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本文提供了逐步指南,以使用外植体培养方法建立牙髓干细胞的原代培养,并根据 ICSCRT 指南对这些细胞进行表征。通过该方案分离的细胞可以被视为间充质干细胞,用于进一步应用。
人类牙髓代表了一种很有前途的多能干细胞储存库,具有卓越的再生能力,可以从拔出的牙齿中收获。牙髓干细胞 (DPSC) 的神经嵴衍生的外间充质起源赋予了高度的可塑性,这要归功于它在组织修复和再生方面的多方面益处。正在研究收集、维持和增殖成体干细胞的各种实用方法,以用于再生医学。在这项工作中,我们证明了通过外植体培养方法从牙齿组织中建立原代间充质干细胞培养物。分离的细胞呈纺锤形,并粘附在培养板的塑料表面。这些干细胞的表型特征显示国际细胞治疗学会 (ISCT) 推荐的 MSC 细胞表面标志物(如 CD90、CD73 和 CD105)的阳性表达。此外,造血 (CD45) 和内皮标志物 (CD34) 的表达可以忽略不计,而 HLA-DR 标志物的表达低于 2%,证实了 DPSC 培养物的均一性和纯度。我们进一步说明了它们基于分化为成脂、成骨和软骨形成谱系的多能性。我们还通过添加相应的刺激培养基诱导这些细胞分化为肝样和神经元样细胞。这种优化的方案将有助于培养高度可扩增的间充质干细胞群,用于实验室或临床前研究。类似的方案可以纳入临床设置,以实践基于 DPSC 的治疗。
由于其可塑性、旁分泌机制和免疫调节特性,成体干细胞已成为细胞定向治疗和疗法的强大治疗工具 1,2,3。基于干细胞的临床前研究的令人鼓舞的数据激发了研究人员致力于从实验室到床边的转化。用于干细胞治疗的干细胞类型在成功结果中起着重要作用。在临床前和临床研究中,间充质干细胞 (MSC) 报道最广泛的来源仍然是骨髓 4,5。然而,使用骨髓来源的干细胞 (BMSC) 的主要缺点包括其稀有的群体、高度侵入性的分离程序以及扩增能力有限。因此,正在探索 MSC 的替代来源。在这方面,牙齿组织具有易于获取、巨大的可塑性、高再生潜力和高增殖能力,现在被认为是干细胞丰富且潜在的替代来源 6,7,8,9,10。
牙髓干细胞 (DPSC) 是 Gronthos 于 2000 年分离和表征的第一种牙科干细胞11。DPSC 因其高增殖率、显著的分化潜力、易于获得且培养毫不费力,最重要的是,它们能够从丢弃的牙齿中获得而没有任何道德问题,因此在组织工程应用中引起了人们的关注12。DPSC 规避了其他干细胞来源(如 BMSC 和脂肪来源干细胞 (ADSC))在分离和自我更新能力不足方面带来的限制13。人类 DPSC 可以从人类乳牙、恒牙、智齿、剥落的乳牙 (SHED) 和根尖中获得。此外,DPSC 也可以从多余牙齿中分离出来,这些牙齿通常被丢弃14。DPSC 表达神经嵴相关标志物,并有可能在体外和体内分化为神经元细胞 15。当给予特定的分化条件时,DPSC 除了具有神经源性潜力外,还可以分化为其他细胞谱系,例如成骨、成软骨、成脂、肝脏和肌成13。因此,这些多能细胞在基于细胞的治疗中具有巨大潜力,可用于各种组织的再生。研究还报道了 DPSC 在角膜重建16、心肌梗塞修复17 中的潜在作用,以及它们在肢体缺血18、阿尔茨海默氏症 19、帕金森氏症 20 和衰老21 等疾病中的潜在治疗作用。因此,牙组织来源的干细胞不仅可以用于牙齿再生,还可以用于非牙齿器官的修复和再生,如眼睛16、心脏17、肝脏22、骨骼23 等。
从牙髓组织中分离 MSC 群体有两种特殊方法 - 酶消化和外植体培养24,25。这两种方法都报道了原代培养物的成功建立,DPSC 的数量和性质没有任何显着差异26。在这项研究中,我们专注于通过外植体法27 分离 DPSC,因为与可导致成纤维细胞污染的酶消化相比,这种方法产生的 DPSCs 不会污染造血细胞和内皮细胞28。
研究中描述的所有程序均已获得昌迪加尔 PGIMER 研究所伦理委员会 (IEC# 9195/PG-12 ITRG/2571-72) 的批准。所有与细胞培养相关的实验都需要按照无菌技术在 II 级生物安全柜 (BSC) 中进行。牙髓取自三名因正畸原因接受第三磨牙拔除的患者 (F/14 、 M/14 和 M/20) 的健康牙齿。在样本采集之前,根据昌迪加尔 PGIMER 伦理委员会提供的指南,从患者/监护人那里获得了书面知情同意书。
1. 从人类牙齿组织中建立牙髓干细胞 (DPSC) 的原代培养
注意:不应使用任何蛀牙。
2. 从牙齿中去除牙髓组织和 DPSC 细胞培养物(时间:60-120 分钟)
注意:牙齿运输后的所有步骤均在 2 级生物安全柜内的细胞和组织培养实验室中进行。
3. DPSC 扩展
4. 干细胞表型标志物的鉴定(时间:90 - 120 min)
注:为了表征从牙髓组织中收获的细胞,请使用第 3 代和第 5 代之间的细胞。
5. DPSC 分化为多个谱系
注意:在第 3 至第 5 次传代时使用 75%-80% 的 DPSC 汇合培养物来评估多能性。含有 α-MEM 的对照细胞组应用于下面描述的所有类型的分化。
6. DPSCs 的成脂分化、油红 O 染色和定量
注意:接种的初始步骤与上述相同(即成骨分化步骤 5.1)。
7. DPSCs 的软骨形成分化、阿尔新蓝染色和定量
注:在 DPSC 的单层培养中诱导软骨形成分化。接种的初始步骤与上述相同(即,成骨分化步骤 5.1)。
8. DPSCs 向肝样谱系的分化和特征
9. DPSCs 向神经元样谱系的神经分化和表征
在这里,我们描述了研究人员如何通过外植体方法 6,7,8,9,10 建立 DPSC 的纯培养物,并诱导它们走向多个谱系,以确定用于下游应用的培养物纯度。
我们从患者第三磨牙提取的牙髓小组织中建立了 DPSCs 的原代培养物,如图 1A ?...
由于其可塑性、稳健性、免疫调节特性、旁分泌机制和归巢效率,干细胞寄予了治愈许多疾病的希望。牙髓组织被认为是最有效和最有价值的干细胞来源,具有卓越的可塑性和再生能力。在这里,我们展示了利用广泛采用的外植体培养方法分离 DPSC,其中细胞从牙髓组织或外植体中迁移,生长成形态学类似于纺锤形成纤维细胞样细胞的均质细胞培养物。外植体方法产生更均匀的 DPSC 培养物,没有?...
作者声明不存在财务或非财务利益冲突。
我们感谢印度政府 ICMR 卫生研究部 (DHR) 对 AK 的资金支持(DHR-NRI 赠款 # R.12015/01/2022-HR)。SR 已获得印度政府 ICMR 的资助(拨款 # 2020-7593/SCR-BMS),PS 已获得印度政府 CSIR 的奖学金。我们还要感谢 Sandhya Tokhi 女士和 Bhupinder Kaur 女士在流式细胞术方面的帮助,以及中央精密仪器核心 (CSIC) 和昌迪加尔 PGIMER 提供的基础设施支持。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
6 well cell culture plate | Costar | 3516 | For cell culture |
Alcian blue stain | EZstain chondrocyte staining kit, HiMedia | CCK029 | |
alizarin red S stain | Sigma-Aldrich | TMS-008 | Osteogenic stain |
Antibiotic cocktail | Himedia | A002-5X50ML | To prevent culture contamination |
Ascorbic Acid | Himedia | TC094-25G | Chondrogenic induction |
B27 supplement | Gibco | 17504044 | For neural induction |
bFGF ( basic Fibroblast Growth Factor) | Gibco | PHG0024 | For neural induction |
CD 105 | BD-Pharmingen | 560839 | |
CD 35 | Biolegend | 343604 | |
CD 45 | Biolegend | 304006 | |
CD 73 | Biolegend | 344016 | |
CD 90 | Biolegend | 328107 | Characterization |
cetyl pyridinium chloride (CPC) | Sigma-Aldrich | 1104006 | For Alizarin Red extraction |
Dexamethasone 21-phosphate disodium | Sigma-Aldrich | D1159-100MG | |
Dulbecco's Phosphate Buffered Saline | Himedia | TS1006-5L | For washing purpose |
EGF (Epidermal Growth Factor) | Gibco | PHG0311 | For hepatic and neural induction |
EVOS LED microscope | Invitrogen | For fluorescence imaging | |
EZ stain Chondrocyte staining kit | Himedia | CCK029-1KT | Chondro stain Kit |
FACS Canto flow cytometer | BD Biosciences | For cell characterization | |
Fetal Bovine Serum | Gibco | 16000044 | For primary culture |
Fetal Bovine Serum | Sigma-Aldrich | F2442 | For cell culture |
G5 supplement | Gibco | 17503012 | For neural induction |
HGF( Hepatocyte Growth Factor) | Sigma-Aldrich | H1404 | For hepatic Induction |
HLA-DR | Biolegend | 307605 | |
Human TGF-β3 | Peprotech | #100-36E-10U | |
Insulin-Transferrin-Selenous acid premix | Sigma-Aldrich | I3146 | For hepatic Induction |
ITS premix | Corning | 354350 | |
LDL Uptake Assay kit | Abcam | ab133127 | For hepatic characterization |
Low glucose DMEM | Gibco | 11885-084 | For hepatic induction |
MAP2 antibody | Sigma-Aldrich | M4403 | For neural characterization |
N2 supplement | Gibco | 17502048 | For neural induction |
Neural Basal Media | Gibco | 21103049 | For neural induction |
NFM antibody | Sigma-Aldrich | N4142 | For neural characterization |
Nikon Elipse TS100 microscope | Nikon | For fluorescence imaging | |
Oil Red O | Sigma-Aldrich | 01391-250Ml | Adipogenic stain |
Oncostatin M | R&D Systems | 295-OM-010/CF | For hepatic Induction |
Petridish | Tarson | 460090-90MM | For tissue cutting |
Potassium phosphate monobasic | Sigma-Aldrich | 15655-100G | Osteogenic induction |
Propan-2-ol | Thermo Fisher | Q13827 | For Oil Red O extraction |
Sodium pyruvate solution | Sigma life sciences | S8636-100ML | |
Trypsin-EDTA | Sigma-Aldrich | T4049 | For cell passaging |
Whatman filter paper | merck | WHA1001325 | filter paper |
α- Minimum Essential Media (α-MEM) | Sigma-Aldrich | M0643-10X 1L | Media for primary culture |
β-glycerophosphate disodium salt hydrate | Sigma-Aldrich | G9422-50G |
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