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Method Article
该方案强调通过酶消化从牙髓中提取、培养和保存多能干细胞。此外,它展示了它们分化为成骨细胞、脂肪细胞和软骨细胞的潜力,突出了过程中精度和一致性的重要性。
在再生医学和治疗应用领域,干细胞研究正在迅速获得关注。牙髓干细胞 (DPSC) 存在于乳牙和恒牙中,由于其可及性、适应性和先天分化能力,已成为重要的干细胞来源。DPSC 提供了现成且丰富的间充质干细胞库,展示了令人印象深刻的多功能性和潜力,特别是用于再生目的。尽管它们很有希望,但主要障碍在于有效地分离和表征 DPSC,因为它们在牙髓细胞中表示为微小部分。同样重要的是妥善保存这种宝贵的细胞资源。DPSC 分离的两种主要方法是酶消化 (ED) 和组织外植体生长 (OG),通常称为自发生长。该方案主要集中在 DPSC 分离的酶消化方法上,错综复杂地详细说明了包括提取、实验室处理和细胞保存在内的步骤。除了提取和保存之外,该方案还深入研究了 DPSC 的分化能力。具体来说,它概述了用于诱导这些干细胞分化为脂肪细胞、成骨细胞和软骨细胞的程序,展示了它们的多能属性。随后使用比色染色技术有助于准确可视化和确认成功分化,从而验证分离的 DPSC 的口径和功能。这个全面的方案就像一个蓝图,涵盖了牙髓干细胞提取、培养、保存和表征的整个范围。它强调了 DPSC 所蕴藏的巨大潜力,推动了干细胞的探索,并为未来的再生和治疗突破带来了希望。
由于干细胞研究在再生医学和组织工程方面的应用前景广阔,因此在生物医学科学中蓬勃发展。牙髓干细胞 (DPSC) 来源于人类乳牙和恒牙的牙髓组织,由于其现成的可用性和多能能力,作为干细胞的来源引起了人们的极大兴趣 1,2。正如大量研究所证实的那样,这些细胞有可能分化成各种细胞类型,包括脂肪细胞、成骨细胞和软骨细胞3。
在过去的几十年里,干细胞的研究和治疗应用激增。干细胞的巨大潜力要求获得干细胞的来源多样化。有几个因素会影响所选细胞的效率、活力和干性。尽管存在各种已知的干细胞储存库,例如骨髓和脂肪组织,但与这些来源相关的侵入性手术、部位发病率和伦理问题通常会限制他们的探索 4,5。在各种干细胞来源中,牙科干细胞因其易于获取、高可塑性和多种潜在应用而受到关注。尤其是人类牙髓干细胞,其治疗前景已被广泛研究6。牙齿通常作为医疗废物丢弃,但含有丰富的间充质干细胞7。保护这个宝贵的干细胞库需要患者、牙医和医生的共同努力,以确保这些资源不被浪费,使每个牙髓干细胞都能满足未来的再生需求。
牙髓来源的干细胞,例如人类成人牙髓干细胞 (DPSC) 和来自剥落的人乳牙 (SHED) 的干细胞,位于牙髓的血管周围生态位中。这些细胞被认为起源于颅神经嵴细胞,并表现出间充质干细胞 (MSC) 和神经外胚层干细胞的早期标志物。DPSC 和 SHED 已证明具有多能性和再生多种组织类型的能力8。
牙科干细胞的潜在来源包括健康的乳牙和恒牙。干细胞仅占牙髓中细胞总数的 1% 左右,这凸显了有效分离和扩增技术的重要性9。因此,这些干细胞的提取和扩增是 DPSC 分离的关键步骤10。拔出或脱落的牙齿需要储存在营养丰富的运输介质中,例如磷酸盐缓冲盐水 (PBS) 或 Hanks 缓冲盐水溶液 (HBSS)。
可以通过多种方法获得牙髓,具体取决于牙齿类型 7,11。对于根部吸收的乳牙,可以通过根尖进行拔牙。同样,无菌倒钩拉刀可用于从根尖未成熟开放的恒牙中获取牙髓。在牙根完全发育的恒牙的情况下,进入牙髓室包括将牙冠与牙根分离。这是通过在牙骨质牙釉质交界处使用金刚石盘切割牙齿来实现的。这个切口暴露了牙髓室,从而能够取出牙髓组织 12,13,14。
牙髓干细胞 (DPSC) 可以通过酶消化 (ED) 或组织外植体 (OG) 的生长(也称为自发生长)来分离。ED 方法使用酶(主要是胶原酶 I 和分散酶)将组织分解成单细胞悬液15,16。OG 方法更简单、更快捷,需要将果肉片段切碎并直接放入培养板中,让细胞从组织外植体中生长17。研究人员利用并比较了这两种技术来评估细胞增殖速率、分离干细胞特性的保留、分化和表面标志物表达18。建立和标准化高效和干性获取 DPSCs 的方案可以为有效和安全的疗法铺平道路19。该方案包括使用酶消化、实验室处理、保存和细胞分化提取 DPSC,并通过比色染色进行脂肪生成、成骨和软骨生成。
本文中概述的方案提出了一个循序渐进的程序,从从牙齿中初步分离牙髓开始,然后在实验室中培养和维护 DPSC,最后使用特定的干细胞标志物对其进行表征(图 1)。还描述了将这些干细胞诱导成不同细胞谱系的技术,突出了它们的多能性。
此处概述的协议符合机构人类研究伦理委员会(IRB,Pushpagiri 研究中心,喀拉拉邦)的指导方针。拔牙的使用遵循道德标准进行,以确保参与者的完整性、尊严和权利。本研究选择的参与者是 30 岁以下需要拔牙进行正畸治疗的健康个体。那些患有广泛龋齿或严重牙周炎的人被排除在研究之外。从需要拔除保留牙的儿童中收集乳牙。还获得了参与本研究的受试者的知情书面同意书。
1. 牙齿的拔除和运输
2. 牙髓组织的收集
3. 牙髓组织的消化和细胞分离
4. 细胞培养
5. DPSCs 的表征
6. 多谱系分化
注意:以下步骤概述了牙科干细胞成骨、成脂和成软骨分化的方案。首先,将培养物以每孔 1 x 105 个细胞的密度接种在含有完全培养基 (CM) 的纤连蛋白包被的组织培养板中。在开始所需的分化方案之前,监测细胞生长直至达到 80%-90% 汇合。为了评估 DPSC 的多系分化潜力,通过将细胞接种到 24 孔板中并在适当的分化培养基中培养它们,启动向成骨细胞、脂肪细胞和软骨细胞的分化过程。
概述方案的成功执行产生了能够进行多系分化的牙髓干细胞 (DPSC),证明了它们的多能性。
活力检测
在不同时间点使用台盼蓝排除测定法评估 DPSCs 的活力。结果显示,在整个培养过程中始终保持高活力(大于 95%),证明了我们的分离和培养方案的稳健性。
菌落形成单位 (CFU) 检测
进行 CFU 测定以评估 DPSC 的自我更新能?...
该方案概述了从人类乳牙和恒牙中分离、培养和表征牙髓干细胞 (DPSC)。它包括对这些细胞的储存和增殖的描述, 以及它们体外 分化为成骨细胞、脂肪细胞和软骨细胞的潜力的评估35。
Chen 等人36 证明牙髓干细胞 (DPSC) 可以从各种来源获得,包括受牙周炎、牙根吸收、冠周炎和牙齿断裂等疾病影响的受感染的重...
作者没有什么可披露的。
作者感谢蒂鲁瓦拉 Pushpagiri 研究中心主任兼负责人 Mathew Mazhavancheril 博士在记录研究中心的程序方面提供的支持。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
3-isobuty-l-methyl-xanthine | Sigma-Aldrich Co. St. Louis, MO 63103.USA | I5879 | |
Acetic acid | Sigma-Aldrich Co. St. Louis, MO 63103.USA | AS001 | |
Alcian Blue | Sigma-Aldrich Co. St. Louis, MO 63103.USA | RM471 | |
Alizarin Red S staining solution | Sigma-Aldrich Co. St. Louis, MO 63103.USA | GRM894 | |
Alkaline phosphatase -Staining kit | Thermo Fisher Scientific ,MA 02451,USA | ||
Alpha Minimum Essential Medium (α-MEM) | Thermo Fisher Scientific ,MA 02451,USA | Gibco | |
Alpha Minimum Essential Medium (α-MEM) | Thermo Fisher Scientific ,MA 02451,USA | Gibco | |
Alpha-MEM, or Alpha Minimum Essential Medium | Thermo Fisher Scientific ,MA 02451,USA | Gibco | |
Alpha-MEM, or Alpha Minimum Essential Medium | Thermo Fisher Scientific ,MA 02451,USA | Gibco | |
Antibiotic/Antimycotic | Sigma-Aldrich Co. St. Louis, MO 63103.USA | P4333 | |
Ascorbate-2-phosphate | Sigma-Aldrich Co. St. Louis, MO 63103.USA | 012-04802 | |
Beta-glycerophosphate | Sigma-Aldrich Co. St. Louis, MO 63103.USA | G9422-10G | |
Biosafety cabinet-Laminar flow hood | Labconco Corporation,MO 64132-2696,USA | ||
CD90, CD105, CD73, CD34, CD45, and HLA-DR | BioLegend, Inc.CA 92121,USA | ||
Cell strainer (70 µm ) | HiMedia Laboratories Ltd.Mumbai,India | TCP025 | Cell strainer |
Centrifuge | REMI Elektrotechnik Limited (REMI) | ||
Centrifuge | HiMedia Laboratories Ltd.Mumbai,India | 1101 | 1102 | |
CO2 Incubator | Thermo Fisher Scientific ,MA 02451,USA | ||
Collagenase type I | Worthington Biochem. Corp. NJ 08701, USA | ||
Collagenase type I | Worthington Biochem. Corp. NJ 08701, USA | ||
Complete Growth Medium | HiMedia Laboratories Ltd.Mumbai,India | AT006 | DMEM |
Conical tubes (15 or 50 ) | Thermo Fisher Scientific, MA, USA | 546021P/546041P | 15 mL and 50 mL |
Cryo freezing container | Thermo Fisher Scientific ,MA 02451,USA | 15-350-50 | |
Cryolabels | Label India: | ||
Cryovial storage boxes | Cryostore Storage Boxes | ||
Cryovials | Thermo Fisher Scientific ,MA 02451,USA | ||
Cryovials (1.8 mL) | Thermo Fisher Scientific ,MA 02451,USA | PW1282 | Self standing |
Culture flask (25 cm²) | Corning Inc.NY 14831,USA | ||
Culture flasks | HiMedia Laboratories Ltd.Mumbai,India | TCG4/TCG6 | T25/T75 |
Culture Plates | HiMedia Laboratories Ltd.Mumbai,India | TCP129/TCP008 | 60 mm/100 mm |
Dental Diamond Discs | Komet SC 29730, USA | Komet | |
Dental Spoon Excavator | Brasseler,GA 31419,USA | 5023591U0 | |
Dexamethasone | Sigma-Aldrich Co. St. Louis, MO 63103.USA | D4902-25MG | |
Dexamethosone | Sigma-Aldrich Co. St. Louis, MO 63103.USA | D4902-25MG | |
Dexamethosone | Sigma-Aldrich Co. St. Louis, MO 63103.USA | D4902-25MG | |
Dimethyl Sulfoxide (DMSO) | Sigma-Aldrich Co. St. Louis, MO 63103.USA | TC185 | |
Dispase | Roche Diagnostics,Mannheim,Germany. | ||
Dispase | Roche Diagnostics GmbH, Mannheim,Germany | ||
Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) | Thermo Fisher Scientific, MA, USA | ||
Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) | Thermo Fisher Scientific ,MA 02451,USA | ||
Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) | Thermo Fisher Scientific ,MA 02451,USA | ||
Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) | Thermo Fisher Scientific ,MA 02451,USA | ||
Ethanol (70%) | HiMedia Laboratories Ltd.Mumbai,India | MB106 | |
Ethanol -70% | Thermo Fisher Scientific ,MA 02451,USA | Fisher Scientific | |
Extraction forceps | Dentsply Sirona, USA | ||
Fetal bovine serum (FBS) | Thermo Fisher Scientific Inc.,MA,USA | F2442-500ML | |
Fetal bovine serum (FBS) | Thermo Fisher Scientific Inc.,MA,USA | F2442-500ML | |
Fetal bovine serum (FBS) | HiMedia Laboratories Ltd.Mumbai,India | RM9954 | |
Fetal bovine serum (FBS) | Thermo Fisher Scientific Inc.,MA,USA | F2442-500ML | |
Fetal bovine serum (FBS) | Thermo Fisher Scientific Inc.,MA,USA | F2442-500ML | |
Fibronectin-coated tissue culture plate | Corning Inc.Corning, NY 14831,USA | ||
Flow cytometer | BD Biosciences,CA 95131,USA | ||
Flow cytometry buffer | BD Biosciences,CA 95131,USA | ||
Glass cover slip 22 x 22 mm | HiMedia Laboratories Ltd.Mumbai,India | TCP017 | |
Hank's Balanced Salt Solution (HBSS) | Lonza Group Ltd,4002 Basel, Switzerland | ||
High-speed dental handpiece | NSK Ltd,Tokyo 8216, Japan | Ti-Max Z series | |
Horse Serum | Thermo Fisher Scientific ,MA 02451,USA | ||
IBMX, or 3-isobutyl-1-methylxanthine | Sigma-Aldrich Co. St. Louis, MO 63103.USA | ||
Indomethacin | Pfizer Inc. NY 10017,USA | ||
Insulin-Transferrin-Selenium (ITS) | Thermo Fisher Scientific ,MA 02451,USA | I5523 | |
Insulin-Transferrin-Selenium (ITS) | Thermo Fisher Scientific ,MA 02451,USA | I5523 | |
Insulin-Transferrin-Selenium (ITS) premix | Corning Incorporated,MA 01876,USA | ||
Inverted microscope | Olympus Corp.,Tokyo 163-0914,Japan | ||
Isopropanol (60% ) | Sigma-Aldrich Co. St. Louis, MO 63103.USA | I9516 | |
Isopropyl alcohol | Sigma-Aldrich Co. St. Louis, MO 63103.USA | MB063 | |
Laminar flow hood | Thermo Fisher Scientific ,MA 02451,USA | ||
Lidocaine mixed with epinephrine | DENTSPLY,NC 28277,USA | Citanest | |
Liquid Nitrogen | Air Liquide,75007 Paris,France | ||
Liquid nitrogen storage tank | Cryo Scientific Systems Pvt. Ltd. | ||
Micropipettes | Eppendorf AG,22339 Hamburg,Germany | 30020 | Accupipet-2-20 µL |
Mini tissue grinder | Bio-Rad Lab, Inc. CA 94547,USA | ReadyPrep mini grinders | |
Minus 80 freezer | Blue Star Limited | ||
Neubauer counting chamber | Marienfeld Superior,arktheidenfeld,Germany | ||
Oil red O stain | Sigma-Aldrich Co. St. Louis, MO 63103.USA | 1024190250 | |
Osteogenic Differentiation Medium (ODM) | STEMCELL Technologies Inc.Vancouver, BC, V5Z 1B3,Canada | ||
Paraformaldehyde (PFA) | Sigma-Aldrich Co. St. Louis, MO 63103.USA | TCL119 | |
Penicillin-Streptomycin | Gibco-Thermo Fisher Scientific Inc.,MA 02451,USA | ||
Phosphate Buffered Solution (PBS) without Ca++ and Mg++ | HiMedia Laboratories Ltd.Mumbai,India | TS1101 | |
Phosphate-buffered saline (PBS) | Thermo Fisher Scientific | Gibco | |
Phosphate-buffered saline (PBS) | Thermo Fisher Scientific,MA, USA | Gibco | |
Phosphate-buffered saline (PBS) | Thermo Fisher Scientific, MA, USA | ||
Phosphate-buffered saline (PBS) | Thermo Fisher Scientific, MA, USA | P3813-1PAK | 1x PBS, pH 7.4 |
Proline | Sigma-Aldrich Co. St. Louis, MO 63103.USA | ||
Scalpel Blade Size 15 | Swann-Morton Ltd, Sheffield, S6 2BJ,UK | BDF-6955C | |
Sodium Hypochlorite | HiMedia Laboratories Ltd.Mumbai,India | AS102 | 4% w/v solution |
Sterile centrifuge tubes | Tarsons Products Pvt. Ltd. | ||
Sterile container -20 mL | 3M Center, MN 55144-1000,USA | 3 M | |
Sterile phosphate-buffered saline (PBS) | Sigma Aldrich, USA | P3813-1PAK | 1x PBS, pH 7.4 |
Sterile pipettes (2, 5, and 10 mL ) | Eppendorf AG,22339 Hamburg,Germany | ||
Sterile pipettes and tips | Eppendorf India Limited | ||
Surgical Blade Handle | Becton, Dickinson and Co.,NJ,USA | 371030 | BP Handle 3 |
Transforming Growth Factor-beta 3 (TGF-β3) | R&D Systems, Inc.MN 55413,USA | ||
Transforming Growth Factor-beta 3 (TGF-β3) | R&D Systems, Inc.MN 55413,USA | ||
Trypan Blue 0.4% | Sigma-Aldrich Co. St. Louis, MO 63103.USA | ||
Trypan Blue 0.4% | Sigma-Aldrich Co. St. Louis, MO 63103.USA | TCL046 | |
Trypan Blue 0.4% | Sigma-Aldrich Co. St. Louis, MO 63103.USA | TCL046 | |
Trypsin-EDTA | Gibco-Thermo Fisher Scientific Inc.,MA 02451,USA | ||
Trypsin-EDTA 0.25% | Gibco-Thermo Fisher Scientific Inc.,MA 02451,USA | ||
Water bath | Thermo Fisher Scientific ,MA 02451,USA | BSW-01D |
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