques spécifiques, des marqueurs permettant de mesurer les différentes copies de l'ADN mitochondrial, des marqueurs métaboliques ou des marqueurs de réplication, de transcription, de packing ou de réparation de l'ADN mitochondrial (tels que TFAM, TFB2M, POLG) ... In the present invention two or more mitochondrial markers may be sufficient to isolate the cells of interest, especially if these markers are linked to other non-specific mitochondrial markers. It may also be possible to use different markers of mitochondrial development to isolate neural cells. These markers are markers related to the mass and number of mitochondria, markers for detecting structural proteins, markers for detecting specific enzymatic activities, markers for measuring different copies of mitochondrial DNA, markers metabolites or markers of replication, transcription, packing or repair of mitochondrial DNA (such as TFAM, TFB2M, POLG) ...
Dans encore un autre mode de réalisation avantageux, l'invention concerne un procédé susmentionné, où le marqueur permettant de quantifier le nombre de mitochondries et/ou d'augmenter la production de radicaux libres est du traceur de mitochondrie vert (MitoTracker Green ; MTG, C34H28CI5N3O (Benzoxazolium,2-[3-[5,6-dichloro-l,3- bis[[4-(chloromethyl)phenyl]- 1 ,3 -di ydro-2H-benzimidazol-2-ylidene]- 1 -propenyl]-3 - methyl-,chloride)). In yet another advantageous embodiment, the invention relates to an aforementioned method, wherein the marker for quantifying the number of mitochondria and / or increasing the production of free radicals is green mitochondrial tracer (MitoTracker Green; C34H28Cl5N3O (Benzoxazolium, 2- [3- [5,6-dichloro-1,3- bis [[4- (chloromethyl) phenyl] -1,3-dihydro-2H-benzimidazol-2-ylidene] -1-propenyl] -3-methyl-, chloride)).
Dans encore un autre mode de réalisation avantageux, l'invention concerne un procédé susmentionné, où le second marqueur est du traceur de mitochondrie vert (MitoTracker Green ; MTG) et le premier marqueur est le TMRM ou le TMRE. In yet another advantageous embodiment, the invention relates to an aforementioned method, wherein the second marker is green mitochondrial tracer (MitoTracker Green, MTG) and the first marker is TMRM or TMRE.
Les marqueurs utilisés selon l'invention peuvent être modifiés chimiquement et peuvent même être combinés entre eux. Ils peuvent être reliés par un spacer (« branched » ou non) qui peut servir à transférer l'énergie. The labels used according to the invention can be chemically modified and can even be combined with one another. They can be connected by a spacer ("branched" or not) that can be used to transfer energy.
Dans un mode de réalisation, l'invention concerne un procédé tel que défini précédemment dans lequel ledit au moins un marqueur sensible au potentiel de membrane de la mitochondrie et ledit au moins un marqueur permettant de quantifier le nombre de mitochondries et/ou d'augmenter la production de radicaux libres permettent un transfert d'énergie de l'un à l'autre des marqueurs pouvant entraîner une production de radicaux libres. In one embodiment, the invention relates to a method as defined above wherein said at least one membrane-sensitive marker of the mitochondria and said at least one marker for quantifying the number of mitochondria and / or increasing the production of free radicals allows a transfer of energy from one to the other of the markers that can lead to the production of free radicals.
Dans un autre mode de réalisation avantageux, ledit au moins un marqueur sensible au potentiel de membrane de la mitochondrie et ledit au moins un marqueur permettant de quantifier le nombre de mitochondries et/ou d'augmenter la production de radicaux libres sont fluorescents, et permettent un transfert d'énergie ou FRET. In another advantageous embodiment, said at least one membrane-sensitive marker of the mitochondria and said at least one marker making it possible to quantify the number of mitochondria and / or increase the production of free radicals are fluorescent, and allow a transfer of energy or FRET.
L'échange d'énergie entre marqueurs fluorescents est appelé « FRET » (« Fluorescence Résonance Energy Transfert ») (Revue : Selvin PR, Nature Structural Biology, vol.7:9 (2000)). On considère le fluorochrome donneur d'énergie et le receveur d'énergie. Ce phénomène nécessite généralement une compatibilité énergétique entre les molécules. Cela signifie que le spectre d'émission du donneur doit recouvrir au moins partiellement le spectre d'absorption de l'accepteur ou être très proche. Il y a des possibilités pour modifier les différents marqueurs et permettre cette interaction. Le mécanisme de FRET s'applique par extension à un échange d'énergie entre des molécules qui ne sont pas forcément fluorescentes et l'échange d'énergie n'a pas forcement lieu dans le domaine de l'onde visible. Il existe de nombreux accepteurs pour les donneurs d'énergie. Par exemple, le cryptate de terbium et le crypate d'europium peuvent être utilisés avec des fluorophores de type Cy5, mais ils présentent aussi l'avantage de pouvoir être associés à des fluorophores de type fluorescéine ou des protéines fluorescentes (GFP). The energy exchange between fluorescent markers is called "FRET"("Fluorescence Resonance Energy Transfer") (Journal: Selvin PR, Nature Structural Biology, vol.7: 9 (2000)). The donor fluorochrome and the energy recipient are considered. This phenomenon generally requires energy compatibility between the molecules. This means that the donor's emission spectrum must at least partially cover the absorption spectrum of the acceptor or be very close. There are possibilities to modify the different markers and to allow this interaction. The FRET mechanism applies by extension to an energy exchange between molecules that are not necessarily fluorescent and the exchange of energy does not necessarily take place in the visible wave domain. There are many acceptors for energy donors. For example, terbium cryptate and europium crypate can be used with Cy5 fluorophores, but they also have the advantage of being able to be associated with fluorescein fluorophores or fluorescent proteins (GFP).
Pour le MTG, la longueur d'onde d'absorption est de 490nm et la longueur d'onde d'émission est de 516 nM. Pour le TMRM, la longueur d'onde d'absorption est de 549 nm et la longueur d'onde d'émission de 574 nM. For the MTG, the absorption wavelength is 490 nm and the emission wavelength is 516 nM. For TMRM, the absorption wavelength is 549 nm and the emission wavelength is 574 nM.
Ainsi, il peut y avoir transfert d'énergie entre les deux marqueurs, ou FRET. Lorsqu'il y a mécanisme de FRET entre les deux marqueurs, la fluorescence émise par le MTG à 516 nM diminue et l'on constate une augmentation de la fluorescence à 549 nM dans le spectre du TMRM. Aussi, la lumière émise par le MTG est à une longueur d'onde correspondant à la longueur d'onde d'excitation du TMRM. Thus, there may be energy transfer between the two markers, or FRET. When there is a FRET mechanism between the two markers, the fluorescence emitted by MTG at 516 nM decreases and there is an increase in fluorescence at 549 nM in the TMRM spectrum. Also, the light emitted by the MTG is at a wavelength corresponding to the excitation wavelength of the TMRM.
Dans la présente invention, les Inventeurs ont montré que le FRET entre le MTG et le TMRM permet d'identifier les cellules souches neurales et d'éliminer les autres contingents cellulaires. Pour les cellules souches neurales, les cellules vont donc rester positives pour le premier marqueur car leur potentiel de membrane reste stable. En présence du deuxième marqueur, le transfert d'énergie a lieu du fait de la compatibilité du transfert d'énergie. La fluorescence du deuxième marqueur va diminuer, mais la fluorescence du premier marqueur va être très augmentée : il y a phénomène de FRET. Avec cette méthode, les cellules neurales auront un marquage très positif pour le premier marqueur, qui est paradoxalement augmenté à cause du FRET. Les cellules seront ainsi faciles à identifier en analysant les fluorescences pour les deux marqueurs (premier marqueur « high » et « intermédiaire » pour le second marqueur). In the present invention, the inventors have shown that FRET between MTG and TMRM makes it possible to identify neural stem cells and to eliminate other cell quotas. For neural stem cells, the cells will therefore remain positive for the first marker because their membrane potential remains stable. In the presence of the second marker, the energy transfer takes place due to the compatibility of the energy transfer. The fluorescence of the second marker will decrease, but the fluorescence of the first marker will be greatly increased: there is FRET phenomenon. With this method, the neural cells will have a very positive labeling for the first marker, which is paradoxically increased because of FRET. The cells will thus be easy to identify by analyzing the fluorescences for the two markers (first marker "high" and "intermediate" for the second marker).
Le phénomène de FRET permet donc la sélection positive des cellules d'intérêt dont la fluorescence est augmentée, mais permet également la diminution de la fluorescence des autres cellules, qui ne sont pas des cellules d'intérêt, par dépolarisation et/ou mort cellulaire. Cette méthode de sélection entraîne un enrichissement dans la préparation des cellules d'intérêt qui survivent plus facilement et une diminution des autres des cellules plus sensibles à la toxicité. Le premier marquage TMRM peut se faire sur des cellules isolées en cluster ou pas, sur un embryon ou sur des tissus pour la même durée. Dans d'autre cas, il est possible de dissocier les cellules dans une solution enzymatique (comprenant par exemple de la collagénase) ou pas. Les procédés de préparation de cellules neurales à partir de tissus sont bien connus de l'homme du métier. The FRET phenomenon thus allows the positive selection of the cells of interest whose fluorescence is increased, but also allows the decrease of the fluorescence of the other cells, which are not cells of interest, by depolarization and / or cell death. This selection method results in an enrichment in the preparation of the cells of interest that survive more easily and a decrease in other cells more sensitive to toxicity. The first TMRM labeling can be done on isolated cells clustered or not, on an embryo or on tissues for the same duration. In other cases, it is possible to dissociate the cells in an enzyme solution (including for example collagenase) or not. Methods for preparing neural cells from tissue are well known to those skilled in the art.
Il est possible de rincer deux fois les cellules en PBS sans calcium et sans magnésium puis dans une solution de trypsine EDTA qui chélate le calcium et polarise les cellules. Après dissociation, on reprend les cellules dans le milieu de culture ou dans un tampon puis on effectue le marquage pendant une ½ h. à 37C°. Deux lavages des cellules sont ensuite réalisés avec le tampon TMRM (116 nM NaCl, 20 mM Hepes, 12,5 mM NaH2P04, 5,6 mM glucose, 5,4 mM KCl 0.8 mM MgS04 Ph 7,35). La fluorescence est ensuite lue directement par cytométrie de flux. It is possible to rinse the cells twice in PBS without calcium and magnesium and then in a trypsin EDTA solution which chelates calcium and polarizes the cells. After dissociation, the cells are taken up in the culture medium or in a buffer and then the labeling is carried out for ½ h. at 37 ° C. Two washes cells are then made with the TMRM buffer (116 nM NaCl, 20 mM Hepes, 12.5 mM NaH2P04, 5.6 mM glucose, 5.4 mM KCl, 0.8 mM MgS0 4 Ph 7.35). The fluorescence is then read directly by flow cytometry.
Outre la combinaison avantageuse TMRM MTG, d'autres couples de marqueurs peuvent être utilisés dans l'invention. In addition to the advantageous TMRM MTG combination, other pairs of markers can be used in the invention.
Sans limitation, on peut citer les couples suivants : Without limitation, the following couples may be mentioned:
- TMRE/MTG, - TMRE / MTG,
- JC-l/Mitotracker red 580nm, JC-1 / Mitotracker red 580 nm,
- Rhodamine 123 /MTG, Rhodamine 123 / MTG,
TMRM /BODIPY 11 (dans ce cas l'utilisation avantageuse est réalisée avec 1,0 μΜ de BODIPY 11 pendant 30 min à température ambiante, et pendant 30 min avec du TMRM à 0,10 μΜ), TMRM / BODIPY 11 (in this case the advantageous use is carried out with 1.0 μΜ of BODIPY 11 for 30 min at ambient temperature, and for 30 min with TMRM at 0.10 μΜ),
- Cy3/Cy5, - Cy3 / Cy5,
- GFP/YFP, - GFP / YFP,
- GFP/DsRed, - GFP / DsRed,
- Alexa 488/Alexa 568, - Alexa 488 / Alexa 568,
- Alexa 546/Alexa 594, - Alexa 546 / Alexa 594,
- Alexa 594/ Alexa 647, - Alexa 594 / Alexa 647,
- Mitotracker Orange (CMTMRos)/MTG, - Mitotracker Orange (CMTMRos) / MTG,
- TMRM/Quantum Dot ayant une absorption à moins de 500 nm ou plus de 600nm et émission dans le spectre de l'accepteur ici TMRM (500-600 nm) comme par exemple Quantum Dot CdSE/ZnS, - TMRM / Quantum Dot having an absorption at less than 500 nm or more than 600 nm and emission in the acceptor spectrum here TMRM (500-600 nm), for example Quantum Dot CdSE / ZnS,
- TMRM/ Quantum Dot CdSE/ZnS couplé à des naoparticules (y- Fe203), TMRM couplé directement à une source d'énergie ou une chaîne de transmission énergie, - TMRM / Quantum Dot CdSE / ZnS coupled to naoparticles (y-Fe 2 0 3 ), TMRM coupled directly to a power source or energy transmission chain,
TMRM/TMRM modifié afin d'avoir un pic d'émission dans le pic d'absorption du TMRM et servir de donneur d'énergie. (Il est possible de modifier les cycles aromatiques pour changer la fluorescence par exemple, par méthylation de ces cycles ou interposition d'une chaîne carbonée sur la chaîne latérale. TMRM / TMRM modified to have an emission peak in the TMRM absorption peak and serve as an energy donor. (It is possible to modify the aromatic cycles to change the fluorescence for example, by methylation of these cycles or interposition of a carbon chain on the side chain.
Bien entendu, cette liste n'est pas limitative, et l'homme de métier est capable d'adapter les combinaisons de son choix selon les types cellulaires souhaités. Of course, this list is not limiting, and the skilled person is able to adapt the combinations of his choice according to the desired cell types.
Selon un mode de réalisation avantageux, l'un des marqueurs peut être non fluorescent, mais capable de délivrer de l'énergie au marqueur fluorescent et entraîner l'augmentation de l'activité biologique du premier marqueur, entraînant par exemple l'augmentation de radicaux libres toxiques. Une telle approche permet de faciliter la purification des cellules plus résistantes. According to an advantageous embodiment, one of the markers may be non-fluorescent, but capable of delivering energy to the fluorescent marker and cause the increase in the biological activity of the first marker, resulting for example in the increase of radicals. free toxic. Such an approach facilitates the purification of more resistant cells.
Dans un mode de réalisation préférentiel, l'invention concerne un procédé d'isolement des cellules neurales, dans lequel le marqueur sensible au potentiel de membrane et le marqueur permettant de quantifier le nombre de mitochondries et/ou d'augmenter la production de radicaux libres correspondent à un marqueur unique. In a preferred embodiment, the invention relates to a method of isolating neural cells, wherein the membrane potential sensitive marker and the marker for quantifying the number of mitochondria and / or increasing the production of free radicals. correspond to a single marker.
En effet, il est possible de coupler chimiquement un marqueur sensible au potentiel de membrane avec : Indeed, it is possible to chemically couple a membrane-sensitive marker with:
- un marqueur permettant de quantifier le nombre de mitochondries ou, a marker making it possible to quantify the number of mitochondria or
- un marqueur permettant d'augmenter la production de radicaux libres, ou a marker for increasing the production of free radicals, or
- un marqueur permettant de quantifier le nombre de mitochondries et d'augmenter la production de radicaux libres. a marker making it possible to quantify the number of mitochondria and to increase the production of free radicals.
Par exemple, il est possible de concevoir un marqueur unique composé d'un premier marqueur sensible au potentiel de membrane et d'un second marqueur qui absorbe de l'énergie dans un spectre d'absorption donné, et la réémet dans un spectre d'émission compatible avec le spectre d'absorption du premier marqueur sensible au potentiel de membrane mitochondriale. De manière non limitative, un tel marqueur unique peut être par exemple le TMRM couplé chimiquement à un quantum dot. For example, it is possible to design a single label composed of a first membrane potential sensitive marker and a second marker that absorbs energy in a given absorption spectrum, and retransmits it into a spectrum of emission compatible with the absorption spectrum of the first marker sensitive to mitochondrial membrane potential. In a nonlimiting manner, such a single marker may be, for example, TMRM chemically coupled to a quantum dot.
Le quantum Dot absorbe de l'énergie puis émet l'énergie dans le spectre d'absorption du TMRM par FRET. Cette délivrance d'énergie va s'accompagner d'une « suractivation » du TMRM avec une production très augmentée de radicaux libres par rapport à la production obtenue en l'absence du capteur d'énergie. Dot quantum absorbs energy and then emits energy into the absorption spectrum of TMRM by FRET. This energy delivery will be accompanied by a "superactivation" of the TMRM with a very increased production of free radicals compared to the production obtained in the absence of the energy sensor.
L'invention concerne également un procédé d'isolement de cellules souches neurales et/ou cardiomyocytaires, tel que défini précédemment, ledit procédé comprenant : The invention also relates to a method for isolating neural and / or cardiomyocyte stem cells, as defined above, said method comprising:
a. une étape d'incubation d'une population cellulaire avec at. a step of incubation of a cell population with
i. soit au moins un marqueur sensible au potentiel de membrane de la mitochondrie, i. at least one marker sensitive to the membrane potential of the mitochondria,
ii. soit au moins un marqueur permettant de quantifier le nombre de mitochondries et/ou d'augmenter la production de radicaux libres, b. une étape d'incubation de la population cellulaire marquée à l'étape a), avec ii. either at least one marker for quantifying the number of mitochondria and / or increasing the production of free radicals, b. a step of incubating the labeled cell population in step a), with
i. soit au moins un marqueur permettant de quantifier le nombre de mitochondries et/ou d'augmenter la production de radicaux libres, si au moins un marqueur sensible au potentiel de membrane de la mitochondrie a été utilisé à l'étape a), i. at least one marker making it possible to quantify the number of mitochondria and / or to increase the production of free radicals, if at least one membrane-sensitive marker of the mitochondria has been used in step a),
ii. soit au moins un marqueur sensible au potentiel de membrane de la mitochondrie, si au moins un marqueur permettant de quantifier le nombre de mitochondries et/ou d'augmenter la production de radicaux libres a été utilisé à l'étape a), et ii. or at least one membrane-sensitive marker of the mitochondria, if at least one marker for quantifying the number of mitochondria and / or increasing the production of free radicals has been used in step a), and
c. une étape d'isolement des cellules souches neurales et/ou cardiomyocytaires. vs. a step of isolating the neural and / or cardiomyocyte stem cells.
L'invention concerne également un procédé d'isolement de cellules souches neurales et/ou cardiomyocytaires, tel que défini précédemment, ledit procédé comprenant : The invention also relates to a method for isolating neural and / or cardiomyocyte stem cells, as defined above, said method comprising:
a. une étape d'incubation d'une population cellulaire avec au moins un marqueur sensible au potentiel de membrane de la mitochondrie, notamment le TMRM ou le TMRE, b. une étape d'incubation de la population cellulaire marquée à l'étape a), avec au moins un marqueur permettant de quantifier le nombre de mitochondries et/ou d'augmenter la production de radicaux libres, notamment le MTG, et at. a step of incubating a cell population with at least one membrane-sensitive marker of the mitochondria, in particular TMRM or TMRE, b. a step of incubating the cell population labeled in step a), with at least one marker making it possible to quantify the number of mitochondria and / or to increase the production of free radicals, in particular MTG, and
c. une étape d'isolement des cellules souches neurales et/ou cardiomyocytaires. vs. a step of isolating the neural and / or cardiomyocyte stem cells.
L'invention concerne également un procédé d'isolement de cellules souches neurales et/ou cardiomyocytaires, tel que défini précédemment, ledit procédé comprenant : The invention also relates to a method for isolating neural and / or cardiomyocyte stem cells, as defined above, said method comprising:
a. une étape d'incubation d'une population cellulaire, avec au moins un marqueur permettant de quantifier le nombre de mitochondries et/ou d'augmenter la production de radicaux libres, notamment le MTG, et b. une étape d'incubation d'une population cellulaire préalablement prélevée avec au moins un marqueur sensible au potentiel de membrane de la mitochondrie, notamment le TMRM ou le TMRE, at. a step of incubating a cell population, with at least one marker making it possible to quantify the number of mitochondria and / or to increase the production of free radicals, in particular MTG, and b. a step of incubating a cell population previously removed with at least one marker sensitive to the membrane potential of the mitochondria, in particular TMRM or TMRE,
c. une étape d'isolement des cellules souches neurales et/ou cardiomyocytaires. vs. a step of isolating the neural and / or cardiomyocyte stem cells.
Dans encore un autre mode de réalisation avantageux, l'invention concerne un procédé d'isolement de cellules souches neurales susmentionné, ledit procédé comprenant : In yet another advantageous embodiment, the invention relates to a method of isolating neural stem cells mentioned above, said method comprising:
a. une étape d'incubation d'une population cellulaire avec : at. a step of incubating a cell population with:
i. simultanément au moins un marqueur sensible au potentiel de membrane de la mitochondrie, et i. simultaneously at least one membrane-sensitive marker of the mitochondria, and
au moins un marqueur permettant de quantifier le nombre de mitochondries et/ou d'augmenter la production de radicaux libres, at least one marker for quantifying the number of mitochondria and / or increasing the production of free radicals,
ou or
ii. si ledit au moins un marqueur sensible au potentiel de membrane de la mitochondrie et ledit au moins un marqueur permettant de quantifier le nombre de mitochondries et/ou d'augmenter la production de radicaux libres correspondent à un seul et même marqueur, avec ce seul et même marqueur, ii. if said at least one membrane-sensitive marker of the mitochondria and said at least one marker for quantifying the number of mitochondria and / or increasing the production of free radicals correspond to one and the same marker, with this alone and same marker,
et and
b. une étape d'isolement des cellules souches neurales. Il est également possible dans l'invention de réaliser une étape préliminaire de marquage au TMRM, avant l'étape a) susmentionnée. Cette étape permet d'isoler des cellules marquées au TMRM. Les cellules sont alors mises en cultures, et/ou lavées dans un tampon approprié, pendant une durée d'environ 1 heure à environ 48 heures, préférentiellement d'environ 1 heure à environ 24 heures. b. a step of isolating the neural stem cells. It is also possible in the invention to carry out a preliminary TMRM labeling step before the aforementioned step a). This step makes it possible to isolate cells labeled with TMRM. The cells are then cultured and / or washed in an appropriate buffer for a period of about 1 hour to about 48 hours, preferably from about 1 hour to about 24 hours.
Les cellules sont ensuite incubées selon l'étape a) susmentionnée. The cells are then incubated according to step a) mentioned above.
Avantageusement, l'invention concerne un procédé d'isolement de cellules souches neurales tel que défini précédemment, ledit procédé comprenant : Advantageously, the invention relates to a method for isolating neural stem cells as defined above, said method comprising:
a. une première étape d'incubation d'une population cellulaire avec au moins un marqueur sensible au potentiel de membrane de la mitochondrie, notamment le TMRM ou le TMRE, et at. a first step of incubating a cell population with at least one membrane-sensitive marker of the mitochondria, in particular TMRM or TMRE, and
b. une seconde étape de sélection de la population cellulaire présentant un marquage positif pour ledit marqueur sensible au potentiel de membrane de la mitochondrie, de préférence environ au moins 100 fois supérieur au niveau de marquage des cellules considérées comme non marquées par ledit marqueur, et b. a second step of screening the cell population with positive labeling for said mitochondria membrane potential sensitive marker, preferably at least about 100-fold higher than the labeling level of the cells considered unmarked by said marker, and
c. une troisième étape d'incubation de la population cellulaire sélectionnée à l'étape b) avec au moins un marqueur permettant de quantifier le nombre de mitochondries et/ou d'augmenter la production de radicaux libres, notamment le MTG, vs. a third incubation step of the cell population selected in step b) with at least one marker making it possible to quantify the number of mitochondria and / or to increase the production of free radicals, in particular MTG,
ladite troisième étape permettant d'obtenir une population marquée à la fois par ledit marqueur sensible au potentiel de membrane de la mitochondrie et par le dit marqueur permettant de quantifier le nombre de mitochondries et/ou d'augmenter la production de radicaux libres, et d. une étape d'isolement des cellules souches neurales présentant un marquage positif pour ledit marqueur sensible au potentiel de membrane de la mitochondrie, de préférence environ au moins 100 fois supérieur au niveau de marquage des cellules considérées comme non marquées par ledit marqueur, et un marquage positif pour ledit marqueur permettant de quantifier le nombre de mitochondries et/ou d'augmenter la production de radicaux libres, de préférence environ au moins 100 fois supérieur au niveau de marquage des cellules considérées comme non marquées par ledit marqueur. said third step making it possible to obtain a population marked by both said membrane-sensitive marker of the mitochondria and by said marker making it possible to quantify the number of mitochondria and / or to increase the production of free radicals, and . a step of isolating the neural stem cells having a positive labeling for said mitochondria membrane potential sensitive marker, preferably at least about 100 times the labeling level of the cells considered unmarked by said marker, and a labeling positive for said marker for quantifying the number of mitochondria and / or increasing the production of free radicals, preferably at least about 100 times greater than the level of labeling of the cells considered to be unmarked by said marker.
Dans un mode de réalisation avantageux, l'invention concerne un procédé d'isolement des cellules souches neurales tel que défini précédemment, dans lequel la population cellulaire sélectionnée à l'étape b) est incubée avec un marqueur sensible au potentiel de membrane mitochondriale, simultanément ou séparément de l'étape c). In one advantageous embodiment, the invention relates to a method for isolating neural stem cells as defined above, in which the cell population selected in step b) is incubated with a marker sensitive to the mitochondrial membrane potential, simultaneously or separately from step c).
Dans encore un autre mode de réalisation avantageux, l'invention concerne un procédé d'isolement des cellules souches neurales tel que défini précédemment, ledit procédé comprenant : In yet another advantageous embodiment, the invention relates to a method for isolating neural stem cells as defined above, said method comprising:
a. une première étape d'incubation d'une population cellulaire avec au moins un marqueur sensible au potentiel de membrane de la mitochondrie, notamment le TMRM ou le TMRE, et at. a first step of incubating a cell population with at least one membrane-sensitive marker of the mitochondria, in particular TMRM or TMRE, and
b. une seconde étape de sélection de la population cellulaire présentant un marquage positif pour ledit marqueur sensible au potentiel de membrane de la mitochondrie, de préférence environ au moins 100 fois supérieur au niveau de marquage des cellules considérées comme non marquées par ledit marqueur, et b. a second step of screening the cell population with positive labeling for said mitochondria membrane potential sensitive marker, preferably at least about 100-fold higher than the labeling level of the cells considered unmarked by said marker, and
c. une troisième étape d'incubation de la population cellulaire sélectionnée à l'étape b) avec au moins un marqueur permettant de quantifier le nombre de mitochondries et/où d'augmenter la production de radicaux libres, notamment le MTG, vs. a third incubation step of the cell population selected in step b) with at least one marker making it possible to quantify the number of mitochondria and / or increase the production of free radicals, in particular MTG,
ladite troisième étape étant différée d'au moins plusieurs heures, de préférence environ 24 heures, afin d'atténuer le marquage de la population cellulaire par ledit marqueur sensible au potentiel de membrane de la mitochondrie utilisé à l'étape a), de préférence d'environ 65%, et d. une étape d'isolement des cellules souches neurales présentant un marquage positif pour ledit marqueur permettant de quantifier le nombre de mitochondries et/ou d'augmenter la production de radicaux libres d'environ au moins 10 000 fois supérieur au niveau de marquage des cellules considérées comme non marquées par ledit marqueur. Avantageusement, l'invention concerne un procédé d'isolement des cellules cardiomyocytaires tel que défini précédemment, ledit procédé comprenant : said third step being delayed by at least several hours, preferably about 24 hours, in order to attenuate the labeling of the cell population by said mitochondria membrane potential sensitive marker used in step a), preferably by about 65%, and d. an isolation step of the neural stem cells having a positive labeling for said marker making it possible to quantify the number of mitochondria and / or to increase the free radical production by at least 10 000 times greater than the labeling level of the cells considered as unmarked by said marker. Advantageously, the invention relates to a method for isolating cardiomyocyte cells as defined above, said method comprising:
a. une première étape d'incubation d'une population cellulaire préalablement prélevée avec au moins un marqueur sensible au potentiel de membrane de la mitochondrie, notamment le TMRM ou le TMRE, et at. a first step of incubating a cell population previously removed with at least one marker sensitive to the membrane potential of the mitochondria, in particular TMRM or TMRE, and
b. une seconde étape de sélection de la population cellulaire présentant un marquage positif pour ledit marqueur sensible au potentiel de membrane de la mitochondrie, de préférence environ au moins 100 fois supérieur au niveau de marquage des cellules considérées comme non marquées par ledit marqueur, et b. a second step of screening the cell population with positive labeling for said mitochondria membrane potential sensitive marker, preferably at least about 100-fold higher than the labeling level of the cells considered unmarked by said marker, and
c. une troisième étape d'incubation de la population cellulaire sélectionnée à l'étape b) avec au moins un marqueur permettant de quantifier le nombre de mitochondries et/ou d'augmenter la production de radicaux libres, notamment le MTG, vs. a third incubation step of the cell population selected in step b) with at least one marker making it possible to quantify the number of mitochondria and / or to increase the production of free radicals, in particular MTG,
ladite troisième étape étant différée d'au moins plusieurs heures, de préférence environ 24 heures, afin d'atténuer le marquage de la population cellulaire par ledit marqueur sensible au potentiel de membrane de la mitochondrie utilisé à l'étape a), de préférence d'environ 65%, et d. une étape d'isolement des cellules cardiomyocytaires présentant un marquage positif pour ledit marqueur permettant de quantifier le nombre de mitochondries et/ou d'augmenter la production de radicaux libres d'environ de 100 à 1000 fois supérieur au niveau de marquage des cellules considérées comme non marquées par ledit marqueur. said third step being delayed by at least several hours, preferably about 24 hours, in order to attenuate the labeling of the cell population by said mitochondria membrane potential sensitive marker used in step a), preferably by about 65%, and d. a step of isolating the cardiomyocyte cells having a positive labeling for said marker making it possible to quantify the number of mitochondria and / or to increase the production of free radicals by approximately 100 to 1000 times greater than the labeling level of the cells considered as unmarked by said marker.
Avantageusement, l'invention concerne un procédé d'isolement tel que défini précédemment, dans lequel soit l'étape de sélection d'une population cellulaire, soit l'étape d'isolement des cellules d'intérêt, soit les deux étapes, sont réalisées en utilisant un appareil de cytométrie en flux, de préférence un trieur de cellules. Advantageously, the invention relates to an isolation method as defined above, in which either the step of selecting a cell population, or the step of isolating the cells of interest, or the two steps, are performed. using a flow cytometry apparatus, preferably a cell sorter.
Un autre aspect de l'invention concerne un procédé tel que défini ci-dessus dans lequel soit ledit au moins un marqueur sensible au potentiel de membrane de la mitochondrie, soit ledit au moins un marqueur permettant de quantifier le nombre de mitochondries et/ou d'augmenter la production de radicaux libres, soit les deux, sont couplés à au moins une particule magnétique. Another aspect of the invention relates to a method as defined above wherein said at least one mitochondria membrane potential sensitive marker, or said at least one marker for quantifying the number of mitochondria. and / or increase the production of free radicals, or both, are coupled to at least one magnetic particle.
Si le premier et/ou deuxième marqueur est couplé à une particule magnétique, il s'ensuit que les cellules positives ou doubles positives présentent un magnétisme plus important. Celles-ci peuvent être sélectionnées par rapport aux autres populations cellulaires en utilisant un champ magnétique, par exemple par l'intermédiaire d'une colonne d'affinité avec aimants. Les cellules mortes, quant à elles, vont relarguer les marqueurs et leur magnétisme va diminuer, elles ne seront donc pas sélectionnées. If the first and / or second marker is coupled to a magnetic particle, it follows that positive or double positive cells exhibit greater magnetism. These can be selected from other cell populations using a magnetic field, for example via a magnet affinity column. The dead cells, meanwhile, will release the markers and their magnetism will decrease, they will not be selected.
Dans le cas où le TMRM et le MTG sont couplés à des particules magnétiques, les cellules souche neurales, qui sont marquées au TMRM et au MTG, présentent le magnétisme le plus important et vont être sélectionnées préférentiellement. In the case where TMRM and MTG are coupled to magnetic particles, the neural stem cells, which are labeled with TMRM and MTG, have the greatest magnetism and will be selected preferentially.
La fixation par les marqueurs étant réversible sur quelques jours, les particules sont relarguées et le magnétisme des cellules va diminuer par la suite. Fixation by the markers being reversible over a few days, the particles are released and the magnetism of the cells will decrease thereafter.
Sous cette forme l'invention est particulièrement adaptée à une application clinique car des appareils de tri cellulaire, utilisant des colonnes aimantées ou des champs magnétiques, permettent d'éviter tout contact entre les cellules et l'appareil. In this form the invention is particularly suitable for a clinical application because cell sorting devices, using magnetic columns or magnetic fields, prevent contact between the cells and the device.
Il est possible de trier les cellules marquées avec un marqueur magnétique en utilisant la méthode décrite ci-dessous. It is possible to sort the labeled cells with a magnetic marker using the method described below.
1) La population cellulaire est incubée avec le marqueur magnétique. 1) The cell population is incubated with the magnetic marker.
2) La population cellulaire incubée est placée dans un champ magnétique ou électromagnétique de faible ou forte intensité. 2) The incubated cell population is placed in a magnetic or electromagnetic field of low or high intensity.
3) Les cellules marquées avec le marqueur magnétique sont chargées et vont donc se fixer sur les parois du support. 3) The cells marked with the magnetic marker are charged and will thus be fixed on the walls of the support.
4) L'échantillon est lavé, et les cellules non chargées, qui ne sont pas fixées sur les parois, sont éliminées. 4) The sample is washed, and uncharged cells, which are not attached to the walls, are removed.
5) Du milieu est rajouté à l'échantillon ; 5) Medium is added to the sample;
6) Le champ magnétique est arrêté et les cellules marquées sont resuspendues dans le milieu. Dans un système de flux où les cellules sont en mouvement, les cellules marquées avec un marqueur magnétique peuvent être déviées selon leur charge, et donc selon leur marquage, afin d'être isolées. De manière non limitative, le cœur (core) des particules magnétiques est généralement composé de magnétite Fe304 comme le cobalt ferrite, ou de magnetite Fe03 comme le manganèse ferrite. 6) The magnetic field is stopped and the marked cells are resuspended in the medium. In a flow system where the cells are in motion, the cells labeled with a magnetic marker can be deflected according to their charge, and therefore according to their marking, in order to be isolated. Without limitation, the heart (core) of the magnetic particles usually consists of magnetite Fe 3 0 4 such as cobalt ferrite, magnetite or an F 0 3 as the manganese ferrite.
Dans un mode de réalisation avantageux, l'invention concerne un procédé tel que défini ci-dessus dans lequel ladite moins une particule magnétique est une nanoparticule présentant des propriétés superparamagnétiques. In an advantageous embodiment, the invention relates to a method as defined above wherein said minus one magnetic particle is a nanoparticle having superparamagnetic properties.
Sous la forme de nanoparticules, les métaux ferromagnétiques peuvent devenir superparamagnétiques. Les nanoparticules ne sont alors plus magnétiques en permanence, mais le deviennent uniquement en présence d'un champ magnétique. In the form of nanoparticles, ferromagnetic metals can become superparamagnetic. The nanoparticles are no longer permanently magnetic, but become so only in the presence of a magnetic field.
Le recours à ces nanoparticules superparamagnétiques limite donc l'apparition d'agrégats de particules et de cellules, et permet un marquage plus uniforme. The use of these superparamagnetic nanoparticles therefore limits the appearance of aggregates of particles and cells, and allows a more uniform marking.
Le couplage de nanoparticules superparamagnétiques à des marqueurs fluorescents est connu de l'homme du métier. Des nanoparticules d'oxide de fer superparamagnétiques peuvent par exemple être couplées à du TMRM (Maurizi et al., Langmuir, 25(16), 8857- 8859 (2009)). Les nanoparticules magnétiques peuvent également être couplées à des quantum dots, par exemple. Une nanoparticule ferromagnétique pouvant être couplée à un marqueur mitochondrial peut être par exemple le SPIO (SuperparaMagnetic Iron Oxide). Avantageusement, l'invention concerne un procédé d'isolement tel que défini précédemment, dans lequel soit l'étape de sélection d'une population cellulaire, soit l'étape d'isolement des cellules d'intérêt, soit les deux étapes, sont réalisées en utilisant un appareil de tri magnétique, de préférence une colonne aimantée. Un autre aspect de l'invention concerne un kit comprenant au moins un marqueur sensible au potentiel de membrane de la mitochondrie et au moins un marqueur permettant de quantifier le nombre de mitochondries et/ou le cas échéant d'augmenter la production de radicaux libres, ledit au moins un marqueur sensible au potentiel de membrane de la mitochondrie et ledit au moins un marqueur permettant de quantifier le nombre de mitochondries et/ou d'augmenter la production de radicaux libres pouvant correspondre à un seul et même marqueur, The coupling of superparamagnetic nanoparticles to fluorescent markers is known to those skilled in the art. For example, superparamagnetic iron oxide nanoparticles can be coupled to TMRM (Maurizi et al., Langmuir, 25 (16), 8857-8859 (2009)). Magnetic nanoparticles can also be coupled to quantum dots, for example. A ferromagnetic nanoparticle that can be coupled to a mitochondrial marker can be for example SPIO (SuperparaMagnetic Iron Oxide). Advantageously, the invention relates to an isolation method as defined above, in which either the step of selecting a cell population, or the step of isolating the cells of interest, or the two steps, are performed. using a magnetic sorting apparatus, preferably a magnetized column. Another aspect of the invention relates to a kit comprising at least one marker sensitive to the mitochondrial membrane potential and at least one marker for quantifying the number of mitochondria and / or, where appropriate, increasing the production of free radicals, said at least one marker sensitive to the potential of membrane of the mitochondria and said at least one marker for quantifying the number of mitochondria and / or increasing the production of free radicals that can correspond to a single marker,
de telle sorte que in such a way that
- si ledit au moins un marqueur sensible au potentiel de membrane de la mitochondrie et ledit au moins un marqueur permettant de quantifier le nombre de mitochondries et/ou d'augmenter la production de radicaux libres sont utilisés de manière simultanée, ou si ledit au moins un marqueur sensible au potentiel de membrane de la mitochondrie et ledit au moins un marqueur permettant de quantifier le nombre de mitochondries et/ou d'augmenter la production de radicaux libres correspondent à un seul et même marqueur, ledit procédé permet l'isolement, la purification et/ou l'enrichissement de cellules souches neurales, et if said at least one marker sensitive to the membrane potential of the mitochondria and said at least one marker making it possible to quantify the number of mitochondria and / or to increase the production of free radicals are used simultaneously, or if said at least one a marker sensitive to the membrane potential of the mitochondria and said at least one marker making it possible to quantify the number of mitochondria and / or to increase the production of free radicals correspond to one and the same marker, said method allows the isolation, the purification and / or enrichment of neural stem cells, and
- si ledit au moins un marqueur sensible au potentiel de membrane de la mitochondrie et ledit au moins un marqueur permettant de quantifier le nombre de mitochondries sont utilisés de manière séparée ou étalée dans le temps, ledit kit permet l'isolement, la purification et/ou l'enrichissement de cellules souches neurales et/ou de cellules cardiomyocytaires . if said at least one marker sensitive to the membrane potential of the mitochondria and said at least one marker making it possible to quantify the number of mitochondria are used separately or spread over time, said kit allows isolation, purification and / or or enrichment of neural stem cells and / or cardiomyocyte cells.
Avantageusement, l'invention concerne un kit tel que défini ci-dessus dans lequel soit ledit au moins un marqueur sensible au potentiel de membrane de la mitochondrie, soit ledit au moins un marqueur permettant de quantifier le nombre de mitochondries et/ou d'augmenter la production de radicaux libres, soit les deux, sont des marqueurs fluorescents. L'invention sera mieux illustrée par les 10 exemples et les 1 1 figures suivants. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES. Advantageously, the invention relates to a kit as defined above in which either said at least one membrane-sensitive marker of the mitochondria, or said at least one marker for quantifying the number of mitochondria and / or increasing the production of free radicals, or both, are fluorescent markers. The invention will be better illustrated by the following Examples and Figures. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Les figures 1A-1D représentent le marquage au TMRM des cellules embryonnaires ES-D3 au 10ème jour de développement embryonnaire. 1A-1D represent the stamping TMRM ES-D3 embryonic embryonic development in the 10 th day.
La figure 1A représente l'analyse par cytométrie de flux des cellules ES-D3. L'axe des Y représente la granulosité des cellules (SSC) et l'axe des X représente la taille des cellules. La fenêtre PI représente les cellules sélectionnées. Figure 1A shows flow cytometric analysis of ES-D3 cells. The Y axis represents cell granulosity (SSC) and the X axis represents cell size. The PI window represents the selected cells.
La figure 1B représente l'intensité de marquage TMRM de cellules issues de la fenêtre PI, après un marquage de 30 min, à 37°C avec 50 nM de TMRM. L'axe des X représente la fluorescence TMRM, en unité arbitraire logarithmique et l'axe des Y représente le nombre de cellules. Figure 1B shows the TMRM labeling intensity of cells from the PI window, after 30 min labeling, at 37 ° C with 50 nM TMRM. The X axis represents the TMRM fluorescence, in arbitrary logarithmic units, and the Y axis represents the number of cells.
La figure 1C représente la fluorescence intrinsèque verte des cellules non marquées par le TMRM. L'axe des X représente la fluorescence TMRM, en unité arbitraire logarithmique et l'axe des Y représente le nombre de cellules. Figure 1C shows the intrinsic green fluorescence of cells not labeled with TMRM. The X axis represents the TMRM fluorescence, in arbitrary logarithmic units, and the Y axis represents the number of cells.
Le cadre indique l'intensité d'auto fluorescence. The frame indicates the intensity of auto fluorescence.
La figure 1D représente le marquage TMRM en fonction de l'auto fluorescence verte. Seules les cellules ayant une faible fluorescence verte (FITC) sont sélectionnées. L'axe des X représente la fluorescence verte intrinsèque, en unité arbitraire logarithmique et l'axe des Y représente la fluorescence TMRM en unité arbitraire logarithmique. Figure 1D shows TMRM labeling as a function of green self-fluorescence. Only cells with low green fluorescence (FITC) are selected. The X axis represents intrinsic green fluorescence, in arbitrary logarithmic units, and the Y axis represents TMRM fluorescence in arbitrary logarithmic units.
Les cadres représentent les cellules fortement marquées au TMRM (high), moyennement marquées (mid) et faiblement marquées (low). Frames represent cells marked strongly with TMRM (high), medium (mid) and low (low).
Les figures 2A-2C représentent la caractérisation des cellules fortement ou moyennement marquées au TMRM. Figures 2A-2C show the characterization of strongly or moderately labeled cells with TMRM.
La figure 2A représente la variation d'expression de MHC (marqueur cardiaque) des cellules fortement marquées au TMRM (deuxième colonne) ou moyennement marquées (3ème colonne). La première colonne représente le marquage total dans les cellules au 10ème jour de différenciation. 2A shows the variation of expression of MHC (cardiac marker) cells labeled strongly TMRM (second column) or medium conspicuousness (3rd column). The first column represents the total marking in cells 10th day of differentiation.
La figure 2B représente des cellules fortement ou moyennement marquées au TMRMj qui ont été remises en culture. Les amas correspondent à la réagrégation des cellules qui ont adhéré sur la plaque de culture. La figure 2C représente le résultat de la remise en culture des cellules faiblement marquées au TMRM. On constate qu'aucune cellule n'est capable de proliférer. Les cellules sont donc mortes. Les figures 3A-3C représentent la caractérisation des cellules souches neurales, fortement marquées au TMRM, après double marquage TMRM et MTG, séquentiel ou concomitant, à partir de cellules ES-D3 après 10 jours de développement. Figure 2B depicts strongly or moderately labeled TMRM1 cells which have been cultured. The clusters correspond to the re-aggregation of the cells that adhered to the culture plate. FIG. 2C represents the result of the re-culturing of cells weakly labeled with TMRM. It can be seen that no cell is able to proliferate. The cells are dead. Figures 3A-3C show the characterization of neural stem cells, strongly labeled with TMRM, after double labeling TMRM and MTG, sequential or concomitant, from ES-D3 cells after 10 days of development.
La figure 3A représente l'analyse par cytométrie de flux des cellules ES-D3 après marquage au TMRM. L'axe des X représente la fluorescence verte intrinsèque, correspondant à P autofluorescence, l'axe des Y représente le marquage TMRM. Le cadre sélectionne les cellules fortement marquées au TMRM. Figure 3A shows flow cytometric analysis of ES-D3 cells after TMRM labeling. The X axis represents the intrinsic green fluorescence, corresponding to P autofluorescence, the Y axis represents the TMRM marking. The frame selects the strongly labeled TMRM cells.
La figure 3B représente les cellules issues du cadre mentionné à la figure 3 A, et marquées 1 heure après avec du MTG. L'axe des X représente le marquage MTG, l'axe des Y représente le marquage TMRM. Les cellules entourées par l'ellipse dans le cadre indiqué « 2x pos » sont des cellules neurales et représentent 1 ,2% de la population (zone Q2). Les autres cellules sont essentiellement des cellules cardiomyocytaires mortes représentant 80% de la population cellulaire (zone Q3), ou des cellules dépolarisées ou en train de mourir qui représentant 18,4% de la population cellulaire (zone Q4). Figure 3B shows the cells from the frame mentioned in Figure 3A, and labeled 1 hour later with MTG. The X axis represents the MTG mark, the Y axis represents the TMRM mark. The cells surrounded by the ellipse in the frame indicated "2x pos" are neural cells and represent 1, 2% of the population (zone Q2). The remaining cells are essentially dead cardiomyocyte cells representing 80% of the cell population (zone Q3), or depolarized or dying cells which represent 18.4% of the cell population (zone Q4).
La figure 3C représente les cellules issues du cadre mentionné à la figure 3A, et marquées 1 heure après avec du MTG et du TMRM. L'axe des X représente le marquage MTG, l'axe des Y représente le marquage TMRM. Les cellules entourées par l'ellipse continue dans le cadre indiqué « 2x pos » sont des cellules neurales (zone Q2). Leur marquage TMRM est augmenté par phénomène de FRET (augmentation de la fluorescence rouge et diminution de la fluorescence verte). Le niveau de fluorescence sans FRET est indiqué par l'ellipse discontinue. Figure 3C shows cells from the frame shown in Figure 3A, and labeled 1 hour later with MTG and TMRM. The X axis represents the MTG mark, the Y axis represents the TMRM mark. The cells surrounded by the ellipse continues in the frame indicated "2x pos" are neural cells (zone Q2). Their TMRM labeling is increased by FRET phenomenon (increase in red fluorescence and decrease in green fluorescence). The fluorescence level without FRET is indicated by the discontinuous ellipse.
La majorité des cellules est maintenant dans la zone Q3 correspondant aux cellules mortes, le nouveau marquage avec du TMRM/MTG n'a pas affecté la taille de la population neurale (zone Q2). La population majoritairement cardiomyocytaire a pratiquement disparue (<1%) et se trouve dans les cellules mortes (98%)(zone Q3). Le niveau de fluorescence sans FRET est indiqué par l'ellipse discontinue. Les figures 4A-4C représentent la caractérisation des cellules souches neurales, moyennement marquées au TMRM, après double marquage TMRM et MTG, séquentiel ou concomitant, à partir de cellules ES-D3 après 10 jours de développement. The majority of the cells are now in the Q3 zone corresponding to the dead cells, the new labeling with TMRM / MTG did not affect the size of the neural population (zone Q2). The predominantly cardiomyocytic population has practically disappeared (<1%) and is found in dead cells (98%) (zone Q3). The fluorescence level without FRET is indicated by the discontinuous ellipse. Figures 4A-4C show the characterization of neural stem cells, moderately labeled with TMRM, after double labeling TMRM and MTG, sequential or concomitant, from ES-D3 cells after 10 days of development.
La figure 4A représente l'analyse par cytométrie de flux des cellules ES-D3 après marquage au TMRM. L'axe des X représente la fluorescence verte intrinsèque, correspondant à Γ autofluorescence, l'axe des Y représente le marquage TMRM. Le cadre sélectionne les cellules moyennement marquées au TMRM. Figure 4A shows flow cytometric analysis of ES-D3 cells after TMRM labeling. The X axis represents the intrinsic green fluorescence, corresponding to Γ autofluorescence, the Y axis represents the TMRM marking. The frame selects the moderately marked cells at the TMRM.
La figure 4B représente les cellules issues du cadre mentionné à la figure 3A, et marquées 1 heure après avec du MTG. L'axe des X représente le marquage MTG, l'axe des Y représente le marquage TMRM. Les cellules entourées par l'ellipse dans le cadre indiqué « 2x pos » sont des cellules neurales et représentent 0,8% de la population cellulaire (zone Q2). Les autres cellules sont des cellules mortes représentant 96,6% de la population cellulaire (zone Q3) ou en train de mourir (2,9%) (zone Q4). La figure 4Ç représente les cellules issues du cadre mentionné à la figure 3A, et marquées 1 heure après avec du MTG et du TMRM. L'axe des X représente le marquage MTG, Taxe des Y représente le marquage TMRM. Les cellules entourées par l'ellipse continue dans le cadre indiqué « 2x pos » sont des cellules neurales (zone Q2). Leur marquage TMRM est augmenté par phénomène de FRET. Le niveau de fluorescence sans FRET est indiqué par l'ellipse discontinue. Figure 4B shows the cells from the frame mentioned in Figure 3A, and labeled 1 hour later with MTG. The X axis represents the MTG mark, the Y axis represents the TMRM mark. The cells surrounded by the ellipse in the frame indicated "2x pos" are neural cells and represent 0.8% of the cell population (zone Q2). The remaining cells are dead cells representing 96.6% of the cell population (zone Q3) or dying (2.9%) (zone Q4). Figure 4C shows the cells from the frame shown in Figure 3A, and labeled 1 hour later with MTG and TMRM. The X axis represents the MTG mark, the Y tax represents the TMRM mark. The cells surrounded by the ellipse continues in the frame indicated "2x pos" are neural cells (zone Q2). Their TMRM marking is increased by FRET phenomenon. The fluorescence level without FRET is indicated by the discontinuous ellipse.
Les autres cellules sont principalement des cellules mortes représentant 97,9% de la population cellulaire (zone Q3). On constate que le TMRM est également particulièrement toxique vis-à-vis des cellules non cardiomyocytes de la préparation. Les figures 5A-5F représentent l'évolution du marquage TMRM au cours du développement. Les figure 5 A, C et E représentent respectivement l'intensité de fluorescence TMRM de cellules ES-D3 après 0, 5 ou 10 jours de développement, lesdites cellules n'étant pas marquées avec du TMRM. L'axe des X représente la fluorescence TMRM, en unité arbitraire logarithmique et l'axe des Y représente le nombre de cellules. The other cells are mainly dead cells representing 97.9% of the cell population (Q3 zone). It is found that the TMRM is also particularly toxic vis-à-vis non-cardiomyocyte cells of the preparation. Figures 5A-5F show the evolution of TMRM marking during development. FIGS. 5A, C and E respectively represent the TMRM fluorescence intensity of ES-D3 cells after 0, 5 or 10 days of development, said cells not being labeled with TMRM. The X axis represents the TMRM fluorescence, in arbitrary logarithmic units, and the Y axis represents the number of cells.
Les figure 5B, D et F représentent respectivement l'intensité de fluorescence TMRM de cellules ES-D3 après 0, 5 ou 10 jours de développement, lesdites cellules étant marquées avec du TMRM 50 nM, 30 min à 37°C. L'axe des X représente la fluorescence TMRM, en unité arbitraire logarithmique et l'axe des Y représente le nombre de cellules. FIGS. 5B, D and F respectively represent the TMRM fluorescence intensity of ES-D3 cells after 0, 5 or 10 days of development, said cells being labeled with 50 nM TMRM, 30 min at 37 ° C. The X axis represents the TMRM fluorescence, in arbitrary logarithmic units, and the Y axis represents the number of cells.
Les figures 6A-6F' représentent l'évolution du marquage MTG au cours du développement. Figures 6A-6F 'show the evolution of MTG marking during development.
Les figure 6A, C et E représentent respectivement l'intensité de fluorescence MTG de cellules ES-D3 après 0, 5 ou 10 jours de développement, lesdites cellules n'étant pas marquées avec du MTG. L'axe des X représente la fluorescence MTG, en unité arbitraire logarithmique et l'axe des Y représente le nombre de cellules. FIGS. 6A, C and E respectively represent the MTG fluorescence intensity of ES-D3 cells after 0, 5 or 10 days of development, said cells not being labeled with MTG. The X axis represents the MTG fluorescence, in arbitrary logarithmic unit and the Y axis represents the number of cells.
Les figure 6 B, D et F représentent respectivement l'intensité de fluorescence MTG de cellules ES-D3 après 0, 5 ou 10 jours de développement, lesdites cellules étant marquées avec du MTG 50 nM, 30 min à 37°C. L'axe des X représente la fluorescence MTG, en unité arbitraire logarithmique et l'axe des Y représente le nombre de cellules. FIGS. 6B, D and F respectively represent the MTG fluorescence intensity of ES-D3 cells after 0, 5 or 10 days of development, said cells being labeled with 50 nM MTG, 30 min at 37 ° C. The X axis represents the MTG fluorescence, in arbitrary logarithmic unit and the Y axis represents the number of cells.
La figure 7 représente le double marquage TMRM/MTG des cellules ES-D3 à 0 jours de développement. L'axe des X représente le marquage MTG, l'axe des Y représente le marquage TMRM. FIG. 7 represents the double TMRM / MTG labeling of the ES-D3 cells at 0 days of development. The X axis represents the MTG mark, the Y axis represents the TMRM mark.
Les cellules dans les cadres Ql+Q' l, Q2+Q'2, Q3 et Q4 représentent respectivement 0,7%, 1 1.1%, 43,1% et 45,2%. The cells in the frames Q1 + Q '1, Q2 + Q'2, Q3 and Q4 represent respectively 0.7%, 1.1%, 43.1% and 45.2%.
Les cadres Ql et Q2 représentent les marquages élevés au TMRM, les cadres Q' 1 et Q'2 représente les marquages TMRM intermédiaires. La figure 8 représente le double marquage TMRM/MTG des cellules ES-D3 à 5 jours de développement. L'axe des X représente le marquage MTG, l'axe des Y représente le marquage TMRM. The frames Q1 and Q2 represent the high markings in the TMRM, the frames Q '1 and Q'2 represent the intermediate TMRM markings. Figure 8 shows the double TMRM / MTG labeling of ES-D3 cells at 5 days of development. The X axis represents the MTG mark, the Y axis represents the TMRM mark.
Les cellules dans les cadres Ql+Q' l, Q2+Q'2, Q3 et Q4 représentent respectivement 1 ,7%, 19.1 %, 67% et 12,2%. The cells in the frames Q1 + Q '1, Q2 + Q'2, Q3 and Q4 represent respectively 1, 7%, 19.1%, 67% and 12.2%.
Les cadres Ql et Q2 représentent les marquages élevés au TMRM, les cadres Q' I et Q'2 représente les marquages TMRM intermédiaires. Les cellules indiquées par une ellipse sont des cellules neurales vivantes. La figure 9 représente le double marquage TMRM/MTG des cellules ES-D3 à 8 jours de développement. L'axe des X représente le marquage MTG, l'axe des Y représente le marquage TMRM. The frames Q1 and Q2 represent the high markings in the TMRM, the frames Q 'I and Q'2 represent the intermediate TMRM markings. The cells indicated by an ellipse are living neural cells. FIG. 9 represents the double TMRM / MTG labeling of ES-D3 cells at 8 days of development. The X axis represents the MTG mark, the Y axis represents the TMRM mark.
Les cellules dans les cadres Ql, Q2, Q3 et Q4 représentent respectivement 1,7%, 18,2%, 78% et 2,1%. The cells in the frames Q1, Q2, Q3 and Q4 represent respectively 1.7%, 18.2%, 78% and 2.1%.
Les cadres Ql et Q2 représentent les marquages au TMRM intermédiaires. Les cellules indiquées par une ellipse sont des cellules neurales vivantes. Frames Q1 and Q2 represent intermediate TMRM markings. The cells indicated by an ellipse are living neural cells.
Les cellules Q1+Q3+Q4 présentent un enrichissement des marqueurs MHC et GATA4, marqueurs cardiaques. Seules les cellules Ql sont cultivables. Q1 + Q3 + Q4 cells are enriched with markers MHC and GATA4, cardiac markers. Only Q1 cells are culturable.
Les cellules Q2 sont des cellules neurales vivantes et expriment fortement le marqueur MASH1. Q2 cells are living neural cells and strongly express the MASH1 marker.
Les figures 10A-10F représentent des cellules issues des fractions Q1-Q4 décrites dans la figure 9. La figure 10A représente des cellules issues des fractions Ql, Q3 et Q4, après un jour de culture. La membrane cellulaire est altérée et les cellules ne sont pas adhérentes, il s'agit de cellules mortes. Figures 10A-10F show cells from fractions Q1-Q4 described in Figure 9. Figure 10A shows cells from fractions Q1, Q3 and Q4 after one day of culture. The cell membrane is altered and the cells are not adherent, they are dead cells.
La figure 10B représente des cellules issues des fractions Ql, Q3 et Q4, après deux jours de culture. La membrane cellulaire est altérée et les cellules ne prolifèrent pas. Figure 10B shows cells from fractions Q1, Q3 and Q4 after two days of culture. The cell membrane is altered and the cells do not proliferate.
La figure 10C représente des cellules issues de la fraction Q2, après un jour de culture. Les cellules rondes réfringentes sont caractéristiques des cellules embryonnaires. Les cellules allongées réfringentes sont des cellules en division. 0018 Figure 10C shows cells from fraction Q2, after a day of culture. Round refractive cells are characteristic of embryonic cells. Refractive elongated cells are dividing cells. 0018
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La figure 10D représente des cellules issues de la fraction Q2, après deux jours de culture. Figure 10D shows cells from fraction Q2, after two days of culture.
La figure 10E représente des cellules issues de la fraction Q2, après un jour de culture en deux dimensions. La flèche indique un prolongement de type dendrite. FIG. 10E represents cells derived from fraction Q2, after one day of culture in two dimensions. The arrow indicates a dendrite type extension.
La figure 10F représente des cellules issues de la fraction Q2, après deux jours de culture en deux dimensions. La flèche indique un prolongement de type axone. Figure 10F shows cells from fraction Q2, after two days of culture in two dimensions. The arrow indicates an axon type extension.
Les figures 11A-11D représentent le procédé de sélection de cellules cardiomyocytaires et neurales. Figures 11A-11D show the method of selection of cardiomyocyte and neural cells.
La figure 11 A représente la sélection des cellules sur la base du marqueur TMRM (voir figure 1D). L'axe des X représente la fluorescence verte intrinsèque, en unité arbitraire logarithmique et l'axe des Y représente la fluorescence TMRM en unité arbitraire logarithmique. Figure 11A shows the selection of cells based on the TMRM marker (see Figure 1D). The X axis represents intrinsic green fluorescence, in arbitrary logarithmic units, and the Y axis represents TMRM fluorescence in arbitrary logarithmic units.
La figure 11B représente le nombre de cellules issues de la population présentant un marquage TMRM élevé et qui présentent toujours un marquage élevé après culture pendant 24 heures sans TMRM. Elles représentent 34.7% de la population. L'axe des X représente le marquage TMRM en unité arbitraire logarithmique et Taxe des Y représente le nombre de cellules. Figure 11B shows the number of cells from the population with high TMRM labeling and still showing high labeling after culture for 24 hours without TMRM. They represent 34.7% of the population. The X axis represents the TMRM marking in arbitrary logarithmic unit and Y tax represents the number of cells.
La figure 11C représente le marquage MTG des cellules positives au TMRM de la figure 11B. Les cellules indiquées par l'ellipse 1 sont mortes, celles indiquées par l'ellipse 2 sont des cellules cardiaques, et celles indiquées par l'ellipse 3 sont des cellules neurales. L'axe des X représente le marquage MTG en unité arbitraire logarithmique et Taxe des Y représente le nombre de cellules. Figure 11C shows the MTG labeling of the TMRM positive cells of Figure 11B. The cells indicated by ellipse 1 are dead, those indicated by ellipse 2 are cardiac cells, and those indicated by ellipse 3 are neural cells. The X axis represents the MTG marking in arbitrary logarithmic unit and the Y tax represents the number of cells.
La figure 11D représente le marquage MTG des cellules de cellules issues de la population présentant un marquage TMRM intermédiaire et qui présentent toujours un marquage après culture pendant 24 heures sans TMRM. Les cellules indiquées par l'ellipse 1 sont mortes, par l'ellipse 2 sont une population mixte de cellules cardiaques et d'autres types cellulaires, et par l'ellipse 3 sont des cellules neurales. L'axe des X représente le marquage MTG en unité arbitraire logarithmique et l'axe des Y représente le nombre de cellules. Figure 11D shows the MTG staining of cells from cells with intermediate TMRM tagging and still showing after culture labeling for 24 hours without TMRM. The cells indicated by ellipse 1 are dead, by ellipse 2 are a mixed population of cardiac cells and other cell types, and by ellipse 3 are neural cells. The X axis represents the MTG marking in arbitrary logarithmic unit and the Y axis represents the number of cells.
EXEMPLES EXAMPLES
Exemple 1 : utilisation d'un marquage intra-mitochondrial relié au potentiel de membrane globale de la mitochondrie pour l'isolement de cardiomyocytes à partir de cellules embryonnaires de souris. Example 1: Use of intra-mitochondrial labeling related to the global membrane potential of mitochondria for the isolation of cardiomyocytes from mouse embryonic cells.
Ce protocole est transposable à l'isolement de cardiomyocytes d'autres origines, notamment l'isolement de cardiomyocytes humains à partir de cellules embryonnaires humaines (cellules ES) ou à partir de cellules différenciées reprogrammées à un stade de totipotence (iPS). Ce protocole peut aussi être appliqué à des tissus ou des cellules isolées à partir de tissus. Dans les expériences suivantes les concentrations de TMRM utilisées ont été de 50 nM mais cela n'est qu'à titre indicatif. Des concentrations plus faibles de 10 nM, voire 0.1 nM, peuvent être utilisées et certains auteurs rapportent l'utilisation de concentration de TMRM et de MTG jusqu'à 500 nM, voire 1000 nM. Les durées d'incubation sont également à titre indicatif et dépendent de la température, du type de cellule, du tampon utilisé, de la volonté ou pas de saturer ou pas la fixation du marqueur pour avoir une répartition plus homogène ou pas. Quand les concentrations de marqueurs augmentent, la toxicité augmente, la spécificité diminue notamment pour leur relation ou pas avec le potentiel de membrane cellulaire. Il existe également une toxicité cumulée pour ces marqueurs. This protocol can be transposed to the isolation of cardiomyocytes of other origins, including the isolation of human cardiomyocytes from human embryonic cells (ES cells) or from differentiated cells reprogrammed at a totipotency stage (iPS). This protocol can also be applied to tissues or cells isolated from tissue. In the following experiments the concentrations of TMRM used were 50 nM but this is only indicative. Lower concentrations of 10 nM or even 0.1 nM can be used and some authors report the use of concentrations of TMRM and MTG up to 500 nM or even 1000 nM. Incubation times are also indicative and depend on the temperature, the type of cell, the buffer used, the will or not to saturate or not the fixing of the marker to have a more homogeneous distribution or not. When the marker concentrations increase, the toxicity increases, the specificity decreases especially for their relationship or not with the cell membrane potential. There is also cumulative toxicity for these markers.
Comme cela avait été rapporté précédemment (cf. Hattori et al. Nature Methods 2010 vol7 ni 61-69), les Inventeurs ont marqué des cellules embryonnaires de souris ES-D3 avec un marqueur fluorescent cationique methylester de tetramethylrhodamine (TMRM), comme par exemple T668 Invitrogen™ à 10 jours du développement embryonnaire. As previously reported (see Hattori et al., Nature Methods 2010 vol7 and 61-69), the inventors labeled ES-D3 mouse embryonic cells with a methylester tetramethylrhodamine cationic fluorescent marker (TMRM), for example T668 Invitrogen ™ at 10 days of embryonic development.
Les cellules ES-D3 (ATCC biological Ressource Center (Manassas, Virginia) ont été cultivées et amplifiées et maintenues indifférenciées sur des plaques de cultures. ES-D3 cells (ATCC Biological Resource Center (Manassas, Virginia) were cultured and amplified and maintained undifferentiated on culture plates.
En présence de milieu de culture complet qui associe le milieu DMEM (high glucose Dulbecco's modified eagle média, Gibco) avec 0.1 mM d'acides aminés non essentiels (Gibco), 0.1 niM betaJVtercaptoethanol (Sigma), 100 microg/ml pénicilline et streptomycine (Invitrogène) et d'un inhibiteur de la différenciation (« Leukemia Inhibiting Factor ») (LIF) (1000 Ul/ml) et de faible concentration de sérum de veaux fœtal (5%). In the presence of complete culture medium that associates DMEM medium (high glucose Dulbecco's modified eagle media, Gibco) with 0.1 mM non-essential amino acids (Gibco), 0.1 niM betaJVtercaptoethanol (Sigma), 100 microg / ml penicillin and streptomycin (Invitrogen) and a Leukemia Inhibiting Factor (LIF) (1000 IU / ml) and low concentration of fetal calf serum (5%).
La différenciation est initiée en formant des corps embryonnaires qui sont des « clusters » de cellules. Differentiation is initiated by forming embryonic bodies that are "clusters" of cells.
Le LIF est ensuite retiré et la concentration en sérum de veau fœtal est portée à 20%. Le début de l'induction est considéré comme jour 0 (EBS jour 0); The LIF is then removed and the concentration of fetal calf serum is increased to 20%. The beginning of the induction is considered as day 0 (EBS day 0);
Les cellules dans la préparation sont non différenciées. Ce sont des cellules totipotentes qui expriment les marqueurs des cellules souches mais pas les marqueurs des cellules différenciées (Puceat M., Protocols for cardiac différenciation of embryonic stem cell, Methods 2008 ; Leschik J., Cardiac commitment of primate embryonic stem cells, Nature Protocol, 2008). The cells in the preparation are undifferentiated. These are totipotent cells that express markers of stem cells but not markers of differentiated cells (Puceat M., Protocols for cardiac differentiation of embryonic stem cells, Methods 2008, Leschik J., Cardiac commitment of primate embryonic stem cells, Nature Protocol , 2008).
La formation initiale de cette structure 3D comme les corps embryonnaires est une technique classique pour obtenir une induction des 3 feuillets du développement embryonnaire. Il existe cependant d'autres alternatives pour différencier les cellules sans former des corps embryonnaires en différenciant directement les cellules en culture 2D (Puceat M., Protocols for cardiac différenciation of embryonic stem cell, Methods 2008). Les cellules indifférenciées en culture sont mise en suspension en les traitant pendant 5 minutes avec de la trypsine EDTA avant d'être reprises dans le milieu de culture. Les corps embryonnaires sont obtenus en faisant des gouttes de cellules et de milieu (cf. 800 cellules pour des gouttes de 20 microlitres) qui sont placées sur un couvercle inversé de boîte de culture pour 48h. Les corps embryonnaires sont transférés sur des plaques 2D peu adhérentes au deuxième jour du développement embryonnaire (EBS-D2). Au 5ème jour, les corps embryonnaires vont être transférés sur des plaques très adhérentes du fait de la présence de gélatine. Les cellules vont être alors cultivées jusqu'au 10ème jour ou plus. The initial formation of this 3D structure as the embryonic bodies is a classic technique to obtain an induction of the 3 layers of embryonic development. However, there are other alternatives for differentiating cells without forming embryonic bodies by directly differentiating cells in 2D culture (Puceat M., Protocols for cardiac differentiation of embryonic stem cell, Methods 2008). The undifferentiated cells in culture are suspended by treating them for 5 minutes with trypsin EDTA before being taken up in the culture medium. The embryonic bodies are obtained by making drops of cells and medium (see 800 cells for drops of 20 microliters) which are placed on an inverted lid culture box for 48 hours. Embryonic bodies are transferred to non-adherent 2D plates on the second day of embryonic development (EBS-D2). On Day 5, the embryonic body will be transferred on very adherent plates due to the presence of gelatin. The cells will then be cultured until Day 10 or more.
En utilisant cette technique, les premiers marqueurs de transcription cardiaques apparaissent au 3ème jour avec des cellules différenciées. Ces cellules présentent des propriétés contractiles à EBS-day7-8 du fait de l'expression de protéines de l'appareil contractile des cardiomyocytes. Using this technique, the first cardiac transcription markers appear on the 3rd day with differentiated cells. These cells exhibit contractile properties at EBS-day7-8 due to the expression of proteins of the contractile apparatus of cardiomyocytes.
Comme proposé par Hattori, les Inventeurs ont marqué les cellules à EBS day 10 avec du TMPvM. Le 10èmejour correspond déjà à un stade tardif de la différenciation des cellules cardiaques puisque beaucoup de cellules cardiaques battent déjà. Le marquage en TMRM peut se faire sur le corps embryonnaire, l'embryon en entier ou après dissociation de l'embryon en cellules en suspension en utilisant des solutions enzymatiques ou pas. As proposed by Hattori, the inventors labeled the cells at EBS day 10 with TMPvM. The 10th day is already at a late stage of cell differentiation cardiac since many heart cells are already beating. The TMRM labeling can be done on the embryonic body, the whole embryo or after dissociation of the embryo into cells in suspension using enzyme solutions or not.
Dans le cas présent, les cellules ont été rincées avec du tampon PB S sans calcium, sans magnésium à pH 7.4, les cellules ont ensuite été dissociées pendant 15 min à 37°C avec de la trypsine EDTA. In this case, the cells were rinsed with PB S buffer without calcium, without magnesium at pH 7.4, the cells were then dissociated for 15 min at 37 ° C with trypsin EDTA.
Les cellules sont reprises dans le milieu de culture pour au moins une ½ heure pour leur laisser le temps réparer les dommages causés par le traitement trypsique. Le temps de la dissociation va dépendre de l'état d'agrégation des cellules. La viabilité des cellules mesurée par marquage au bleu trypan est de plus de 80%. Les cellules vont alors être incubées en avec le marqueur TMRM (50 nM) à 37°C pendant 30 min dans l'incubateur. Cette concentration est celle utilisée précédemment par Hattori et al.. Il s'agit d'une concentration non toxique pour les cellules. Le marquage peut se faire dans des petits tubes avec 500 microlitres de milieu pour 1 million de cellule. A la fin de l'incubation, les cellules sont lavées deux fois avec du tampon TMRM (1 16 nM NaCl, 20 mM Hepès, 12,5 mM NaH2P04i 5,6 mM glucose, 5,4 mM KC1 0,8 mM MgS04, pH 7,35) avant d'être analysées et éventuellement triées par cytométrie de flux . The cells are taken up in the culture medium for at least half an hour to allow them time to repair the damage caused by the trypsin treatment. The time of dissociation will depend on the state of aggregation of the cells. The viability of the cells measured by trypan blue labeling is more than 80%. The cells will then be incubated with the TMRM marker (50 nM) at 37 ° C for 30 min in the incubator. This concentration is the one previously used by Hattori et al. This is a non-toxic concentration for the cells. The labeling can be done in small tubes with 500 microliters of medium per 1 million cells. At the end of the incubation, the cells are washed twice with TMRM buffer (1 16 nM NaCl, 20 mM Hepes, 12.5 mM NaH 2 PO 4, 5.6 mM glucose, 5.4 mM KCl 0.8 mM MgSO 4 , pH 7.35) before being analyzed and optionally sorted by flow cytometry.
Irradiation des cellules au niveau du pic d'absorption du TMRM à 549 nM et analyse au niveau de son pic d'émission à 574 nM. Les incubations peuvent se faire en milieu de culture ou dans des tampons se rapprochant en composition ionique et éléments des milieux de culture comme par exemple le tampon TMRM. Irradiation of the cells at the TMRM absorption peak at 549 nM and analysis at its emission peak at 574 nM. The incubations can be carried out in culture medium or in buffers approximating in ionic composition and elements of the culture media such as, for example, the TMRM buffer.
Certaines cellules ont une autofluorescence au niveau du vert FITC. Dans l'étude de Hattori, les cardiomyocytes étaient donc les cellules TMRM avec un niveau de fluorescence élevée et des cellules FITC négative. En effectuant les marquages TMRM ESD-3 à EBS jour 10, les Inventeurs ont obtenus des cellules marquées par le TMRM (TMRM positives) et des cellules non marquées (TMRM négatives). Parmi les cellules marquées, certaines présentent un niveau de marquage très élevé, mais aucune limite claire ne permet de séparer les marquages forts des marquages intermédiaires, (cf. figure 1)· Some cells have autofluorescence in FITC green. In the Hattori study, cardiomyocytes were therefore TMRM cells with a high fluorescence level and FITC negative cells. By performing the TMRM ESD-3 markings at EBS day 10, the inventors obtained TMRM-labeled cells (TMRM positive) and unmarked cells (TMRM-negative). Among the labeled cells, some have a very high level of labeling, but no clear limit separates the strong markings from the intermediate markings (see Figure 1).
Pour permettre de savoir où se trouve la limite nous avons utilisé un marquage concomitant réalisé sur des cellules isolées à partir de digestion à la collagénase de tissu myocardique de souris. En utilisant des préparations de cardiomyocytes adultes de souris ou des lignées de cardiomyocytes humains, les Inventeurs ont défini une limite permettant de différencier les cellules fortement marquées par le TMRM des cellules présentant un marquage intermédiaire. Les compensations déterminées peuvent alors être utilisées pour d'autres expériences. To find out where the limit is, we used concomitant labeling performed on isolated cells from mouse myocardial tissue collagenase digestion. Using mouse adult cardiomyocyte preparations or human cardiomyocyte cell lines, the inventors have defined a limit for differentiating between cells strongly labeled with TMRM and cells with intermediate labeling. The compensations determined can then be used for other experiments.
Au moyen d'un cytomètre de flux, les cellules ont été triées et misées en culture séparément, Using a flow cytometer, the cells were sorted and cultured separately,
(cf. figure 2). (see Figure 2).
Les cellules TMRM négative sont des cellules mortes. The negative TMRM cells are dead cells.
Les cellules TMRM intermédiaire et élevée sont des cellules qui, en culture sur plaques de gélatine, ont la capacité de s'auto-agréger, ce qui est une caractéristique des cellules embryonnaires. Intermediate and high TMRM cells are cells that, in gelatin plate culture, have the ability to self-aggregate, which is a hallmark of embryonic cells.
Les proportions d'ARNm pour certains marqueurs de cellules cardiaques comme par exemple le MHC par rapport à la quantité d'ARNm évaluée pour un marqueur non spécifique d'un type cellulaire donné, comme par le GAPDH, est augmenté dans la fraction TMRM élevée par rapport à la fraction TMRM intermédiaire plus de 5 fois. The proportions of mRNA for certain cardiac cell markers such as MHC relative to the amount of mRNA evaluated for a nonspecific marker of a given cell type, such as GAPDH, is increased in the high TMRM fraction by compared to the intermediate TMRM fraction more than 5 times.
La fraction TMRM élevée est donc enrichie en cellules cardiaques (cf. figure 2). D'après Hattori, 98% des cellules dans cette population sont des cardiomyocytes. En utilisant cette technique, Hattori n'ont pas été capable d'isoler des cardiomycytes à un temps plus précoce avec une bonne discrimination, quelque soit l'espèce considérée. The high TMRM fraction is therefore enriched in cardiac cells (see Figure 2). According to Hattori, 98% of the cells in this population are cardiomyocytes. Using this technique, Hattori were not able to isolate cardiomycytes at an earlier time with good discrimination, regardless of the species considered.
Le marquage en utilisant un seul marqueur mitochondrial sensible au potentiel de membrane pour isoler cardiomyocytes reste un marquage difficile et ne permet pas d'isoler facilement les progéniteurs des cardiomyocytes puisque l'isolement est relativement tardif. Tagging using a single membrane-sensitive mitochondrial marker to isolate cardiomyocytes remains difficult labeling and does not readily isolate progenitors from cardiomyocytes since isolation is relatively late.
Exemple 2 : Méthode d'isolement de cellules souches neurales impliquant un transfert d'énergie entre les différents marqueurs. Example 2: Method of isolating neural stem cells involving energy transfer between the different markers.
Dans cet exemple, les Inventeurs montrent comment enrichir une population d'intérêt en utilisant un marqueur intracellulaire pour éliminer, par dépolarisation et/ou par mort cellulaire, les cellules qui ne sont pas recherchées et au contraire sélectionner les cellules. Cet exemple montre par ailleurs qu'il est possible d'isoler des cellules souches neurales à un stade du développement embryonnaire, où ces cellules ne sont pas prédominantes. Cette purification repose sur l'observation faite par les Inventeurs que les cellules neurales présentent des propriétés particulières pendant le développement embryonnaire. Comme indiqué précédemment, compte tenu de leur nombre élevé de mitochondries et de leur potentiel de membrane mitochondrial stable, les cellules neurales résistent à la toxicité des radicaux libres induits lors d'une stimulation du TMRM, tandis que les cardiomyocytes sont moins protégés. Les cellules totipotentes sont, elles, encore moins protégées vis-à-vis des radicaux libres. In this example, the inventors show how to enrich a population of interest by using an intracellular marker to eliminate, by depolarization and / or cell death, the cells that are not searched for and, on the contrary, select the cells. This example also shows that it is possible to isolate neural stem cells at a stage of embryonic development, where these cells are not predominant. This purification is based on the observation made by the inventors that neural cells have particular properties during embryonic development. As noted above, because of their high number of mitochondria and stable mitochondrial membrane potential, neural cells resist the free radical toxicity induced by TMRM stimulation, while cardiomyocytes are less protected. Totipotent cells are even less protected against free radicals.
Cet exemple illustre également le phénomène de FRET entre les marqueurs MTG et TMRM. This example also illustrates the FRET phenomenon between the MTG and TMRM markers.
Les cellules ES-D3 à au 10ème jour de développement embryonnaire présentant un marquage au TMRM « élevé» ont été isolées. The ES-D3 cells at the 10th day of embryonic development with a marking TMRM "high" were isolated.
Cette fraction cellulaire est composée majoritairement de cardiomyocytes. This cell fraction is composed mainly of cardiomyocytes.
Les Inventeurs ont effectué un deuxième marquage sur ces cellules pour quantifier la masse mitochondriales de ces cellules, marquage qui a été effectué de manière séquentielle dans le temps (cf. figure 3). The inventors carried out a second labeling on these cells to quantify the mitochondrial mass of these cells, which marking was carried out sequentially over time (see FIG.
Pour évaluer la masse mitochondriale, les Inventeurs ont utilisé une sonde mitochondriale fluorescente le MTG, qui est une sonde cationique qui diffuse librement à travers la membrane mitochondriale pour se fixer dans la mitochondrie en fonction du potentiel initial de la mitochondrie. Toutefois, contrairement au TMRM, la sonde MTG utilisée se fixe une fois à l'intérieur de la mitochondrie de manière covalente à la matrice mitochondriale de telle sorte que même si le potentiel de la mitochondrie change, le marquage ne va pas changer. To evaluate the mitochondrial mass, the inventors used a fluorescent mitochondrial probe MTG, which is a cationic probe that diffuses freely across the mitochondrial membrane to bind in the mitochondria depending on the initial potential of the mitochondria. However, unlike TMRM, the MTG probe used once becomes mitochondrially inside the mitochondria so that even if the potential of the mitochondria changes, the labeling will not change.
La rétention du MTG dans la mitochondrie dépend principalement du potentiel initial de cette mitochondrie et du nombre de mitochondries. La fixation du MTG (Mitotracker Green MTG, comme par exemple mitotracker Green FM M-7514 Invitrogen™) est fonction de la masse mitochondriale alors que celle du TMRM est fonction du potentiel de membrane. The retention of MTG in the mitochondria depends mainly on the initial potential of this mitochondria and the number of mitochondria. The binding of MTG (Mitotracker Green MTG, such as mitotracker Green FM M-7514 Invitrogen ™) is a function of the mitochondrial mass while that of the TMRM is a function of the membrane potential.
Pour le TMRM, la diffusion initiale est la même que le MTG pour ce qui est du potentiel de membrane, mais une fois dans la mitochondrie, il n'y a pas de fixation covalente, de telle sorte que si le potentiel change, il y a relargage du TMRM. La distribution du TMRM et du MTG à l'intérieur de la mitochondrie est identique. Cette proximité spatiale participe à l'échange d'énergie par FRET entre les deux marqueurs. Le MTG est donc proportionnel à la masse mitochondriale alors que le TMRM est proportionnel au potentiel de membrane. Si la cellule meurt, il y a perte du potentiel de membrane et destruction des membranes mitochondri.ales avec relargage du MTG et du TMRM. Par contre, si la cellule se dépolarise, il y a alors une diminution du potentiel de membrane avec une perte du TMRM, mais la fixation du MTG ne change pas. For TMRM, the initial diffusion is the same as MTG for membrane potential, but once in the mitochondria, there is no covalent attachment, so that if the potential changes, there is release of the TMRM. The distribution of TMRM and MTG within the mitochondria is identical. This spatial proximity participates in FRET energy exchange between the two markers. The MTG is therefore proportional to the mitochondrial mass while the TMRM is proportional to the membrane potential. If the cell dies, there is loss of membrane potential and destruction of mitochondrial membranes with release of MTG and TMRM. On the other hand, if the cell depolarizes, there is then a decrease in the membrane potential with a loss of the TMRM, but the MTG fixation does not change.
Il existe une toxicité cumulative des différents marqueurs. Jusqu'à 100 nM, la fixation du MTG est peu influencée par les variations du potentiel membranaire. Le TMRM permet de mesurer le potentiel global des mitochondries d'une cellule, mais sans mettre cette , valeur en rapport avec le nombre de mitochondrie, il est impossible de savoir s'il s'agit d'un grand nombre de mitochondries avec un faible potentiel de membrane ou un nombre plus limité de mitochondrie mais avec un haut potentiel. There is a cumulative toxicity of the different markers. Up to 100 nM, MTG uptake is little influenced by membrane potential variations. TMRM can measure the overall mitochondria potential of a cell, but without putting this value in relation to the number of mitochondria, it is impossible to know if it is a large number of mitochondria with a weak membrane potential or a more limited number of mitochondria but with a high potential.
Après tri à l'aide d'un cytomètre de flux, les cellules présentant un marquage TMRM élevé ont été reprises en milieu de culture pendantl heure afin de laisser aux cellules le temps pour récupérer. After sorting using a flow cytometer, cells with high TMRM labeling were taken into culture medium for 1 hour in order to allow the cells time to recover.
Cette incubation permet également au TMRM de ressortir des cellules qui se dépolarisent, notamment des cellules cardiaques, et ainsi protéger un certain nombre de cellules de la toxicité combinée du double marquage TMRM/MTG. Après 1 heure, les cellules ont été marquées avec du MTG 50 nM ajouté au milieu de culture pendant ½ heure à 37°C. This incubation also allows the TMRM to emerge from depolarizing cells, including cardiac cells, and thus protect a number of cells from the combined toxicity of dual TMRM / MTG labeling. After 1 hour, the cells were labeled with 50 nM MTG added to the culture medium for ½ hour at 37 ° C.
Les cellules ont été lavées deux fois des cellules dans du tampon TMRM, puis analysées par cytométrie de flux. The cells were washed twice with cells in TMRM buffer and analyzed by flow cytometry.
Deux sources d'énergie lumineuse ont été utilisées : 490 nM et à 549 nM et les fluorescences ont été analysées à 516 nM et à 574 nM (cf. figure 3). Two sources of light energy were used: 490nM and 549nM and the fluorescences were analyzed at 516nM and 574nM (see Figure 3).
Deux populations de cellules sont visibles après un marquage TMRM puis MTG à une heure d'intervalle : Two cell populations are visible after TMRM and MTG labeling at one hour intervals:
- une population majoritaire de cellules TMRM négatives avec une fluorescence MTG de type intermédiaire ou basse, et a majority population of TMRM cells that are negative with MTG fluorescence of the intermediate or low type, and
- un groupe de cellule représentant quelques pourcent seulement de la population totale qui est un groupe de cellules à fluorescence TMTM élevée et avec une fluorescence MTG élevée également. a cell group representing only a few percent of the total population which is a group of cells with high TMTM fluorescence and also with high MTG fluorescence.
Ce dernier groupe de cellules exprime les marqueurs des cellules neurales. Les cellules TMRM et MTG négatives sont des cardiomyocytes morts. This last group of cells expresses the markers of the neural cells. Negative TMRM and MTG cells are dead cardiomyocytes.
Les cellules TMRM négatives et MTG intermédiaires sont des cellules dépolarisées possiblement en train de mourir. The negative TMRM and intermediate MTG cells are possibly depolarized cells that are dying.
Toutes les cellules de la préparation étaient initialement des cellules avec un marquage TMRM élevé et correspondant majoritairement à des cardiomyocytes. Les cardiomyocytes sont donc les cellules majoritaires de la préparation. All the cells of the preparation were initially cells with high TMRM labeling and corresponding mainly to cardiomyocytes. Cardiomyocytes are therefore the majority cells of the preparation.
Le fait que les cellules deviennent TMRM négatives signifie que suite au marquage MTG, les cardiomycytes se sont dépolarisés ou sont morts. The fact that the cells become negative TMRM means that following MTG labeling, the cardiomycytes have depolarized or died.
Il est possible que les cardiomyoctes se soient dépolarisés spontanément. L'effet directe du marquage MTG peut être mis en évidence, car si lors du marquage secondaire on utilise à nouveau une combinaison de TMRM avec du MTG au lieu de MTG tout seul on voit que l'effet de dépolarisation est encore plus marqué. It is possible that cardiomyoctes have depolarized spontaneously. The direct effect of MTG labeling can be demonstrated, because if during secondary labeling a combination of TMRM with MTG is used again instead of MTG alone, it can be seen that the depolarization effect is even more pronounced.
La dépolarisation et la mort est donc due à la présence de MTG dans la préparation sur des cellules préalablement marquée avec du TMRM. Depolarization and death is therefore due to the presence of MTG in the preparation on cells previously labeled with TMRM.
Pour une même valeur de TMRM initiale, on constate que la quantité de MTG est plus importante dans les cellules neurales ce qui signifie que le potentiel de membrane de leur mitochondrie est plus faible que celui des cardiomyocytes. For the same value of initial TMRM, it is found that the amount of MTG is greater in neural cells, which means that the membrane potential of their mitochondria is lower than that of cardiomyocytes.
Les cellules neurales ont un potentiel de membrane qui reste stable puisqu'elles maintiennent leur marquage TMRM même après un marquage MTG. Neural cells have a membrane potential that remains stable since they maintain their TMRM markings even after MTG labeling.
Lors du second marquage, si au lieu de faire uniquement un marquage TMRM on effectue un marquage MTG et TMRM simultané (50 nM pour chaque marqueur), on constate qu'il existe : At the second marking, if instead of only TMRM marking is carried out a simultaneous MTG and TMRM labeling (50 nM for each marker), we see that there exists:
- une population de cellules TMRM négative MTG négative qui sont majoritairement des cardiomyoctes morts et a population of MTG negative MTG-negative cells which are predominantly dead cardiomyocytes and
- une population de cellules dont la fluorescence MTG diminue légèrement et dont la fluorescente TMRM augmente beaucoup. a population of cells whose MTG fluorescence decreases slightly and whose TMRM fluorescent increases considerably.
Cette seconde population correspond à des cellules neurales qui reste polarisées et sont résistantes à la toxicité cumulée du double marquage TMRM/MTG. La diminution de la fluorescence MTG au profit de la fluorescence TMRM est due à un transfert d'énergie entre le MTG donneur et TMRM accepteur (FRET). En présence de TMRM la fluorescence propre du MTG diminue et il y a transmission d'énergie sur le TMRM, très proche spatialement, et dont la longueur d'onde d'absorption est proche de la longueur d'onde d'émission du MTG. Exemple 3 : Utilisation de marqueurs intracellulaires pour faciliter l'isolement et l'enrichissement d'une population d'intérêt. This second population corresponds to neural cells that remain polarized and are resistant to the cumulative toxicity of double TMRM / MTG labeling. The decrease of the MTG fluorescence in favor of the TMRM fluorescence is due to a transfer of energy between the donor MTG and the accepting TMRM (FRET). In the presence of TMRM the MTG's own fluorescence decreases and there is energy transmission on the TMRM, very spatially close, and whose absorption wavelength is close to the emission wavelength of the MTG. Example 3: Use of intracellular markers to facilitate the isolation and enrichment of a population of interest.
Comme précédemment, les cellules ES-D3 EBS day 10 ont été marquées avec du TMRM 50 nM pendant l/2heure à 37°C dans l'incubateur. Les cellules de niveau de fluorescence intermédiaire « TMRM intermédiaire » ont été isolées par sélection en cytométrie de flux avec tri cellulaire (cf. figure 4). Il existe actuellement des techniques de cytométrie pour trier des cellules et répondre aux exigences cliniques compatible avec leur utilisation chez l'homme, il existe également des techniques de purification à partir de particules magnétiques couplées à des marqueurs. As before, ES-D3 EBS day 10 cells were labeled with 50 nM TMRM for 1/2 hour at 37 ° C in the incubator. Intermediate TMRM intermediate fluorescence level cells were isolated by selection in flow cytometry with cell sorting (see Figure 4). There are currently cytometric techniques to sort cells and meet clinical requirements compatible with their use in humans, there are also purification techniques from magnetic particles coupled to markers.
Les cellules intermédiaires sont les cellules vivantes qui ne contiennent pas beaucoup de cardiomyocytes et qui sont dans la fraction à fluorescence TMRM intermédiaire. Cette fraction contient moins de 10% de cardiomyocytes et contient d'autres types cellulaires dont les cellules neurales. Les cellules TMRM intermédiaire vont être cultivées en milieu de culture. Si l'on pratique après 1 heure un marquage séquentiel avec le MTG 50 nM, on voit apparaître à nouveau deux populations, la première est TMRM intermédiaire et MTG élevé (zone Q2)et la seconde est TMRM basse et MTG intermédiaire ou négative (zone Q4 ou zone Q3). Intermediate cells are living cells that do not contain many cardiomyocytes and are in the intermediate TMRF fluorescence fraction. This fraction contains less than 10% of cardiomyocytes and contains other cell types including neural cells. Intermediate TMRM cells will be cultured in culture medium. If sequential labeling with MTG 50 nM is performed after 1 hour, two populations are again appearing, the first is intermediate TMRM and high MTG (zone Q2) and the second is TMRM low and MTG intermediate or negative (zone Q4 or Q3 area).
La population TMRM intermédiaire correspond à des cellules neurales. La population TMRM négative correspond à une population de cellules dépolarisées ou en voie de mort cellulaire car la combinaison séquentielle TMRM puis MTG après un intervalle de temps court est toxique pour la majorité des cellules de la préparation. Si maintenant, lors du second marquage, on marque lés cellules TMRM intermédiaire avec un marquage MTG combiné au TMRM, on constate que l'effet néfaste sur une grande partie des cellules est encore accentué puisque pratiquement toutes les cellules deviennent TMRM et MTG négatives. Par contre il existe toujours le groupe de cellules dont la fluorescence MTG diminue un peu et dont la fluorescence TMRM est augmentée. Ce sont majoritairement des cellules neurales confirmées après tri sélectif. Ce qui est avantageux dans cette méthode d'isolation, c'est que bien que l'on démarre d'une population avec une fluorescence TMRM intermédiaire initialement, on constate que l'association d'un marquage MTG avec un transfert d'énergie permet d'augmenter la fluorescence TMRM de ces cellules qui deviennent TMRM élevée comme le sont initialement les cardiomyocytes. Le niveau de fluorescence TMRM observé ne correspond pas à un haut niveau de potentiel de membrane de ces cellules mais à une fluorescence augmentée artificiellement par un mécanisme de transfert d'énergie entre les différents marqueurs utilisés. Cette augmentation de fluorescence facilite l'isolation des cellules neurales alors que dans le même temps la fluorescence TMRM des cellules non neurales est diminuée (cf. figure 4). The intermediate TMRM population corresponds to neural cells. The negative TMRM population corresponds to a population of depolarized or cell-killing cells because the sequential combination of TMRM and MTG after a short time interval is toxic for the majority of cells in the preparation. If now, during the second labeling, the intermediate TMRM cells are labeled with MTG labeling combined with the TMRM, it is found that the harmful effect on a large part of the cells is further accentuated since practically all the cells become TMRM and MTG negative. On the other hand, there is always the group of cells whose MTG fluorescence decreases a little and whose TMRM fluorescence is increased. These are mostly neural cells confirmed after selective sorting. What is advantageous in this isolation method is that although we start from a population with a TMRM fluorescence intermediate initially, we find that the combination of a MTG marking with a transfer of energy allows to increase the TMRM fluorescence of these cells that become high TMRM as are initially cardiomyocytes. The level of TMRM fluorescence observed does not correspond to a high level of membrane potential of these cells but to a fluorescence artificially increased by a mechanism of energy transfer between the different markers used. This increase in fluorescence facilitates the isolation of the neural cells whereas at the same time the TMRM fluorescence of the non-neural cells is decreased (see FIG. 4).
Exemple 4 : Utilisation d'un marquage intracellulaire pour l'isolement de cellules neurales durant le développement embryonnaire. Actuellement, il n'existe pas de méthode simple permettant d'isoler des cellules neurales au sein d'une population de cellule embryonnaire. Example 4: Use of intracellular labeling for the isolation of neural cells during embryonic development. Currently, there is no simple method for isolating neural cells within an embryonic cell population.
Les cellules souches totipotentes ES-D3 avant le début de différenciation (EBS jour 0), au 5eme jour ou au 8eme jour de la différenciation embryonnaire ont été marquées, ou non, avec les marqueurs intracellulaires TMRM, MTG, ou TMRM et MTG de manière concomitante. Totipotent ES-D3 stem cells prior to differentiation (EBS day 0), at day 5 or 8 th day of embryonic differentiation have been marked or not with intracellular markers TMRM, MTG, or TMRM and MTG concomitantly.
Afin d'obtenir des cellules pouvant être analysées par cytométrie de flux, les cellules ont été détachées avec une solution de trypsine EDTA pendant 5 min. Dans le cas des cellules EBS-jour 0, une incubation de 30 minutes est nécessaire. In order to obtain cells that could be analyzed by flow cytometry, the cells were detached with a trypsin EDTA solution for 5 min. In the case of EBS-day 0 cells, an incubation of 30 minutes is necessary.
Pour les cellules EBS au jour 5, où les amas cellulaires sont très compacts et donc plus difficile à dissocier, l'incubation est de 10 min. For EBS cells at day 5, where the cell clusters are very compact and therefore more difficult to dissociate, the incubation is 10 min.
Après dissociation, les cellules sont passées à travers un filtre de 70 micromètres qui permet de retenir les amas non dissociés et ne pas gêner l'analyse par cytométrie de flux. Le marquage est réalisé dans du milieu de culture pendant 30 min, à 37°C avec du TMRM et du MTG à une concentration de 50 nM respectivement, puis les cellules sont lavées dans du tampon TMRM 2X et analysées par cytométrie de flux. L'irradiation des cellules avec les longueurs d'onde respectives du MTG et TMRM a été réalisée, et une analyse de la fluorescence dans le spectre d'émission du MTG et du TMRM a été effectuée. After dissociation, the cells are passed through a 70 micron filter which makes it possible to retain the undissociated clusters and does not interfere with the flow cytometry analysis. The labeling is carried out in culture medium for 30 min at 37 ° C. with TMRM and MTG at a concentration of 50 nM respectively, then the cells are washed in 2 × TMRM buffer and analyzed by flow cytometry. Irradiation of cells with the respective wavelengths of MTG and TMRM was performed, and fluorescence analysis in the emission spectrum of MTG and TMRM was performed.
Une fenêtre d'analyse a été réalisée sur les cellules de la préparation d'après leur taille et leur granulosité. > An analysis window was carried out on the cells of the preparation according to their size and their granulosity. >
Des cellules non marquées ou marquées uniquement avec du TMRM et du MTG permet de définir la positivité pour chaque marqueur, et de réaliser les compensations nécessaires à une analyse correcte. On constate qu'au cours du développement embryonnaire, en suivant les marqueurs TMRM ou MTG, une proportion croissante de cellules exprime les marqueurs. Pour le TMRM, cela signifie qu'il se développe un groupe de cellules à haut potentiel de membrane, même si ce potentiel global est à rapporter à la masse mitochondriale pour connaître le potentiel mitochondrial exact. Unmarked cells or labeled only with TMRM and MTG makes it possible to define the positivity for each marker, and to carry out the compensations necessary for a correct analysis. It is found that during embryonic development, following the TMRM or MTG markers, an increasing proportion of cells express the markers. For TMRM, this means that a group of cells with high membrane potential is developing, even though this global potential is to be related to the mitochondrial mass to know the exact mitochondrial potential.
Les cellules présentant un marquage TMRM élevé représentent de 10% de la population au jour 0, à 13% au jour 5 et 31% au jour 8 (cf. figure 5). L'augmentation de cette fluorescence peut être due au développement de cellules présentant beaucoup de mitochondries à haut potentiel de membrane, un faible nombre de mitochondries mais présentant un haut potentiel de membrane ou un grand nombre de mitochondries avec un faible potentiel de membrane. Cells with high TMRM markings represent 10% of the population at day 0, 13% at day 5 and 31% at day 8 (see Figure 5). The increase in this fluorescence may be due to the development of cells with many mitochondria with high membrane potential, a low number of mitochondria but with a high membrane potential or a large number of mitochondria with a low membrane potential.
Lorsque les cardiomyocytes se développent, leur métabolisme passe de l'anaérobiose à aérobiose et leur potentiel de membrane augmente. As cardiomyocytes develop, their metabolism changes from anaerobiosis to aerobiosis and their membrane potential increases.
Le marqueur MTG permet de quantifier la masse cellulaire. Les cardiomyocytes et les cellules neurales ont un niveau élevé de mitochondries. The MTG marker makes it possible to quantify cell mass. Cardiomyocytes and neural cells have a high level of mitochondria.
Ce qui est important dans ces expériences est la cinétique de ces différents événements lors de la différenciation cellulaire. On constate également qu'au cours de la différenciation le nombre de cellules avec une masse mitochondriale importante augmente (cf. figure 6). What is important in these experiments is the kinetics of these different events during cell differentiation. It is also found that during differentiation the number of cells with a large mitochondrial mass increases (see Figure 6).
Si l'on effectue un marquage concomitant TMRM et MTG au jour 0, au jour 5, et au jour 8, on constate très bien que dès le jour 0, il n'existe pas réellement de population visible (cf. figure 7). Par contre, au jour 5 (cf. figure 8), et au jour 8 (cf. figure 9), et donc très tôt dans le développement embryonnaire, une population présentant un double marquage TMRM et MTG apparaît (fraction Q2). L'expression combinée de ces deux marqueurs permet de séparer les cellules en voie de différenciation des cellules plus immatures totipotentes. If TMRM and MTG are co-labeled at day 0, day 5, and day 8, it is very clear that from day 0, there is no real visible population (see Figure 7). On the other hand, at day 5 (see FIG. 8), and at day 8 (see FIG. 9), and therefore very early in the embryonic development, a population presenting a double TMRM and MTG labeling appears (fraction Q2). The combined expression of these two markers separates differentiating cells from more immature totipotent cells.
Il est possible de trier ces cellules, ces dernières étant viables dans plus de 80% des cas après le tri. It is possible to sort these cells, the latter being viable in more than 80% of cases after sorting.
Pour les autres fractions TMRM positive MTG négatives (fraction Ql), TMRM négative MTG positive (fraction Q3) ou TMRM négative et MTG négative (fraction Q4) il n'est pas possible de cultiver les cellules dans le milieu de culture de différenciation des cardiomyocytes ou autre. For the other TMRM positive MTG negative fractions (Ql fraction), MTG positive MTG negative (Q3 fraction) or negative TMRM negative MTG (Q4 fraction) it is not possible to culture the cells in the cardiomyocyte differentiation culture medium Or other.
La population double positive (fraction Q2) est une fraction composée de cellules vivantes enrichie en marqueur de cellules neurales (cf. figure 9).. Ceci est confirmé en mesurant par PCR quantitative l'expression du marqueur MASH-1, ce dernier étant exprimé plus de 20 fois par rapport aux cellules non neurales II s'agit d'un enrichissement très important qui signifie que dans la fraction Q2, la majorité des cellules sont des cellules neurales. The double positive population (fraction Q2) is a fraction composed of living cells enriched in marker of neural cells (see Figure 9). This is confirmed by measuring by quantitative PCR the expression of the marker MASH-1, the latter being expressed more than 20 times compared to non-neural cells This is a very important enrichment which means that in the Q2 fraction, the majority of the cells are neural cells.
D'autres marqueurs tels que MHC et GATA4, spécifiques des cellules souches cardiaques, ne sont pas surreprésentés. Other markers such as MHC and GATA4, specific for cardiac stem cells, are not overrepresented.
Par contre si Ton considère les autres fractions, les marqueurs neuronaux sont diminués. Dans les fractions Ql, Q3 et Q4 les marqueurs cardiaques sont enrichis par rapport à la fraction Q2. On the other hand, if the other fractions are considered, the neuronal markers are diminished. In fractions Q1, Q3 and Q4 the cardiac markers are enriched with respect to fraction Q2.
La technique de sélection est intéressante, car elle permet de ne sélectionner que les cellules vivantes. En effet, le fait que les cellules aient un marquage TMRM positif signifie qu'elles ont un potentiel de membrane mitochondriale, donc une mitochondrie fonctionnelle, ce qui implique qu'elles soient vivantes. The selection technique is interesting because it allows to select only living cells. Indeed, the fact that the cells have a positive TMRM marking means that they have a mitochondrial membrane potential, therefore a functional mitochondria, which implies that they are alive.
La méthode de sélection permet donc d'éliminer les cellules non recherchées tout en permettant une sélection positive des cellules d'intérêts sur la base de l'activité métabolique mitochondriale et de paramètres morphologiques, telle que la masse mitochondriale. Il n'y a donc pas nécessité d'associer cette technique à des marquages de viabilité cellulaire pour s'assurer que les marquages observés sont spécifiques et ne résultent pas d'une fixation non spécifique. The selection method thus makes it possible to eliminate the undesired cells while allowing positive selection of the cells of interest on the basis of the mitochondrial metabolic activity and morphological parameters, such as the mitochondrial mass. There is therefore no need to associate this technique with markings of cell viability to ensure that the markings observed are specific and do not result from non-specific fixation.
Toutefois, cette méthode ne permet pas de sélectionner les cellules totipotentes. Les cellules neurales triées selon le procédé de l'invention adhèrent sur un support, tel qu'une boite de culture classique, et sans qu'il soit besoin d'ajouter au milieu des protéines permettant l'adhérence cellulaire (lamine, fibronectine, collagène ...) (cf. figure 10). Normalement, la différenciation des cellules neurales est, difficile à obtenir sans avoir recours à des méthodes de culture très particulière. However, this method does not allow the selection of totipotent cells. The neural cells sorted according to the process of the invention adhere to a support, such as a conventional culture dish, and without the need to add to the medium proteins allowing cell adhesion (lamin, fibronectin, collagen ...) (see figure 10). Normally, the differentiation of neural cells is difficult to obtain without resorting to very specific cultivation methods.
Les cellules peuvent être cultivées dans des milieux adaptés à la culture des cellules neurales ou à la culture des cardiomyocytes. The cells can be cultured in media suitable for culturing neural cells or for culturing cardiomyocytes.
De manière remarquable, près de 50% des cellules isolées sont des cellules en division. Certaines cellules sont biréfringentes, caractéristique des cellules embryonnaires peu différenciées. Remarkably, nearly 50% of the isolated cells are dividing cells. Some cells are birefringent, characteristic of poorly differentiated embryonic cells.
Après quelques jours en culture, des expansions cytoplasmiques caractéristiques de cellules type neuronal apparaissent tandis que d'autres cellules ont plutôt des caractéristiques de cellules gliales. Certaines cellules ont tendance à se réagréger spontanément. After a few days in culture, cytoplasmic expansions characteristic of neuronal-like cells appear while other cells tend to have glial cell characteristics. Some cells tend to reappregate spontaneously.
Après culture des cellules sur lame de verre et marquage par la « Nestine », la majorité des cellules sont positives pour la Nestine, ce qui confirme le phénotype de cellules souches neurales. After culturing cells on a glass slide and labeling with "Nestin", the majority of the cells are positive for Nestin, which confirms the phenotype of neural stem cells.
Il est possible d'associer les cellules à des supports tridimensionnels comme des supports de collagène modifiés, ou non, avec des molécules d'adhésions supports et/ou protéoglycanes qui peuvent être réticulés, ou non, avec des agents non toxiques comme par exemple un réticulant chimique comme la génipine (tel que décrit dans la demande WO 2009/007531). Les marqueurs mitochondriaux employés TMRM et MTG ne sont pas spécifique d'espèces. Des résultats identiques peuvent être obtenus avec des cellules humaines type « ES » et « iPS ». Les cellules neurales peuvent également être identifiées à partir d'une préparation de tissu différencié. Exemple 5 : Méthode d'isolement de cellules à l'aide de marqueurs mitochondriaux pour obtenir une population cellulaire à malignité réduite. Généralement, les méthodes de tri cellulaire basé sur la détection de marqueurs de surface permettent de trier non seulement des cellules normales, mais également des cellules tumorales. It is possible to associate the cells with three-dimensional supports such as collagen supports, modified or not, with support and / or proteoglycan adhesion molecule molecules which may or may not be cross-linked with non-toxic agents such as, for example, chemical crosslinker such as genipin (as described in WO 2009/007531). The mitochondrial markers employed TMRM and MTG are not species specific. Identical results can be obtained with human cells type "ES" and "iPS". Neural cells can also be identified from a differentiated tissue preparation. Example 5: Method of isolating cells using mitochondrial markers to obtain a cell population with reduced malignancy. Generally, cell sorting methods based on the detection of surface markers make it possible to sort not only normal cells, but also tumor cells.
Les techniques de manipulation génétique exposent également les cellules ainsi transformées à un risque de tumorigénicité augmentée. Genetic manipulation techniques also expose the cells thus transformed to a risk of increased tumorigenicity.
Le risque tumoral est un risque très important avec les cellules embryonnaires et il est intéressant d'utiliser des méthodes qui permettent de ne pas sélectionner de cellules tumorales. The tumor risk is a very important risk with embryonic cells and it is interesting to use methods that make it possible not to select tumor cells.
Les cellules tumorales sont souvent retrouvées dans les populations de cellules totipotentes. Il faut donc privilégier les techniques qui ne sélectionnent pas ces cellules. Le procédé selon l'invention pourrait être utilisé également pour contrôler des préparations de cellules souches neurales avant leur implantation obtenues avec les autres procédés. Les cellules isolées doublement positives pour les marqueurs TMRM et MTG ont été cultivées pendant une semaine, puis agrégées (1.9 x 105 cellules) et implantées dans des matrices de collagène dans les muscles spinaux de souris immunodéprimés NOD-SCID. Dans aucune des greffes il n'a été observé de tumeurs, même après 2 mois suivant l'injection. A l'inverse, 85% des souris greffées avec des cellules totipotentes indifférenciées ont développées des tumeurs. Tumor cells are often found in totipotent cell populations. We must therefore focus on techniques that do not select these cells. The method according to the invention could also be used to control neural stem cell preparations prior to implantation obtained with the other methods. Doubly positive single cells for TMRM and MTG markers were cultured for one week, then aggregated (1.9 x 10 5 cells) and implanted into collagen matrices in the spinal muscles of NOD-SCID immunosuppressed mice. In none of the grafts were tumors observed even after 2 months after injection. In contrast, 85% of mice grafted with undifferentiated totipotent cells developed tumors.
Exemple 6 : Méthode d'isolement de manière concomitante des cardioinyocytes et des cellules neurales, à l'aide d'un marquage séquentiel. Le but de ce procédé est de protéger les cardiomyocytes de la toxicité induite par l'un des marqueurs, notamment de la toxicité du TMRM lorsqu'il est associé au MTG. Example 6: Method of concomitantly isolating cardioinyocytes and neural cells, using sequential labeling. The purpose of this method is to protect cardiomyocytes from the toxicity induced by one of the markers, including the toxicity of TMRM when it is associated with MTG.
Pour ce faire, les cellules sont d'abord marquées par du TMRM, puis triées. To do this, the cells are first labeled with TMRM and then sorted.
Le Marquage TMRM, qui ne persiste qu'environ 24 heures, est alors éliminé, et les cellules TMRM positives sont marquées au MTG. TMRM labeling, which only lasts about 24 hours, is then eliminated, and TMRM positive cells are labeled with MTG.
Dans ces expériences, la population TMRM positive de départ est très largement enrichie en cardiomyocytes (TMRM élevée) comme décrit dans Hattori et al. (cf. figure 11). Au bout de 24h, 34% des cellules sont encore TMRM positives parmi les cellules TMRM présentant un marquage élevé. In these experiments, the initial positive TMRM population is very largely enriched in cardiomyocytes (high TMRM) as described in Hattori et al. (see Figure 11). After 24 hours, 34% of the cells are still TMRM positive among high-marked TMRM cells.
Après 48h, le pourcentage de cellules marquées au TMR diminue encore. After 48h, the percentage of cells labeled with TMR decreases further.
Dès lors, il est possible de réaliser un second marquage au MTG (50 nM). Therefore, it is possible to carry out a second marking with MTG (50 nM).
De manière intéressante, 92% des cellules présentant un marquage TMRM élevé sont positives au MTG, voir même très positives pour ce marquage, avec des niveaux de fluorescences supérieures à 10J. Alors que si le marquage MTG est effectué 1 h après le marquage TMRM, seules 18% des cellules présentant un marquage TMRM élevé sont positives pour le MTG. Interestingly, 92% of cells with high TMRM labeling are MTG positive or even very positive for this labeling, with fluorescence levels above 10 J. While MTG labeling is performed 1 hour after TMRM labeling, only 18% of cells with high TMRM labeling are positive for MTG.
Si les marquages TMRM et MTG sont effectués de manière concomitante, seules 9,8% des cellules présentant un marquage TMRM élevé sont positives au MTG. If the TMRM and MTG markings are performed concomitantly, only 9.8% of cells with high TMRM labeling are MTG positive.
Il existe d'autre part, en cas de marquage séquentiel, plusieurs niveaux de fluorescence MTG qui permettent d'isoler la population de cardiomyocytes. On the other hand, in the case of sequential labeling, several MTG fluorescence levels which make it possible to isolate the population of cardiomyocytes.
Le fait que les cellules isolées fixent le MTG signifie également que les cellules sont vivantes. The fact that the isolated cells bind MTG also means that the cells are alive.
Il existe d'autres approches qui peuvent être utilisées pour réduire la toxicité vis-à-vis des cardiomyocytes, par exemple l'utilisation d'agents bloquant la dépolarisation mitochondriales, d'agents diminuant la production de superoxide et /ou d'hydrogènes peroxides, d'agents antiapoptotiques. There are other approaches that can be used to reduce cardiomyocyte toxicity, for example the use of mitochondrial depolarizing blockers, superoxide-lowering agents, and / or peroxidized hydrogen compounds. of antiapoptotic agents.
Par ailleurs, il est possible de combiner la méthode de l'invention avec des méthodes visant à augmenter la protection des cardiomyocytes en soumettant les cellules, avant le marquage, à un stress (hypoxie, hypoglycémie, température etc ..) visant à augmenter les agents antiapoptotiques. Furthermore, it is possible to combine the method of the invention with methods for increasing the protection of cardiomyocytes by subjecting the cells, prior to labeling, to stress (hypoxia, hypoglycemia, temperature, etc.) aimed at increasing the antiapoptotic agents.
Ces méthodes ont pour intérêt de permettre l'isolement de cardiomyocytes en diminuant les concentrations de TMRM et/ou de MTG. Il peut être également intéressant de protéger les cardiomyocytes par exemple en utilisant uniquement la longueur d'onde correspondant au deuxième marqueur MTG 490 nM et analyse à 516 nM et en irradiant pas les cellules sur la longueur d'onde du TMRM à 549 nM lors du deuxième tri cellulaire. On effectue alors un tri secondaire des cellules uniquement sur la fluorescence MTG à 516 nM. L'ordre des marquages peut être inversé même si la fluorescence MTG est plus prolongée que la fluorescence TMRM. La rapidité de libération des différents marqueurs en fonction du type de cellule et de son état de différenciation pourrait être utilisée pour identifier différentes populations d'intérêt pour un stade du développement donné. Les différentes méthodes peuvent être combinées. These methods have the advantage of allowing the isolation of cardiomyocytes by decreasing the concentrations of TMRM and / or MTG. It may also be advantageous to protect the cardiomyocytes for example by using only the wavelength corresponding to the second MTG 490 nM marker and analyzed at 516 nM and not irradiating the cells at the wavelength of the 549 nM TMRM during second cell sorting. Secondary cell sorting is then performed only on MTG fluorescence at 516 nM. The order of the markings can be reversed even if the MTG fluorescence is longer than the TMRM fluorescence. The speed of liberation of the different markers based on cell type and differentiation status could be used to identify different populations of interest for a given stage of development. The different methods can be combined.
Exemple 7: Il est possible d'associer le procédé d'isolement de l'invention avec des méthodes classiques permettant de détecter des marqueurs antigéniques et/ou génétiques des cellules d'intérêt. Example 7 It is possible to associate the isolation process of the invention with conventional methods for detecting antigenic and / or genetic markers of the cells of interest.
Ces combinaisons (marquages selon l'invention et autres marquages) peuvent être simultanées, séparées ou étalées dans le temps, et ce de manière répétée une ou plusieurs fois au besoin. These combinations (markings according to the invention and other markings) may be simultaneous, separated or spread over time, and this repeatedly one or more times as necessary.
Il est possible par exemple de présélectionner des cellules souches neurales à l'aide d'un marqueur de différenciation déterminé, puis de mettre en œuvre le procédé de l'invention afin d'éliminer les cellules susceptibles d'être tumorales récupérées lors du premier marquage. It is possible, for example, to preselect neural stem cells using a determined differentiation marker, and then to implement the method of the invention in order to eliminate the cells that may be tumor recovered during the first labeling. .
Grâce à ces combinaisons, il est possible de trier les cellules souches neurales ou peu tumorales, et de sélectionner au sein de ces cellules un type, ou plusieurs types, de cellules neurales de phénotypes différents (les astrocytes, les cellules gliales ou des neurones particuliers par exemple). Thanks to these combinations, it is possible to sort the neural or little tumor stem cells, and to select from these cells one or more types of neural cells of different phenotypes (astrocytes, glial cells or particular neurons). for example).
Exemple 8 : Purification de cellules neurales à partir de cellules souches isolées de tissus Example 8 Purification of Neural Cells from Stem Cells Isolated from Tissues
La technique de préparation des cellules souches à partir de tissus est connue de l'homme du métier. De préférence, on choisit les tissus ou les compartiments d'organes qui ont été rapportés comme riches en cellules d'intérêt. Toutefois, certaines zones du tissu central ne sont pas forcement facile d'accès. Des méthodes de préparation de cellules neurales à partir de tissus plus accessibles comme le tissu dermique ont été décrites chez l'homme (Ernst et al., Exp. Dermatol. (6):549-55 (2010)). Il est également possible d'isoler ces cellules à partir de tissus pathologiques comme du tissu cutané cicatriciel (Yang et al., Tissue Engineering Part C : Methods 4 : 619-629 (2010)). On peut également privilégier les tissus dont certaines cellules dérivent des crêtes neurales comme les fausses nasales ou la pulpe dentaire, la muqueuse buccale, les follicules pileux, le sang comme du sang de cordon ombilical. Il est encore possible d'isoler des cellules souches neurales à partir de tissu adipeux (Ahmadi et al., Tissue and Cell, vol. 44 ; 2 : 87-94 (2012)) (Vindigni et al. Neurol. Res. 5 August 2009). The technique of preparing stem cells from tissue is known to those skilled in the art. Preferably, tissues or organ compartments which have been reported to be rich in cells of interest are selected. However, some areas of the central fabric are not necessarily easy to access. Methods of preparing neural cells from more accessible tissues such as dermal tissue have been described in humans (Ernst et al., Exp Dermatol (6): 549-55 (2010)). It is also possible to isolate these cells from pathological tissues such as scar tissue (Yang et al., Tissue Engineering Part C: Methods 4: 619-629 (2010)). It is also possible to favor tissues in which certain cells derive from neural ridges such as nasal faeces or dental pulp, oral mucosa, hair follicles, blood such as umbilical cord blood. It is still possible to isolate Neural stem cells from adipose tissue (Ahmadi et al., Tissue and Cell, Vol 44, 2: 87-94 (2012)) (Vindigni et al Neurol Res, August 5, 2009).
Un morceau de tissu neural est obtenu par biopsie avec un scapel et est digéré dans une solution mixte de Ham's/DMEM F12 (1 :1) contenant de la papaïne (2.5 Ul/ml), de la DNasel, (250 Ul/ml), de la dispase II (lUI/ml) incubée à 37°C. La solution d'arrêt est une solution mixte de HAM's/DMEM avec 10% fetal bovine sérum (FBS). Après dissociation, les cellules et les débris sont passés dans un filtre de 70 micromètres. Un enrichissement éventuel est possible en réalisant un gradient de Ficoll ou de Percoll. Les débris de myéline sur le dessus sont aspirés et les 2/3 de la fraction entre les globules rouges et la surface sont collectés. Les cellules sont lavées en PBS et le reste des globules rouges peut être éliminé en incubant la préparation avec du chlorure d'ammonium à température ambiante pendant 5 min. A piece of neural tissue is obtained by biopsy with a scapel and is digested in a mixed solution of Ham's / DMEM F12 (1: 1) containing papain (2.5 IU / ml), DNasel (250 IU / ml) of dispase II (1 IU / ml) incubated at 37 ° C. The stopping solution is a mixed solution of HAM's / DMEM with 10% fetal bovine serum (FBS). After dissociation, cells and debris are passed through a 70 micron filter. Potential enrichment is possible by producing a gradient of Ficoll or Percoll. The myelin debris on the top is aspirated and 2/3 of the fraction between the red blood cells and the surface is collected. The cells are washed in PBS and the rest of the red blood cells can be removed by incubating the preparation with ammonium chloride at room temperature for 5 min.
Les marquages peuvent être effectués en tout début de préparation, après isolation des cellules ou après culture. Pour des raisons de reproductibilité, il est préférable d'effectuer le marquage sur les cellules isolées. The markings can be carried out at the very beginning of preparation, after isolation of the cells or after culture. For reasons of reproducibility, it is preferable to carry out the labeling on the isolated cells.
Les cellules sont incubées dans le tampon avec les marqueurs TMRM 50 nM et MTG 50 nM pendant une demi heure à 37°C, puis les cellules sont lavées avant le passage en cytomètre de flux. La population neurale peut être isolée. The cells are incubated in the buffer with 50 nM TMRM and 50 nM MTG markers for half an hour at 37 ° C., and the cells are then washed before passage into a flow cytometer. The neural population can be isolated.
L'autre possibilité et de mettre les cellules en culture et procéder au tri cellulaire plus tardivement sur une préparation enrichie en cellules neurales. On peut également enrichir la préparation en cellules en incubant avec les marqueurs et en irradiant dans le spectre du MTG. The other possibility is to put the cells in culture and proceed to cell sorting later on a preparation enriched in neural cells. The preparation can also be enriched in cells by incubating with the markers and irradiating in the MTG spectrum.
Les cellules sont alors cultivées en Ham's/DMEM F12 avec de la glutamine, N2 du supplément N2, du FGF-2 (20 ng/ml), de l'EGF (20 ng/ml) et de l'héparine (5 μg/ml) sur des plaques de culture en plastique. Pour obtenir les cellules différenciées, les cellules sont cultivées dans le milieu de différentiation (N2 supplémenté avec du FBS 0,5% et de la forskoline 1 μg) sur des plaques couvertes d'un mélange polyornithine/laminine Exemple 9 : Obtention de cellules pluripotentes à partir de cellules somatiques reprogrammées. The cells are then cultured in Ham's / DMEM F12 with glutamine, N2 supplement N2, FGF-2 (20 ng / ml), EGF (20 ng / ml) and heparin (5 μg / ml). ml) on plastic culture plates. To obtain the differentiated cells, the cells are cultured in the differentiation medium (N2 supplemented with 0.5% FBS and forskolin 1 μg) on plates covered with a polyornithine / laminin mixture. Example 9: Obtaining pluripotent cells from somatic cells reprogrammed.
Les cellules somatiques peuvent être reprogrammées à l'aide d'une construction génétique pour devenir des cellules pluripotentes. Ces cellules pluripotentes sont appelées iPS. Ces cellules peuvent être autologues. Elles ont la capacité de former différents types cellulaires dérivés des cellules souches neurales. La construction génétique pour leur reprogrammation peut être retirée mais ces cellules conservent un risque tumoral persistant. Somatic cells can be reprogrammed using a genetic construct to become pluripotent cells. These pluripotent cells are called iPS. These cells can be autologous. They have the ability to form different cell types derived from neural stem cells. The genetic construct for reprogramming can be removed but these cells retain a persistent tumor risk.
Des méthodes d'isolement de cellules neurales à partir de cellules pluripotentes ont été proposées avec des marquages de surface en utilisant une population CD184+(CXCR4)/CD271-/CD44- /CD24+ et en cultivant ces cellules en présence de facteurs de croissance comme FGF, EGF (Yuan et al., PLOS one, Vol.6, Issue 3, el7540 (2011)). Cependant, ces techniques ne permettent pas d'isoler directement les cellules neurales et nécessite une subculture qui peut altérer les propriétés des cellules et les rendre tumorales. De plus, le marqueur CD184 n'est pas spécifique des cellules neurales. Selon l'invention, les cellules neurales peuvent être isolées au sein d'une population de cellules iPS, permettant d'éliminer les cellules tumorales. Exemple 10 : Couplage d'un marqueur mitochondrial à un marqueur fluorescent comme un quantum dot et/ou une particule magnétique. Methods of isolating neural cells from pluripotent cells have been proposed with surface markings using a CD184 + (CXCR4) / CD271- / CD44- / CD24 + population and culturing these cells in the presence of growth factors such as FGF. , EGF (Yuan et al., PLOS one, Vol.6, Issue 3, el7540 (2011)). However, these techniques do not allow to directly isolate neural cells and requires a subculture that can alter the properties of cells and make them tumorous. In addition, the CD184 marker is not specific for neural cells. According to the invention, the neural cells can be isolated within a population of iPS cells, making it possible to eliminate the tumor cells. Example 10: Coupling of a mitochondrial marker to a fluorescent marker such as a quantum dot and / or a magnetic particle.
Les marqueurs mitochondriaux utilisés dans l'invention peuvent être liés à la fois à des molécules fluorescentes, comme par exemple à des « quantum dots », et/ou à des microparticules ferromagnétiques, préférentiellement des nanoparticules, comme par exemple le SPIO (Superpara Magnetic Iron Oxide). The mitochondrial markers used in the invention may be linked to both fluorescent molecules, for example to "quantum dots", and / or to ferromagnetic microparticles, preferably nanoparticles, such as for example SPIO (Superpara Magnetic Iron). oxide).
Le marqueur TMRM peut être couplé avec un quantum Dot qui absorbe de l'énergie puis émet l'énergie dans le spectre d'absorption du TMRM et transmet cette énergie par FRET. Cette délivrance d'énergie va s'accompagner d'une « suractivation » du TMRM avec une production très augmentée de ROS par rapport à la production obtenue en l'absence du capteur d'énergie. The TMRM marker can be coupled with a Dot quantum that absorbs energy and then emits energy into the absorption spectrum of TMRM and transmits this energy through FRET. This delivery of energy will be accompanied by a "superactivation" of the TMRM with a very increased production of ROS compared to the production obtained in the absence of the energy sensor.
Les techniques de fabrication des SPIO, comme par exemple la co-précipitation en phase aqueuse, sont bien connues de l'homme du métier (cf. Mossart R., IEEE trans. Magne. 1981 17, 1247-1248 ; L. Maurizi, Langmuir 2009, 25(16), 8857-8859 ; Wang D., University of New Orléans thèse 2005 :CDSE Quantum Dots and luminescent/magnetic particles for biological applications). Dans de nombreuses interactions chimiques, un groupe Fe-OH présent sur la particule ferromagnétique va être impliquée. Les particules SPIO sont neutres dans les conditions physiologiques et ont tendance à s'agglutiner. Pour limiter cette agglutination, différents polymères hydrophyliques peuvent être fixés à la surface des SPIO (Makhluf S., Nanotechnol. 2006, 2829-2840 ; Kohler N., J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 7206-7211). The techniques for producing SPIOs, for example co-precipitation in the aqueous phase, are well known to those skilled in the art (see Mossart R., IEEE trans Magne, 1981 17, 1247-1248, L. Maurizi, Langmuir 2009, 25 (16), 8857-8859, Wang D., University of New Orleans Thesis 2005: Quantum Dots CDE and Luminescent / Magnetic Particles for Biological Applications). In many chemical interactions, a Fe-OH group present on the ferromagnetic particle will be involved. SPIO particles are neutral under physiological conditions and tend to clump together. To limit this agglutination, various hydrophilic polymers can be attached to the surface of the SPIOs (Makhluf S., Nanotechnol 2006, 2829-2840, Kohler N., J. Am Chem Soc 2004, 126, 7206-7211).
Le polyethylène glycol (PEG) est l'un des polymères couramment utilisés à cause de son hydrophobicité et de sa biocompatibilité. L'attachement covalent du PEG au SPIO stabilise le SPIO pour une période prolongée dans les conditions physiologiques (Lee H., Chem Soc. 2006 126, 7238-7389). En fonction du nombre de polymères (PEG)n, il est possible de modifier la taille du « spacer » entre le premier marqueur et la particule magnétique. Il existe différents type de PEG linéaires ou pas, dont les extrémités sont modifiées chimiquement pour interagir avec des groupements d'intérêt directement ou en utilisant un crosslinker. Il est facile de modifier les PEG pour réagir avec des groupements de type sulfuryl, aminé, carboxyl, ou maleimide par exemple. II est également possible de lier le PEG aux particules ferromagnétiques en utilisant une extrémité du PEG présentant un groupement particulier qui va se lier spontanément à la particule métallique. Il s'agit généralement de PEG avec un groupement Thiol à l'extrémité (PEG-Thiol) ou Lipoamide (PEG-lipoamide). Le groupement thiol va se lier par une liaison métaux-S-R directement pour le PEG-thiol ou « bidental métaux-S/S» pour le composant lipoamide. Le PEG thiol réagit principalement avec l'or. Le composant lipoamide interagit, quant à lui, avec la majorité des métaux comme l'argent, l'or et autres métaux. Polyethylene glycol (PEG) is one of the polymers commonly used because of its hydrophobicity and biocompatibility. The covalent attachment of PEG to SPIO stabilizes SPIO for a prolonged period under physiological conditions (Lee H., Chem Soc., 2006 126, 7238-7389). Depending on the number of polymers (PEG) n, it is possible to modify the size of the "spacer" between the first marker and the magnetic particle. There are different types of linear PEGs or not, whose ends are chemically modified to interact with interest groups directly or using a crosslinker. It is easy to modify the PEGs to react with sulfuryl, amine, carboxyl or maleimide groups, for example. It is also possible to bond the PEG to the ferromagnetic particles using one end of the PEG having a particular moiety which will spontaneously bond to the metal particle. It is usually PEG with a Thiol group at the end (PEG-Thiol) or Lipoamide (PEG-lipoamide). The thiol group will bind with a metal-S-R bond directly for the PEG-thiol or "bidental metals-S / S" for the lipoamide component. PEG thiol reacts mainly with gold. The lipoamide component interacts with the majority of metals such as silver, gold and other metals.
L'autre extrémité du PEG peut être protégée chimiquement par un groupement méthyl. Il est cependant possible de fonctionnaliser ce groupement méthyl en utilisant par exemple une longue chaîne de polyester type CT(PEG)n avec une exposition périodique de groupements carboxyliques à l'extrémité à la place duradical methyl. Ces groupements vont pouvoir être impliqués dans des réactions chimiques avec des groupement aminé en utilisant des crosslinkers hétérobifonctionnels ou pas, comme EDC+/-NHS. Le PEG peut également être produit avec un groupement thiol ou lipoamide, à une extrémité, et, à l'autre extrémité, un groupement pour réagir avec un groupe sulfuryl, aminé, carboxyl ou autre par interaction directe ou en utilisant un crosslinker. Les « crosslinkers » sont connus de l'homme du métier, tout comme les agents de couplage utilisés classiquement. The other end of the PEG can be chemically protected by a methyl group. However, it is possible to functionalize this methyl group using for example a long chain of polyester type CT (PEG) n with a periodic exposure of carboxylic groups at the end instead of duradical methyl. These groups will be able to be involved in chemical reactions with amino groups using heterobifunctional crosslinkers or not, such as EDC +/- NHS. PEG can also be produced with a thiol or lipoamide group, at one end, and at the other end, a group for reacting with a sulfuryl, amine, carboxyl or other by direct interaction or using a crosslinker. Crosslinkers are known to those skilled in the art, as are the coupling agents conventionally used.
Les quantum dots peuvent être préparés par différentes techniques bien connues de l'homme du métier (Wang D., CDSE Quantum Dots and luminescent/Magnetic Particles for biological applications, thèse Université de New Orléans, 2005; Boatman et al., a safer easier faster synthesis for CdSe Quantum Dot nonocrsytals, J Chem Educ, 82:1697- 1699 (2005)). Quantum dots can be prepared by various techniques well known to those skilled in the art (Wang D., Quantum Quantum Dots and Luminescent / Magnetic Particles for Biological Applications, University of New Orleans, 2005 thesis, Boatman et al. Cumulative Quantum Dot Nonocrystals, J Chem Educ, 82: 1697-1699 (2005)).
Le quantum Dot peut avoir des propriétés magnétiques par exemple. Il est possible d'utiliser le TMRM couplé au Quantum Dot CdSE/ZnS modifié avec des molécules magnétiques type -Fe203. Dot quantum can have magnetic properties for example. It is possible to use TMRM coupled to modified Quantum Dot CdSE / ZnS with magnetic molecules such as -Fe 2 0 3 .
Le couplage de particules ferromagnétiques à des marqueurs fluorescents a été déjà démontré. (Massard R., IEEE Trans. Magn., 17:1247-1248, 1981). Les propriétés supramagnétiques sont intéressantes car les marqueurs ont alors une meilleure biodistribution et pas de tendance à s'agglutiner. The coupling of ferromagnetic particles to fluorescent markers has already been demonstrated. (Massard R., IEEE Trans Magn., 17: 1247-1248, 1981). The supramagnetic properties are interesting because the markers have a better biodistribution and no tendency to clump together.
Pour lier un marqueur à une particule ferromagnétique, il existe de nombreuses façons. La première consiste à fonctionnaliser la particule en introduisant différents groupements, notamment carboxyliques, thiols, maleimides ou autres. To bind a marker to a ferromagnetic particle, there are many ways. The first is to functionalize the particle by introducing different groups, especially carboxylic, thiols, maleimides or others.
Il est possible d'introduire par exemple un ou plusieurs groupements « maleimide » sur des particules ferromagnétiques pour permettre l'interaction avec la molécule d'intérêt. Cette technique est utilisée pour fonctionnaliser les particules ferromagnétiques (Park J., Nat Mater, 3:891-895, 2004; Sun S., JAm Chem Soc, 126: 273-279, 2004 ; Xie J., JAm Chem Soc, 130:7542-7543, 2008 ; Wang D., thèse Université de New Orléans, CDSE Quantum Dots and luminescent/Magnetic Particles for biological applications, 2005). Récemment, J. Xie a décrit une technique pour coupler des nanoparticules de très petite taille (quelques nm) à des particules de Fe304. La surface des particules de Fe304 a été fonctionnalisée en utilisant le « 4-methylatechol (4-MC) » comme surfactant. Le 4-MC fixé au Fe304 a ensuite lié un groupement -NH2 porté par une molécule d'intérêt en utilisant la réaction de Mannich en présence de formaldehyde (Xie, J., J Am Chem. Soc, 130:7542-7543, 2008). It is possible to introduce for example one or more "maleimide" groups on ferromagnetic particles to allow interaction with the molecule of interest. This technique is used to functionalize the ferromagnetic particles (Park J., Nat Mater, 3: 891-895, 2004, Sun S., JAm Chem Soc, 126: 273-279, 2004, Xie J., JAm Chem Soc, 130). : 7542-7543, 2008; Wang D., thesis University of New Orleans, CDSE Quantum Dots and Luminescent / Magnetic Particles for Biological Applications, 2005). Recently, J. Xie has described a technique for coupling nanoparticles of very small size (a few nm) to particles of Fe 3 O 4 . The surface of the Fe 3 O 4 particles was functionalized using "4-methylatechol (4-MC)" as surfactant. 4-MC bound to Fe 3 O 4 then bound a -NH 2 group carried by a molecule of interest into using the Mannich reaction in the presence of formaldehyde (Xie, J., Am. Chem. Soc., 130: 7542-7543, 2008).
Une autre technique classique consiste à utiliser des agents qui vont réagir avec les groupement Fe-OH pour introduire des groupement thiols ou carboxyliques qui sont plus réactifs. Un composant chimique classiquement utilisé est le « DMSA » (2,3- dimercaptosuccinic acid) (cf. Fauconier N., J Colîoid Interfac Sci, 194:427-433, 1997; Roger J, Eur Phys J Apply Phys, 5:321-325, 1999 ; Wang D., thèse Université de New Orléans, CDSE Quantum Dots and luminescent/Magnetic Particles for biological applications, 2005). Another conventional technique is to use agents that will react with the Fe-OH group to introduce thiol or carboxyl groups which are more reactive. A commonly used chemical component is "DMSA" (2,3-dimercaptosuccinic acid) (see Falconer N., J Coloid Interfac Sci, 194: 427-433, 1997, Roger J, Eur Phys J Apply Phys, 5: 321). -325, 1999; Wang D., thesis University of New Orleans, CDSE Quantum Dots and Luminescent / Magnetic Particles for Biological Applications, 2005).
Couplage du TMRM au SPIO Coupling TMRM to SPIO
L'approche, ici utilisée pour le TMRM, peut être transposée à un autre marqueur mitochondrial. The approach, used here for TMRM, can be transposed to another mitochondrial marker.
Le TMRM peut être modifié avec un accepteur donneur d'énergie et/ou des particules ferromagnétiques. La chaîne de liaison entre le TMRM et le capteur d'énergie peut être modifiée pour transmettre cette énergie comme par exemple par transfert d'électron. Le TMRM peut être facilement modifié chimiquement pour l'introduction de groupements chimiques réactifs par l'homme du métier, comme par exemple via les groupements -COOCH3 pour le TMRM. TMRM can be modified with a donor energy acceptor and / or ferromagnetic particles. The link chain between the TMRM and the energy sensor can be modified to transmit this energy, for example by electron transfer. TMRM can be easily chemically modified for the introduction of reactive chemical groups by those skilled in the art, for example via -COOCH 3 groups for TMRM.
Il est possible de fonctionnaliser la molécule SPIO avec différents groupes pour lier de manière spécifique le TMRM ou le marqueur fluorescent. La thiolisation de quantum Dot CdSE/Zn couplé à des particules ferromagnétiques a été décrite par thèse par Wang D. (thèse de l'Université de New Orléans, CDSE Quantum Dots and luminescent/Magnetic Particles for biological applications, 2005). It is possible to functionalize the SPIO molecule with different groups to specifically bind the TMRM or the fluorescent marker. The quantum thiolization of Dot CdSE / Zn coupled to ferromagnetic particles has been described by Ph.D. by Wang D. (University of New Orleans thesis, CDSE Quantum Dots and Luminescent / Magnetic Particles for Biological Applications, 2005).
Le TMRM appartient au groupe des marqueurs réactifs avec les thiols (« thiol reactive dye ») et va donc spontanément se lier à des groupements -SH. Ainsi, si les SPIO sont modifiés avec des groupements -SH comme après fonctionnalisation avec le DMSA, le TMRM va se lier aux groupements -SH. Il est possible de modifier les molécules TMRM pour introduire des groupes chimiques. Les molécules TMRM ont des groupements - COOCH3 et -COOCH2CH3 respectivement qui vont pouvoir être modifiés pour introduire par exemple des sites -NH2. Ces sites pourront alors se lier avec des sites - NH2 ou -SH en utilisant des crosslinkers appropriés. Différents types de crosslinker peuvent être utilisés, comme par exemple des dérivés hétéro-bifonctionels tels que le SIA, le SPDP ou le maléimide NHS-PEG. Les « linkers » hétéro-bifonctionels vont reconnaître un motif -NH2 ou -SH. Les techniques de couplage sont bien connues de l'homme du métier. (cf.MK Yu, Targeting stratégies for multifunctional nanoparticules in cancer imaging and therapy, Theranostics, 2:1,3-30, 2012). Il est également possible d'utiliser des techniques de type « Click chemistry » ou « Hybridisation » (cf. MK Yu, Targeting stratégies for multifunctional nanoparticules in cancer imaging and therapy, Theranostics, 2: 1 ,3-30, 2012). TMRM belongs to the group of thiol-reactive markers (thiol reactive dye) and will therefore spontaneously bind to -SH groups. Thus, if the SPIOs are modified with -SH groups as after functionalization with DMSA, the TMRM will bind to -SH groups. It is possible to modify the TMRM molecules to introduce chemical groups. TMRM molecules have groups - COOCH3 and -COOCH2CH3 respectively that will be able to be modified to introduce for example -NH2 sites. These sites can then link with sites - NH2 or -SH using appropriate crosslinkers. Different types of crosslinker can be used, such as, for example, heterobifunctional derivatives such as SIA, SPDP or NHS-PEG maleimide. Hetero-bifunctional linkers will recognize a -NH2 or -SH motif. Coupling techniques are well known to those skilled in the art. (cfMK Yu, Targeting Strategies for Multifunctional Nanoparticles in Cancer Imaging and Therapy, Theranostics, 2: 1,3-30, 2012). It is also possible to use "Click Chemistry" or "Hybridization" techniques (see MK Yu, Targeting Strategies for Multifunctional Nanoparticles in Cancer Imaging and Therapy, Theranostics, 2: 1, 3-30, 2012).
( La liaison entre le TMRM et le SPIO peut faire intervenir un spacer comme par exemple le PEG. Le TMRM peut être lié au SPIO par le biais de ce « spacer ». La molécule qui lui est attachée peut être un quantum Dot avec particule ferromagnétique et un capteur/donneur d'énergie à sa surface comme le CdSE/ZnS. Il est possible par le biais du spacer de grande taille de maintenir les particules ferromagnétiques à l'extérieur de la cellule alors que le TMRM va se fixer à l'intérieur de la cellule. Ce type d'approche est intéressant car il va limiter l'incorporation de matériel étranger dans la cellule. Lorsque la cellule se dépolarise, le TMRM va être relargué et la particule ferromagnétique va être libérée de la cellule. ( The link between the TMRM and the SPIO may involve a spacer such as PEG The TMRM can be linked to the SPIO by means of this "spacer" The molecule attached to it can be a quantum Dot with ferromagnetic particle and a sensor / donor of energy on its surface such as the CdSE / ZnS It is possible through the large spacer to maintain the ferromagnetic particles outside the cell while the TMRM will attach itself to the This type of approach is interesting because it will limit the incorporation of foreign material into the cell When the cell depolarizes, the TMRM will be released and the ferromagnetic particle will be released from the cell.
De manière alternative, il est aussi possible d'utiliser des nanoparticules métalliques, recouvertes de graphite, sur lesquelles il est possible de fixer de manière covalente les marqueurs mitochondriaux (Turbobeads). Alternatively, it is also possible to use metal nanoparticles, covered with graphite, on which it is possible to covalently attach the mitochondrial markers (Turbobeads).
Couplage TMRM au QuantumDot CdSE/ZnS Coupling TMRM to QuantumDot CdSE / ZnS
La surface des quantum Dot type CdSE/ZnS peut être modifiée avec différents ligands carboxyliques comme par exemple, l'acide mercaptoacetique ou l'acide mercaptosuccinique, ce qui les rend solubles dans l'eau et les rend biologiquement compatibles. Les quantum Dots peuvent alors être modifiés chimiquement pour introduire des groupements réactifs comme des groupements thiols par exemple (-SH). Il est alors possible de fixer sur ces groupements thiols des molécules chimiques d'intérêt comme par exemple le marqueur TMRM. The surface of Dot quantum dot CdSE / ZnS can be modified with different carboxylic ligands such as, for example, mercaptoacetic acid or mercaptosuccinic acid, which makes them soluble in water and makes them biologically compatible. The quantum dots can then be chemically modified to introduce reactive groups such as thiol groups for example (-SH). So he is it is possible to fix on these thiol groups chemical molecules of interest, for example the TMRM marker.
Il est également possible de rendre ce quantum Dot magnétique en le faisant interagir par ces groupements avec des molécules ferromagnétiques comme par exemple des molécules de type y-Fe 03. Le TMRM peut dans ce cas être couplé au Quantum Dot type CdSE/ZnS. Pour créer ces groupement actifs sur les particules, les molécules (γ- Fe203) sont reprises dans du DMSA (meso2,3-dimercaptosuccinic acid) et dans un solvant organique/inorganique (chloroforme :méthanol :eau 10/5/1) afin d'obtenir des groupements carboxyliques et thiols à la surface des particules magnétiques. Il est alors possible de fixer le TMRM au Quantum Dot par le groupement thiol, puis de fixer le composé obtenu avec la particule magnétique, via les groupement thiols ou carboxyliques résiduels. It is also possible to make this magnetic quantum dot by interacting with these groups with ferromagnetic molecules such as, for example, y-Fe 0 3 type molecules. The TMRM can in this case be coupled to the Quantum Dot type CdSE / ZnS. To create these active groups on the particles, the molecules (γ-Fe 2 O 3 ) are taken up in DMSA (meso 2,3-dimercaptosuccinic acid) and in an organic / inorganic solvent (chloroform: methanol: water 10/5/1). ) to obtain carboxylic and thiol groups on the surface of the magnetic particles. It is then possible to fix the TMRM to the Quantum Dot by the thiol group, and then to fix the compound obtained with the magnetic particle, via the residual thiol or carboxylic groups.
Isolement des cellules neurales en utilisant le TMRM couplé au quantum dot CdSE/ZnS magnétique Isolation of neural cells using TMRM coupled to quantum dot CdSE / ZnS magnetic
Le spectre d'absorption des quantum dot CdSe est très large. Les quantum dots CdSe ont une absorption importante à moins de 600 nm, cette absorption diminue progressivement de 350 nm à 600, avec une légère réaugmentation autour de 550 nm. The absorption spectrum of quantum dot CdSe is very wide. CdSe quantum dots have significant absorption at less than 600 nm, this absorption gradually decreases from 350 nm to 600, with a slight increase around 550 nm.
Le spectre d'émission des quantum dot CdSe est beaucoup plus étroit avec une émission entre 500 et 600 nm (thèse de l'Université de New Orléans, CDSE Quantum Dots and luminescent/Magnetic Particles for biological applications, 2005). The emission spectrum of quantum dot CdSe is much narrower with emission between 500 and 600 nm (University of New Orleans thesis, CDSE Quantum Dots and Luminescent / Magnetic Particles for Biological Applications, 2005).
Pour les quantum Dot CdSe(ZnS)-thiol, le spectre d'émission est entre 525nm et 625 nm, légèrement inférieur à celui des nanoparticules magnétiques CdSe/ZnS. For quantum Dot CdSe (ZnS) -thiol, the emission spectrum is between 525nm and 625 nm, slightly lower than that of magnetic CdSe / ZnS nanoparticles.
Le spectre d'absorption du TMRM est 500-600 nm et son spectre d'émission est 550-700 nm. Le TMRM est donc capable d'absorber l'énergie émise par le quantum dot CdSe. The absorption spectrum of TMRM is 500-600 nm and its emission spectrum is 550-700 nm. The TMRM is therefore able to absorb the energy emitted by the quantum dot CdSe.
Pour isoler les cellules neurales, les cellules sont d'abord incubées avec le marqueur unique : TMRM couplé au quantum dot CdSE/ZnS magnétique. Il est alors possible de trier les cellules marquées positivement via une colonne aimantée (Pankhurst et al., Applications of magnetic nanoparticles in biomedicine, J Phys D: Appl Phys, 36 :R167- R181, 2003; Zborowski et al., Magnetic cell sorting, Methods Mol BioL, 295:291-300, 2005; Ito et al., Médical application of functionalized magnetic nanoparticles, J Biosci Bioeng, 100(1): 1-11, 2005; Sofarik et al., Use of magnetic techniques for the isolation of cells, Journal of Chromatography, 722:33-53, 1999). Les cellules marquées au TMRM sont alors irradiées dans le spectre d'absorption du quantum dot et/ou du TMRM. L'irradiation du quantum dot TMRM entraîne une stimulation plus intense du TMRM ce qui conduit à une augmentation de la production de radicaux libres, induisant parmi les cellules TMRM positives la mort des cardyomyocytes et une survie préférentielle des cellules neurales. To isolate the neural cells, the cells are first incubated with the unique marker: TMRM coupled to quantum dot CdSE / ZnS magnetic. It is then possible to sort the positively labeled cells via a magnetized column (Pankhurst et al., Applications of Magnetic Nanoparticles in Biomedicine, J Phys D: Appl Phys, 36: R167-R181, 2003, Zborowski et al., Magnetic cell sorting , Mol Mol Methods, 295: 291-300, 2005; Ito et al., Medical application of functionalized magnetic nanoparticles, J Biosci Bioeng, 100 (1): 1-11, 2005; Sofarik et al., Use of magnetic techniques for the isolation of cells, Journal of Chromatography, 722: 33-53, 1999). The TMRM labeled cells are then irradiated in the absorption spectrum of quantum dot and / or TMRM. The irradiation of the quantum dot TMRM results in a more intense stimulation of the TMRM, which leads to an increase in the production of free radicals, inducing among the TMRM positive cells the death of the cardyomyocytes and a preferential survival of the neural cells.
Le tri cellulaire par magnétisme n'est donc pas indispensable et la possibilité d'une simple irradiation peut suffire pour enrichir la préparation en cellules neurales du fait d'une survie préférentielle de ces cellules vis-à-vis des radicaux libres par rapport aux autres types cellulaires. Cellular sorting by magnetism is therefore not essential and the possibility of simple irradiation may be sufficient to enrich the preparation in neural cells because of a preferential survival of these cells with respect to free radicals compared to other cell types.
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