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Method Article
Diese Arbeit beschreibt eine Methode zur Konstruktion von Aggregaten, die auf der Selbstorganisation humaner mesenchymaler Stammzellen basiert, und identifiziert die morphologischen und histologischen Merkmale für die regenerative Behandlung von kranialen Knochendefekten.
Mesenchymale Stammzellen (MSCs), die sich durch ihre Selbsterneuerungsfähigkeit und ihr Potenzial zur Differenzierung mehrerer Linien auszeichnen, können aus verschiedenen Quellen gewonnen werden und entwickeln sich zu vielversprechenden Kandidaten für die regenerative Medizin, insbesondere für die Regeneration von Zahn, Knochen, Knorpel und Haut. Der selbstorganisierte Ansatz der MSC-Aggregation, bei dem insbesondere Zellcluster konstruiert werden, die die sich entwickelnde mesenchymale Kondensation nachahmen, ermöglicht die Abgabe von Stammzellen mit hoher Dichte zusammen mit konservierten Zell-Zell-Interaktionen und extrazellulärer Matrix (ECM) als Nische in der Mikroumgebung. Es hat sich gezeigt, dass diese Methode eine effiziente Zelltransplantation und ein effizientes Überleben ermöglicht und somit die optimierte Anwendung exogener MSCs im Tissue Engineering fördert und die klinische Organregeneration sicherstellt. Dieser Artikel enthält ein detailliertes Protokoll für die Konstruktion und Charakterisierung von selbstorganisierten Aggregaten auf der Basis von mesenchymalen Stammzellen (UCMSCs) der Nabelschnur sowie ein Beispiel für die Anwendung zur regenerativen Schädelknochenbildung. Die Implementierung dieses Verfahrens wird dazu beitragen, eine effiziente MSC-Transplantationsstrategie für das Tissue Engineering und die regenerative Medizin zu etablieren.
Die Kondensation von mesenchymalen Stammzellen (MSC) ist ein wesentliches Stadium, um das normale Wachstum und die Entwicklung des Körpers in der frühen Organogenesezu gewährleisten 1,2, insbesondere bei der Bildung von Knochen, Knorpel, Zähnen und Haut 1,3,4. In den letzten Jahrzehnten haben Tissue-Engineering-Therapien mit kultivierten postnatalen MSCs in Kombination mit biologisch abbaubaren Gerüsten wichtige Fortschritte bei der osteogenen5 und knorpeligen Regenerationerzielt 6. Die Verwendung von Gerüsten kann jedoch einige Nachteile mit sich bringen, wie z. B. Immunabstoßung sowie eine geringe zelluläre Affinität und Plastizität7. In diesem Zusammenhang haben wir die Machbarkeit der Anwendung einer Sphäroid-Zellkulturmethode untersucht, um gerüstfreie, selbstorganisierte Aggregate bereitzustellen, die das sich entwickelnde Kondensationsphänomen nachahmen und nur MSCs und die abgelagerte extrazelluläre Matrix (ECM) enthalten8. Die Bildung von Aggregaten erhöht die applikative Plastizität, um sie an die Defektform anzupassen, und vermeidet die Gerüstimplantation und die Verdauung durch proteolytische Enzyme zur Gewinnung von MSCs für die Transplantation9.
MSC-Aggregate werden unter anderem häufig zur Regeneration von Knochen, Zahnpulpa, Parodont und Haut10 verwendet. Viele verschiedene Arten von MSCs können als Kandidaten für Samenzellen ausgewählt werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Knochenmark-MSCs (BMMSCs), Nabelschnur-MSCs (UCMSCs), aus Fettgewebe gewonnene Stromazellen (ADSCs) und dentale MSCs (z. B. mesenchymale Stammzellen der Zahnpulpa [DPSCs], mesenchymale Stammzellen aus den Milchzähnen [SHED]11 und parodontale mesenchymale Stammzellen [PDLSCs])12. In den letzten zehn Jahren wurden viele Technologien für dreidimensionale Zellcluster entwickelt, darunter auch die assistierte und selbstorganisierte Aggregation. Assistierte Aggregationsansätze sind jedoch oft schwach bei der Herstellung von ECMs und der Bildung homogener und dichter Aggregate und daher nicht geeignet, physiologische Bedingungen nachzuahmen 13,14,15. Darüber hinaus erfordern einige assistierte Aggregationsmethoden Zell-Material-Interaktionen, um stabile Strukturen zu bilden 16,17,18,19, während diese selbstorganisierte Aggregationsmethode im Allgemeinen für eine breite Palette von MSCs verfügbar ist. Insbesondere in unseren jüngsten klinischen Studien wurden MSC-Aggregate erfolgreich zur Regeneration des Pulpa-Dentin-Komplexes und des Parodonts nach Implantation in verletzte menschliche Schneidezähne eingesetzt. die eine de novo Geweberegeneration mit physiologischer Struktur und Funktion erreicht haben20,21.
Dieser Artikel bietet ein gründliches Verfahren für die Konstruktion und Charakterisierung von MSC-Aggregaten sowie für die in vivo-Transplantation . Dieser Ansatz wird die Aufmerksamkeit von Forschern auf sich ziehen, wenn sie darauf abzielen, Defekte in Geweben wie Zähnen, Knochen, Knorpel und Haut auf der Grundlage von Stammzellanwendungen zu reparieren. Dieses Verfahren ist einfach, zweckmäßig und vollständig aus Zellen und EZM ohne zusätzliche Gerüste aufgebaut, die über einen langen Zeitraum kultiviert werden können, um dichte und stabile Aggregatezu erhalten 22. Gleichzeitig sind die auf diese Weise kultivierten Aggregate reich an EZM, die die Entwicklungsnische für diese Zellen mit hoher Dichte nachahmt und so die Geweberegeneration fördert23. Der Bauprozess kann in zwei Phasen unterteilt werden: Zellvorbereitung und -kultur sowie selbstorganisierte Bildung und Ernte von Zellaggregaten. Die Charakterisierung von Aggregaten umfasst die morphologische Identifizierung mit einem inversen optischen Mikroskop und einem Rasterelektronenmikroskop (REM) sowie die histologische Analyse mit Hämatoxylin und Eosin (HE) und die Masson-Färbung. Die gebildeten Aggregate wurden für die regenerative Implantation zur Reparatur des Schädelknochendefekts demonstriert. Die Implementierung dieses Verfahrens wird dazu beitragen, eine effiziente MSC-Transplantationsstrategie für das Tissue Engineering und die regenerative Medizin zu etablieren.
HINWEIS: Alle Tierverfahren wurden vom Animal Care and Use Committee der Fourth Military Medical University genehmigt und in Übereinstimmung mit dem National Institutes of Health Guide for the Care and Use of Laboratory Animals durchgeführt. Für die vorliegende Studie wurden kryokonservierte humane UCMSCs verwendet, die aus einer kommerziellen Quelle gewonnen wurden (siehe Materialtabelle). Die Verwendung menschlicher Zellen wurde von der Ethikkommission der Vierten Militärmedizinischen Universität genehmigt. UCMSCs wurden als Beispiel genommen, um das Verfahren zu beschreiben. Der Schädeldefekt wurde als Beispiel genommen, um den Reparaturbedarf zur Beschreibung des Implantationsverfahrens zu zeigen. Alle Experimente wurden dreimal wiederholt.
1. Bau von UCMSC-Zuschlagstoffen
2. Morphologische Identifizierung von Aggregaten
3. Histologische Analyse von Gesteinskörnungen
4. Implantation
Aggregate können gemäß dem experimentellen Arbeitsablauf erfolgreich aus UCMSCs konstruiert werden (Abbildung 1). Die Qualität der Gesteinskörnungen muss vor der Verwendung durch morphologische Beobachtungen und histologische Analysen bewertet werden. Die gebildete lamellare Struktur sollte vollständig und dicht sein, wobei die Zellen durch mikroskopische Betrachtung zu einem gewebten Muster verflochten sind (Abbildung 2A<...
Mit den Fortschritten der Tissue-Engineering-Biotechnologie sind Strategien zur Konstruktion einer implantierbaren Struktur mit hoher Plastizität und mit langfristig überlebenden Zellen, die eine optimale Regeneration erreichen können, in den Fokus vieler Wissenschaftler gerückt. Es gibt eine Vielzahl von aktuellen Implantationsmethoden von MSCs, wie z.B. zelluläre Methoden, mit Zytokinen ergänzt Scaffolds 6,24 oder die Kom...
Die Autoren haben keine Interessenkonflikte offenzulegen.
Diese Arbeit wurde durch Zuschüsse der National Natural Science Foundation of China (81930025, 82100969 und 82071075) und des National Key Research and Development Program of China (2022YFA1104400 und 2021YFA1100600) unterstützt. Wir sind dankbar für die Unterstützung durch das National Experimental Teaching Demonstration Center for Basic Medicine (AMFU).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.25% Trypsin-EDTA (1x) | Sigma | T4049 | Cell passage |
Automatic Dehydration Machine | LEICA | ASP200s | Dehydrate aggregate |
Centrifuge | Eppendorf | 5418R | Centrifugation |
Centrifuge tube | Thermo Nunc | 339650 | Centrifugation |
Culture dish | Thermo | 150466 | Culture of UCMSCs |
Ethanol | SCR | 10009218 | Dehydrate aggregate |
Fatal bovine serum | Sijiqing | 11011-8611 | Culture of UCMSCs |
Forcep | JZ | JD1080 | Harvest aggregate |
Glutaraldehyde | Proandy | 10217-1 | Fixation of aggregate |
Hematoxylin and Eosin Staining Kit | beyotime | C0105S | HE staining |
Hexamethyldisilazane | SCR | 80068416 | Dry aggregate surface |
Hoechst33342 | Sigma | 14533 | Cell nuclei stain |
L-glutamine | Sigma | G5792 | Culture of UCMSCs |
Live/dead Viability/Cytotoxicity Kit | Invitrogen | L3224 | Live/dead cell stain |
Masson's Staining Kit | ZHC | CD069 | Masson Staining |
Minimum Essential Medium Alpha basic (1x) | Gibco | C12571500BT | Culture of UCMSCs |
Paraffin | Leica | 39601006 | Tissue embedding |
Paraformaldehyde | Saint-Bio | D16013 | Fixation of aggregate |
PBS (1x) | Meilunbio | MA0015 | Resuspend and purify UCMSCs |
Penicillin/Streptomycin | Procell Life Science | PB180120 | Culture of UCMSCs |
Pentobarbital sodium | Sigma | P3761 | Animal anesthesia |
Polysporin | Pfizer | Prevent eye dry | |
Scanning Electron Microscope | Hitachi | s-4800 | SEM observation |
Scissor | JZ | Y00030 | Animal surgical incision |
Six-well plate | Thermo | 140675 | Culture of UCMSCs |
Stitch | Jinhuan | F603 | Close wounds |
Suture | Xy | 4-0 | Close wounds |
Thermostatic equipment | Grant | v-0001-0005 | Water bath |
UCMSCs | Bai'ao | UKK220201 | Commercially UCMSCs |
Vitamin C | Diyibio | DY40138-25g | Aggregate inducing |
Xylene | SCR | 10023418 | Dehydrate aggregate |
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