Indagine su marcatori delle cellule staminali e delle cellule progenitrici cardiache nel cuore di maiale durante lo sviluppo embrionale.

The development of mammalian heart is a complex process, involving the integration of different cell populations and gene regulatory networks. The process is still largely unknown in humans, since early human embryos are difficult to obtain. Most knowledge has been derived from mice, however, there are most probably differences between these two species. In the last years, pig model is increasingly used to replace the mouse for manifold reasons, first of all pig embryos develop as flat discs as human embryos, alike mouse egg ‘cylinders’. Secondly pigs are more similar to human with regards to size and they are being used as models already, e.g. doctors practice surgeries on pigs. Third, pig embryos are easy to obtain. Given that little literature is available on pig heart development, important steps of cardiac differentiation of pig embryos to occur at embryonic day (E)15, E16, E18, E20, E22 and E24, were defined. After embedding the collected specimens in paraffin blocks, cardiac development was characterised by performing hematoxylin and eosin staining (HE staining) on the obtained paraffin sections. Furthermore, immunohistochemistry was performed on paraffin sections to analyse the following markers to identify different cell populations: cardiac mesoderm cells (PDGFR-α, FLK1), cardiac progenitor cells (ISL1, NKX2.5) and mature cardiomyocytes (CTNT, CX43, MYHC-Β). The obtained results allowed to compare temporal key morphological events by corresponding human and mouse developing heart stages. When comparing specific cardiac markers expression more similarities were noticed between pigs and humans, than between mice and humans. For example, ISL1 was expressed before NKX2.5 and was present at later stages of development. Furthermore, NKX2.5 expression overlapped with FLK1 and CTNT. On the other hand, the obtained results matched with both models and confirmed some preceding works, like FLK1 expressed in the epicardium. However, CTNT appearance after the corresponding stage in mouse can’t be compared with human model, since there is no literature about early human embryo stages. Notably, this study strengthens previous data reporting NKX2.5 and ISL1 to be expressed in both heart fields. Moreover, it outlines CTNT and MYHC-β as good cardiomyocyte markers delineating the cardiac structures during the development. The obtained results will be submitted to the Stem Cells and Development journal.

Nei mammiferi lo sviluppo del cuore è un processo complesso che coinvolge differenti popolazioni cellulari e una fitta rete di geni regolatori. Tale processo è ancora largamente sconosciuto negli umani, visto che gli embrioni umani sono difficili da ottenere per fare ricerca. La maggior parte delle conoscenze a proposito di questo argomento, proviene da ricerche fatte sui topi, però sono state riscontrate alcune differenze tra il modello umano e il modello murino. Negli ultimi anni il modello suino è sempre più usato per sostituire quello murino, le ragioni per cui questo accade sono molteplici, prima di tutto l’embrione suino sviluppa come il disco piatto degli umani e non come la forma cilindrica negli embrioni di topo. In secondo luogo, i maiali sono più simili agli umani in termini di dimensioni e sono già stati usati come modello, ad esempio vengono usati per fare pratica in chirurgia. Una terza e importante considerazione riguarda il fatto che gli embrioni di maiale sono semplici da ottenere. Considerato che la letteratura scientifica a proposito dello sviluppo del cuore suino è piuttosto ridotta, sono stati definiti gli stadi più importanti della differenziazione cardiaca negli embrioni suini ai giorni dell’embrione (E)15, E16, E18, E20, E22 ed E24. Dopo aver incluso, gli embrioni selezionati, in blocchi di paraffina, gli aspetti anatomici dello sviluppo cardiaco suino sono stati caratterizzati utilizzando la tecnica di colorazione ematossilina ed eosina (HE) sulle sezioni di paraffina ottenute al microtomo. Inoltre, è stata utilizzata la tecnica dell’immunoistochimica sulle sezioni di paraffina per analizzare i seguenti marker per identificare popolazioni cellular differenti: cellule del mesoderma cardiaco (PDGFR-α, FLK1), cellule progenitrici cardiache (ISL1, NKX2.5) e cardiomiociti maturi (CTNT, CX43, MYHC-Β). I risultati ottenuti hanno permesso di comparare eventi temporali e mofologici chiave con corrispondenti stadi di sviluppo nel cuore dell’umano e del topo. Quando l’espressione dei marker cardiac specifici viene comparata sono state notate più similitudini tra umani e suini che tra topi ed umani. Per esempio, ISL1 è espresso prima di NKX2.5 ed è presente in stadi di sviluppo avanzati. Inoltre, l’espressione di NKX2.5 È sovrapposta con FLK1 e CTNT. D’altra parte, sono stati ottenuti risultati che corrispondono con entrambi i modelli e che confermano alcuni lavori precedent, come FLK1 espresso nell’epicardio. Però, l’espressione di CTNT inizia allo stadio di sviluppo successive a quello corrispondente nel topo, ma questo dato non può essere confrontato con il modello umano visto che non ci sono dati a proposito degli umani rispetto a stadi di sviluppo così precoci. Notevolmente, questo studio raffarza dati di lavori precedenti che riportano NKX2.5 ed ISL1 espressi in entrambi gli heart fields. Inoltre, delinea CTNT e MYHC-β buoni marker di cardiomiociti, I quali permettono di individuare le strutture cardiache durante lo sviluppo. I risultati ottenuti verranno presentati alla rivista scientifica Stem Cells and Development.