A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
تكون الغضروف من الخلايا الجذعية يتطلب ضبط الأوضاع الثقافة. هنا، نقدم نهج المغناطيسي لتكثيف الخلايا، وهي خطوة ضرورية لبدء تكون الغضروف. وبالإضافة إلى ذلك، وتبين لنا أن نضوج الحيوي في مفاعل حيوي ينطبق التحفيز الميكانيكي للبنيات الخلوية ويعزز الغضروفية إنتاج المصفوفة خارج الخلية.
تبقى الهندسة الغضروف تحديا يرجع إلى صعوبات في خلق زرع في المختبر وظيفية مماثلة لأنسجة الأم. نهج استكشافها مؤخرا لتطوير بدائل ذاتي ينطوي على تمايز الخلايا الجذعية إلى غضروفية. لبدء هذا تكون الغضروف، وعلى درجة من الضغط من مطلوب الخلايا الجذعية. وبالتالي، أثبتنا جدوى خلايا التكثيف مغناطيسيا، سواء داخل السقالات سميكة وخالية من سقالة، وذلك باستخدام مصادر المجال المغناطيسي المنمنمة كما الجذابون الخلية. وقد استخدم هذا النهج المغناطيسي أيضا لتوجيه الانصهار الكلي ولبناء خالية من سقالة، نظمت، ثلاثي الأبعاد (3D) الأنسجة عدة مليمترات في الحجم. بالإضافة إلى وجود حجم المعزز، قدمت الأنسجة التي شكلتها انصهار مدفوعة المغناطيسي زيادة كبيرة في التعبير عن الكولاجين II، ولوحظ اتجاه مماثل للتعبير aggrecan. كما تعرض الغضروف الأصلي للقوات رقبعة أثرت هيكل 3D لها، وقد أجريت أيضا نضوج ديناميكي. تم استخدام مفاعل حيوي التي توفر المحفزات الميكانيكية للثقافة السقالات المصنف مغناطيسيا على مدى فترة 21 يوما. مفاعل حيوي نضوج تحسنت إلى حد كبير تكون الغضروف في السقالات cellularized. وكانت المصفوفة خارج الخلية التي تم الحصول عليها في ظل هذه الظروف الغنية في الكولاجين II وaggrecan. يحدد هذا العمل إمكانات مبتكرة من التكثيف المغناطيسي للخلايا الجذعية وصفت ونضوج الحيوي في مفاعل حيوي لتحسين التمايز مكون للغضروف، سواء خالية من سقالة وضمن السقالات السكاريد.
يتم استخدام الجسيمات النانوية المغناطيسية بالفعل في العيادة وكلاء النقيض للتصوير بالرنين المغناطيسي (MRI)، وتطبيقاتها العلاجية الحفاظ على التوسع. على سبيل المثال، فقد تبين مؤخرا أن الخلايا المسمى يمكن التلاعب في الجسم الحي باستخدام مجال مغناطيسي خارجي، ويمكن أن توجه و / أو الاحتفاظ بها في موقع محدد من زرع 1، 2، 3. في مجال الطب التجديدي، ويمكن استخدامها لهندسة الأنسجة المنظمة في المختبر 4، بما في ذلك الأنسجة الوعائية 5، 6، 7، 8 العظام، والغضاريف 9.
مغمورة الغضروف المفصلي في بيئة اوعائية، مما يجعل إصلاح مكونات المصفوفة خارج الخلية محدودة للغاية عندما تحدث الأضرار. لهذا السبب، researcوتركز حاليا على ح هندسة استبدال غضروف زجاجي يمكن زرعها في موقع الخلل. من أجل إنتاج بديل ذاتي، وبعض المجموعات البحثية واستكشاف استخدام غضروفية ذاتي كمصدر الخلية 10 و 11، في حين يؤكد آخرون قدرة الخلايا الجذعية الوسيطة (MSC) على التمايز إلى غضروفية 12 و 13. في الدراسات السابقة خصت هنا، اخترنا MSC، وأخذ العينات نخاع العظام هي بسيطة نسبيا ولا تتطلب التضحية من غضروفية الصحية، التي تخاطر بفقدان النمط الظاهري على 14.
خطوة مبكرة ضرورية لبدء تمايز الخلايا الجذعية المولدة للغضروف هي التكثيف بهم. تتشكل مجاميع الخلايا عادة باستخدام الطرد المركزي أو ثقافة MICROMASS 15؛ ومع ذلك، هذه الأساليب التكثيف neitheص تقديم القدرة على خلق مجموعات الخلايا داخل السقالات سميكة ولا القدرة على السيطرة على مزيج من الركام. في هذه الورقة، ونحن تصف نهجا مبتكرا لتكثيف الخلايا الجذعية باستخدام MSC وضع العلامات المغناطيسي والجذب المغناطيسي. وقد ثبت هذا الأسلوب لتشكيل خالية من سقالة يبني 3D عن طريق مزيج من المجاميع مع بعضها البعض للحصول على الأنسجة الغضروفية ملليمتر النطاق 9. وقد سمح بذر المغناطيسي السقالات سميكة وكبيرة أيضا إمكانية زيادة حجم الأنسجة المهندسة وتصميم شكل بسهولة أكبر فائدة للزرع، وتنويع إمكانية التطبيقات السريرية في إصلاح الغضروف. هنا، ونحن بالتفصيل بروتوكول لبذر المغناطيسي للجنة السلامة البحرية في السقالات التي يسهل اختراقها مكونة من السكريات الطبيعية، بولولان، وديكستران، السقالات المستخدمة سابقا لحصر الخلايا الجذعية 16 و 17. كان التمايز مكون للغضروف finallيقوم ذ في مفاعل حيوي لضمان المواد الغذائية المستمرة ونشر الغاز في صلب مصفوفة من السقالات المصنف مع كثافة عالية من الخلايا. وإلى جانب توفير المواد الغذائية، والعوامل المولدة للغضروف النمو، والغاز إلى الخلايا، عرضت مفاعل حيوي التحفيز الميكانيكي. وعموما، فإن التكنولوجيا المغناطيسية المستخدمة لحصر الخلايا الجذعية، جنبا إلى جنب مع نضوج الحيوي في مفاعل حيوي، يمكن أن تحسن بشكل ملحوظ التمايز مكون للغضروف.
1. بناء الأجهزة المغناطيسية
ملاحظة: الأجهزة المستخدمة لزرع الخلايا تختلف تبعا لتطبيق (الشكل 1). لتشكيل المجاميع، ويقتصر عدد الخلايا إلى 2.5 × 10 5 / مجموع المباراتين، وبالتالي فإن نصائح المغناطيسية يجب أن تكون رقيقة جدا (750 ميكرون في القطر). البذور 1.8 سم 2/7 السقالات ملم سميكة، ويجب أن يكون المغناطيس أكبر (3 مليمتر في القطر)، وسوف تضمن الهجرة الخلية من خلال مسام السقالة.
2. الجذعية وسم الخلية
ملاحظة: وصفت الخلايا الجذعية مع 0.1 ملي النانوية المغناطيسية لمدة 30 دقيقة (2.6 ± 0.2 خريج الحديد / خلية) لتشكيل مجاميع، في حين أنها وصفت مع 0.2 ملي النانوية المغناطيسية لمدة 30 دقيقة (5 ± 0.4 خريج الحديد / خلية) البذور السقالات. وقد استخدمت هذه التركيزات جسيمات متناهية الصغر وحضانة مرات سابقا، ونشرت لجنة السلامة البحرية والخلايا الأخرى 18 و 19، وتقرر أن الجسيمات النانوية أثرت ولا خلية حيوية ولا قدرة التمايز MSC. وقد تم قياس كتلة الحديد تأسست من قبل الخلايا الجذعية عن طريق واحد مmagnetophoresis 19 و 20 ليرة لبنانية.
3. المغناطيسي البذر الخلية
4. التمايز إلى غضروفية
ملاحظة: بعد 4 أيام من الحضانة، وإزالة المغناطيس ومواصلة النضج مكون للغضروف إما في طبق بتري (شروط ثابتة) أو في مفاعل حيوي (الظروف الديناميكية). ونضجت عينات السيطرة السلبية في ظروف ثابتة مع المتوسطة المولدة للغضروف بدون TGF-β3.
الحمار = "jove_title"> 5. استخراج الحمض النووي الريبي وتحليل التعبير الجيني
ملاحظة: قبل استخراج الحمض النووي الريبي، هضم السقالات مع حل الأنزيمية.
6. تحليل النسيجي
أولا، وحدات يمكن تشكيلها على حدة باستخدام المغناطيس الصغيرة عن طريق إيداع 2.5 × 10 5 الخلايا الجذعية المسمى (الشكل 2A). هذه المجاميع واحدة (~ 0.8 مم في الحجم) ويمكن بعد ذلك أن تنصهر في الهياكل أكبر بفضل متتابعة، والانصهار الناجم مغناطيسيا. عل...
أولا، لأن التقنيات المعروضة هنا تعتمد على استيعاب النانوية المغناطيسية، وقضية واحدة مهمة هي نتائج النانوية بمجرد توطين داخل الخلايا. صحيح أن جزيئات الحديد قد يؤدي السمية المحتملة أو ضعف القدرة على التمايز اعتمادا على حجمها، والطلاء، ووقت التعرض 19 و<...
الكتاب ليس لديهم ما يكشف.
فإن الكتاب أن نعترف QuinXell تقنيات وCellD، ولا سيما لوثار غرانيمان ودومينيك غزلان لمساعدتهم في مفاعل حيوي. نشكر كاثرين لو سيماء، الذين قدموا لنا مع بولولان / السقالات السكاريد ديكستران. وأيد هذا العمل من قبل الاتحاد الأوروبي (مشروع ERC-2014-الترس ماتيس 648779) والتي AgenceNationalede للبحوث (ANR)، فرنسا (مشروع MagStem ANR-11 SVSE5).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Iron oxide (maghemite) nanoparticules (γ-Fe2O3) | PHENIX - University Paris 6 | Made and given by C. Ménager | Mean diameter of 8.1 nm and negative surface charge |
Polysaccharide Pullulan/Dextran scaffolds | LIOAD - University Nantes | Made and given by C. Le Visage | Prepared from a 75:25 mixture of pullulan/dextran in alkaline conditions (10 M NaOH). Porosity: 185-205 µm; Thickness: 7 mm; Surface area: 1.8 cm2. |
TisXell Regeneration System | QuinXell Technologies | QX900-002 | Biaxial bioreactor with 500 mL culture chamber |
Cage for scaffolds: Histosette II M492 | VWR | 720-0909 | |
Mesenchymal Stem Cell (MSC) | Lonza | PT-2501 | Three independant batches have been used |
MSCGM BulletKit medium | Lonza | PT-3001 | For the complete medium, add the provided BulletKit (containing serum, glutamine and antibiotics) to the MSCGM medium |
DMEM with Glutamax I | Life Technologies | 31966-021 | No sodium pyruvate, no HEPES |
RPMI medium 1640, no Glutamine | Life Technologies | 31870-025 | No sodium pyruvate, no HEPES |
PBS w/o CaCl2 w/o MgCl2 | Life Technologies | 14190-094 | |
0.05% Trypsin-EDTA (1x) | Life Technologies | 25300-054 | |
Penicillin (10,000 U/mL) / Streptomycin (10,000 µg/mL) | Life Technologies | 15140-122 | |
ITS Premix Universal Culture Supplement (20x) | Corning | 354352 | |
Sodium pyruvate solution 100 mM | Sigma | S8636 | |
L-Ascorbic Acid 2-phosphate | Sigma | A8960 | Prepare the concentrated solution (25 mM) in distilled water extemporaneously |
L-Proline | Sigma | P5607 | Prepare the 175 mM stock solution diluted in distilled water and store at 4 °C |
Dexamethasone | Sigma | D4902 | Prepare the 1 mM stock solution diluted in Ethanol 100% and store at -20 °C |
TGF-beta 3 protein 10 µg | Interchim | 30R-AT028 | |
Tri-sodium citrate | VWR | 33615.268 | Prepare the 1 M stock solution diluted in distilled water and store at 4 °C |
Pullulanase from Bacillus acidopullulyticus | Sigma | P2986 | |
Dextranase from Chaetomium erraticum | Sigma | D0443 | |
NucleoSpin RNA Extraction Kit | Macherey-Nagel | 740955.5 | |
SuperScript II Reverse Transcriptase | Life Technologies | 18064-014 | |
Random Primer - Hexamer | Promega | C1181 | 500 µg/mL: Use diluted 1/2 and put 1 µL per sample |
Recombinant RNAs in ribonuclease inhibitor | Promega | N2511 | 40 U/µL: put 1 µL per sample |
PCR nucleotide dNTP mix (10 mM each) | Roche | 10842321 | |
SyBr Green PCR Master Mix | Life Technologies | 4368708 | |
Step One Plus Real-Time PCR System | Life Technologies | 4381792 | |
Formalin solution 10% neutral buffered | Sigma | HT5012 | |
OCT solution | VWR | 361603E | |
Isopentane | Sigma | M32631 | |
Toluidine blue O | VWR | 1.15930.0025 | |
Ethanol absolute | VWR | 20821.310 | |
Toluene | VWR | 1.08323.1000 | |
Mounting medium Pertex | Histolab | 840 | |
RPLP0 Primer for qPCR | Eurogentec | 5'-TGCATCAGTAC CCCATTCTATCAT-3'; 5'-AAGGTGTAATC CGTCTCCACAGA-3' | |
Aggrecan Primer for qPCR | Eurogentec | 5'-TCTACCGCTGCGAGGTGAT-3'; 3'-TGTAATGGAACACGATGCCTTT-5' | |
Collagen II Primer for qPCR | Eurogentec | 5'-ACTGGATTGACCCCAACCAA-3'; 3'-TCCATGTTGCAGAAAACCTTCA-5' |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved