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Este protocolo detalla el aislamiento de condrocitos, condroperogenitores derivados del ensayo de adhesión a la fibronectina (FAA-CP) y condroprogenitores migratorios (MCP) del cartílago articular humano. Abarca la digestión enzimática, la adhesión a la fibronectina y los ensayos basados en la migración para aislar y caracterizar estas células.
Las células condroprogenitadoras (CPC), recientemente identificadas como una subpoblación distinta, son prometedoras debido a sus propiedades mesenquimales, mayor condrogénesis y rasgos hipertróficos limitados. El enriquecimiento de los progenitores se logra a través de la adhesión diferencial de fibronectina y ensayos de explantes basados en la migración, con condroprogenitores derivados del ensayo de adhesión a fibronectina (FAA-CP) y condroprogenitores migratorios (MCP) que demuestran un potencial superior en comparación con los condrocitos. Este artículo profundiza en los detalles del aislamiento de células derivadas del cartílago residente, a saber, condrocitos y condroprogenitores. Si bien los valiosos conocimientos de la investigación de los condrocitos contribuyen a nuestra comprensión de la reparación del cartílago, los esfuerzos continuos se dirigen hacia el uso de condroprogenitores y la exploración de su potencial como un enfoque terapéutico alternativo. Además, este artículo de metodología proporciona un protocolo detallado paso a paso para aislar tres tipos específicos de células del cartílago: condrocitos, FAA-CP y MCP. Al seguir procedimientos estandarizados, este protocolo facilita la extracción exitosa de estos subtipos de células. Basado en una extensa investigación, el artículo se centra en las intrincadas técnicas utilizadas para aislar los diferentes subconjuntos y las condiciones de cultivo optimizadas necesarias para expandir y mantener sus cultivos. La metodología abarca el aislamiento enzimático de condrocitos derivados del cartílago articular humano, la adhesión diferencial de fibronectina después de la digestión enzimática secuencial y los ensayos de explantes basados en la migración para obtener células residentes en el cartílago.
La aparición de la terapia regenerativa basada en células representa un enfoque importante para el tratamiento de las dolencias relacionadas con el cartílago, como la osteoartritis (OA) y los defectos condrales1. Estos trastornos, caracterizados por la ruptura o lesión del cartílago dentro de las articulaciones, presentan desafíos sustanciales durante el tratamiento. Se ha reportado que la autorreparación del cartílago articular es limitada debido a su arquitectura anenal, avascularidad y baja actividad mitótica2.
Las células más utilizadas para la regeneración del tejido cartilaginoso son las células madre mesenquimales (MSC) y los condrocitos3. Sin embargo, varios estudios han reportado limitaciones en el uso de estas células para la regeneración4. Estas limitaciones incluyen la diferenciación terminal de los condrocitos durante la expansión in vitro extendida para lograr el recuento celular requerido y la tendencia hipertrófica de las MSC. Estos factores pueden dar lugar a la formación de tejido reparador con una combinación subóptima de fibrocartílago e hialina 5,6,7,8.
El descubrimiento de las células condroprogenitadoras (CPC) surgió de la búsqueda de células alternativas en el cartílago articular9. Han generado un inmenso interés debido a su parecido con las MSC y su potencial condrogénico superior, al tiempo que exhiben una hipertrofia reducida, una combinación indispensable buscada por 10,11. A diferencia de los condrocitos, se ha reportado que estas poblaciones progenitoras exhiben una mayor actividad replicativa y de telomerasa, así como una mayor expresión de la proteína homóloga 1 del locus neurogénico notch (NOTCH-1) y el factor de transcripción SRY-box 9 (SOX-9)12,13,14,15. Existen dos métodos estándar para aislar CPC reportados tanto en cartílago como en menisco, incluido uno basado en su expresión del receptor de integrina (CD49e/CD29), aislado a través de un ensayo de adhesión de fibronectina: Condroprogenitores derivados del ensayo de adhesión a la fibronectina (FAA-CP), y el otro basado en su mayor potencial migratorio de los explantes de cartílago: Condroprogénidores migratorios (MCP)11,13,16,17,Isaías 18,19. Numerosos estudios in vitro demuestran la superioridad condrogénica y la reducción de la hipertrofia tanto de las FAA-CPCs como de las MCPs en comparación con los condrocitos y las MSCs de médula ósea (BM)-20,21,22,23.
Investigaciones recientes in vitro que comparan los FAA-CPC con los MCP han demostrado la mayor capacidad de regeneración del cartílago de esta última población progenitora en condiciones normales de oxígeno24. Estos optimistas resultados in vitro muestran una regeneración similar a la hialina, lo que alienta la realización de nuevos experimentos in vivo. Sin embargo, se ha reportado que ambas poblaciones de CPC reparan y regeneran eficientemente el cartílago en la OA y otros trastornos osteocondrales en modelos animales 25,26,27,28,29.
Nuestro laboratorio ha contribuido activamente a estandarizar las técnicas de aislamiento de CPC y a comparar sus características fenotípicas con condrocitos y MSCs. Este artículo proporcionará un protocolo detallado que explica los pasos involucrados en el aislamiento y cultivo de células residentes de cartílago, a saber, condrocitos, FAA-CPC y MCP.
El protocolo ha sido aprobado y cumple con las normas y directrices pertinentes del Comité de Revisión Institucional (Comité de Investigación y Ética). Después de obtener el consentimiento informado por escrito, se obtienen articulaciones tibiofemorales humanas de pacientes con osteoartritis (OA) (puntuación radiológica de Kellgren-Lawrence 4)30 que requieren un reemplazo total de rodilla como parte de su tratamiento. Se excluyeron del estudio las articulaciones de los pacientes con cualquier signo de tumores, infecciones o artritis inflamatoria (como artritis reumatoide o gota). Se garantiza que todos los procedimientos se lleven a cabo en condiciones estériles, siguiendo los protocolos estándar de laboratorio durante todo el proceso experimental.
1. Obtención de articulaciones tibiofemorales
2. Procesamiento de las articulaciones cosechadas
3. Aislamiento de condrocitos
4. Aislamiento de condroprogenitores derivados del ensayo de adhesión a fibronectina (FAA-CP)
5. Aislamiento de condroprogenitores migratorios
6. Caracterización fenotípica de condrocitos, FAA-CPs y MCPs
7. qRT-PCR
NOTA: El análisis qRT-PCR de la expresión génica implica la evaluación del colágeno tipo I (COL1A1), el colágeno tipo X (COL10A1) y el factor de transcripción relacionado con Runt (RUNX2) para la expresión hipertrófica, y SOX-9, Aggrecan (ACAN) y colágeno tipo II (COL2A1) para la condrogénesis.
8. Diferenciación multilinaje
NOTA: Los medios diferenciales disponibles en el mercado inducen la diferenciación trilineal en linajes adipogénicos, osteogénicos y condrogénicos.
9. Tinción confirmatoria
10. Determinación del contenido de GAG/ADN
A partir de 86,9 mg de cortes de cartílago, se observó un rendimiento de células condrocitos de 1,72 x 105 células. Al cargarse, los condrocitos se adhieren rápidamente, presentando un aspecto inicial de adoquín redondeado y transformándose en un estado fibroblástico al expandirse más (Figura 1 A,B). La siembra de estos condrocitos en placas de fibronectina generalmente da como resultado una adhesión del 2%, con cada cé...
La regeneración potencial del cartílago articular, que contiene tejido hialino, puede lograrse mediante la optimización de sus dos tipos de células nativas: condrocitos y condroprogenitores. Si bien la investigación exhaustiva sobre los condrocitos ha proporcionado información valiosa sobre su papel en la reparación del cartílago, las preguntas sobre la naturaleza del tejido regenerado han impulsado esfuerzos para mejorar su fenotipo y explorar terapias alternativas
Ninguno.
Nos gustaría agradecer a la Sra. Bhavini Krishnan y a la Sra. Merin Mary Zachariah por su aporte intelectual y al Centro de Investigación de Células Madre (una unidad de inStem Bengaluru), Departamento de Fisiología, Christian Medical College, Vellore, por su apoyo a la infraestructura. Los proyectos en curso cuentan con el apoyo del Departamento de Biotecnología (BT/PR32777/MED/31/415/2019), el Gobierno de la India, la Junta de Investigación de Ciencia e Ingeniería (CRG/2022/004277), el Gobierno de la India y Fluid Research Grants, Christian Medical College, Vellore.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
22-scalpel blade | GLASS VAN | ||
6-well plate | CORNING | 3516 | |
Alcian Blue | THERMO SCIENTIFIC | J6012 | |
Alizarin Red | SIGMA | 130223 | |
Amphotericin-B (2 μg/mL). | GIBCO | 15240062 | |
Ascorbic acid (62 μg/mL) | SIGMA ALDRICH | A4544-25G | |
BC CytoFLEX LX flow cytometer | BECKMAN COULTER | CYTExpert Software Version 2.5 | |
CaCl2 | SIGMA ALDRICH | C34006 | |
CD105-FITC | BD BIOSCIENCE | 561443 | |
CD106-APC | BD BIOSCIENCE | 551147 | |
CD14-FITC | BD BIOSCIENCE | 555397 | |
CD29-APC | BD BIOSCIENCE | 559883 | |
CD34-PE | BD BIOSCIENCE | 348057 | |
CD45-FITC | BD BIOSCIENCE | 347463 | |
CD49b-FITC | MILTENYL BIOTEC | MACS 130/100337 | |
CD49e-PE | BD BIOSCIENCE | 555617 | |
CD73-PE | BD BIOSCIENCE | 550257 | |
CD90-PE | BD BIOSCIENCE | 561970 | |
Cell counter | DE NOVIX | Cell Drop BF | |
Cell strainer | HIMEDIA | TCP024 | |
Centrifuge | BECKMAN COULTER | Allegra X-30R | |
CO2 incubator | THERMO SCIENTIFIC | MODEL-371 | |
Collagen type X (COL10A1),Runt-related transcription factor (RUNX2),SRY-Box Transcription Factor 9 (SOX-9), Aggrecan (ACAN), and Collagen type II (COL2A1) | EUROGENTEC, BELGIUM | ||
Collagenase type II | WORTHINGTON | LS004176 | |
DMEM F-12 (Dulbecco's Modified Eagle's Medium F-12) | SIGMA ALDRICH | D8900-1L | |
ELISA plate reader | MOLECULAR DEVICES | SpectraMax i3x Reader | |
Fast Green | FISHER SIENTIFIC | 2353459 | |
Fetal Bovine Serum | GIBCO | 10270106 | |
FGF2 | CLOUD CLONE CORP | APA551Hu01 | |
Fibronectin (10 µL/mL) | SIGMA ALDRICH | F1141 | |
First-Strand synthesis system | TAKARA BIO | 6110A | |
Glutamax | GIBCO | 35050061 | |
Hematoxylin | QUALIGENS | Q39411 | |
MgCl2 | SIGMA ALDRICH | M8787 | |
Oil Red O | SIGMA | 1320065 | |
PBS (Phosphate Buffered Saline) | GIBCO | 10010023 | |
PCR thermocycler | APPLIED BIOSYSTEMS | Quantstudio 12K Flex thermocycler | |
Penicillin-streptomycin (100 IU/mL) | GIBCO | 15240062 | |
Picrosirius Red | ALFA AESAR | 2610108 | |
Primary antibody (mouse Collagen type II) | DSHB | DSHB II II6B3 | |
Pronase | ROCHE | 10165913103 | |
Quant-iT Picogreen dsDNA reagent | THERMO SCIENTIFIC | P7589 | |
Refrigerator | ELANPRO | ||
RNeasy MiniKit | QIAGEN | 74104 | |
Safranin O | QUALIGENS | Q39962 | |
Secondary antibody (Goat Anti-Mouse IgG Antibody, HRP conjugate) | THERMO SCIENTIFIC | 31430 | |
Shaking water bath | REMI | ||
StemPro differentiating kits | GIBCO | 1007201, A1007001, and A1007101 | |
T-25 flask | CORNING | 430639 | |
TakyonTM Low Rox SYBR Master Mix dTTP Blue | EUROGENTEC | UF-LSMT-B0701 | |
TGFβ | ABCAM | ab277760 | |
Tissue Culture Petridish | TARSONS | 960010 | |
Toluidine Blue | QUALIGENS | 2040 | |
Tryphan blue | GIBCO | 15250061 | |
Trypsin EDTA | GIBCO | 25200072 |
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