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Method Article
Ici, nous présentons un protocole démontrant l’utilisation de l’hydrogel comme cadre de culture cellulaire tridimensionnel (3D) pour la culture de cellules souches dérivées adipeuses (ADSC) et introduisant la photobiomodulation (PBM) pour améliorer la prolifération des ADSC dans le cadre de la culture 3D.
Les cellules souches dérivées du tissu adipeux (ADSC), possédant des caractéristiques mésenchymateuses multipotentes semblables à celles des cellules souches, sont fréquemment utilisées en médecine régénérative en raison de leur capacité à diversifier les cellules et à améliorer la migration, la prolifération et atténuer l’inflammation. Cependant, les ADSC sont souvent confrontés à des défis de survie et de greffe dans les plaies, principalement en raison de conditions inflammatoires défavorables. Pour résoudre ce problème, des hydrogels ont été développés pour maintenir la viabilité de l’ADSC dans les plaies et accélérer le processus de cicatrisation des plaies. Ici, nous avons cherché à évaluer l’impact synergique de la photobiomodulation (PBM) sur la prolifération et la cytotoxicité des ADSC dans un cadre de culture cellulaire 3D. Les ADSC immortalisés ont été ensemencés dans des hydrogels de 10 μL à une densité de 2,5 x 103 cellules et soumis à une irradiation à l’aide de diodes de 525 nm et 825 nm à des fluidités de 5 J/cm2 et 10 J/cm2. Les changements morphologiques, la cytotoxicité et la prolifération ont été évalués 24 heures et 10 jours après l’exposition au PBM. Les ADSC présentaient une morphologie arrondie et étaient dispersées dans le gel sous forme de cellules individuelles ou d’agrégats sphéroïdes. Il est important de noter que le PBM et le cadre de culture 3D n’ont montré aucun effet cytotoxique sur les cellules, tandis que le PBM a considérablement augmenté les taux de prolifération des ADSC. En conclusion, cette étude démontre l’utilisation de l’hydrogel comme environnement 3D approprié pour la culture ADSC et présente la PBM comme une stratégie d’augmentation significative, en particulier pour traiter les taux de prolifération lents associés à la culture cellulaire 3D.
Les ADSC sont des cellules progénitrices mésenchymateuses multipotentes ayant la capacité de s’auto-renouveler et de se différencier en plusieurs lignées cellulaires. Ces cellules peuvent être prélevées à partir de la fraction vasculaire stromale (SVF) du tissu adipeux lors d’une procédure de lipoaspiration1. Les ADSC sont apparus comme un type de cellules souches idéal à utiliser en médecine régénérative car ces cellules sont abondantes, peu invasives à récolter, facilement accessibles et bien caractérisées2. La thérapie par cellules souches offre une voie possible pour la cicatrisation des plaies en stimulant la migration cellulaire, la prolifération, la néovascularisation et la réduction de l’inflammation dans les plaies 3,4. Environ 80 % de la capacité de régénération des ADSC est attribuable à la signalisation paracrine via leur sécrétome5. Auparavant, il avait été suggéré qu’une injection locale directe de cellules souches ou de facteurs de croissance dans les tissus endommagés pourrait entraîner des mécanismes de réparation in vivo suffisants 6,7,8. Cependant, cette approche a été confrontée à plusieurs défis, tels qu’une faible survie et une réduction de la greffe de cellules souches dans les tissus endommagés en raison de l’environnement inflammatoire 9. De plus, l’une des raisons citées était l’absence d’une matrice extracellulaire pour soutenir la survie et la fonctionnalité des cellules transplantées10. Pour surmonter ces défis, l’accent est maintenant mis sur le développement de supports de biomatériaux pour soutenir la viabilité et la fonction des cellules souches.
La culture cellulaire tridimensionnelle (3D) améliore l’interaction entre cellules et entre cellules et matrices in vitro pour fournir un environnement qui ressemble davantage à l’environnement in vivo 11. Les hydrogels ont été largement étudiés en tant que classe de supports de biomatériaux qui fournissent un environnement 3D pour la culture de cellules souches. Ces structures sont constituées d’eau et de polymères réticulés12. L’encapsulation des ADSC dans de l’hydrogel n’a pratiquement aucun effet cytotoxique sur les cellules pendant la culture tout en maintenant la viabilité des cellules6. Les cellules souches cultivées en 3D démontrent une meilleure conservation de leur souche et une meilleure capacité de différenciation13. De même, les ADSC ensemencés en hydrogel ont démontré une viabilité accrue et une fermeture accélérée de la plaie dans des modèles animaux14. De plus, l’encapsulation d’hydrogel augmente considérablement la prise de greffe et la rétention des ADSC dans les plaies15,16. TrueGel3D est composé d’un polymère, soit de l’alcool polyvinylique ou du dextran, solidifié par un agent de réticulation, soit de la cyclodextrine ou du polyéthylène glycol17. Le gel est un hydrogel synthétique qui ne contient aucun produit animal susceptible d’interférer avec les expériences ou de déclencher une réaction immunitaire lors de la transplantation du gel chez un patient tout en imitant efficacement une matrice extracellulaire18. Le gel est entièrement personnalisable en modifiant la composition et les composants individuels. Il peut abriter différentes cellules souches et soutenir la différenciation de plusieurs types de cellules en ajustant la rigidité du gel19. Des sites d’attache peuvent être créés par l’ajout de peptides20. Le gel est dégradable par la sécrétion de métalloprotéases, permettant la migration cellulaire21. Enfin, il est clair et permet des techniques d’imagerie.
La PBM est une forme de thérapie au laser de faible intensité peu invasive et facile à réaliser utilisée pour stimuler les chromophores intracellulaires. Différentes longueurs d’onde provoquent des effets différents sur les cellules22. La lumière dans la gamme du rouge au proche infrarouge stimule la production accrue d’adénosine triphosphate (ATP) et d’espèces réactives de l’oxygène (ROS) en améliorant le flux à travers la chaîne de transport d’électrons23. La lumière dans les gammes bleue et verte stimule les canaux ioniques photodépendants, permettant l’afflux non spécifique de cations, tels que le calcium et le magnésium, dans les cellules, ce qui est connu pour améliorer la différenciation24. L’effet net est la génération de messagers secondaires qui stimulent la transcription des facteurs déclenchant les processus cellulaires en aval tels que la migration, la prolifération et la différenciation25. La PBM peut être utilisée pour préconditionner les cellules à proliférer ou à se différencier avant de les transplanter dans un environnement défavorable, par exemple dans un tissu endommagé26. L’exposition aux PBM avant et après la greffe (630 nm et 810 nm) des ADSC a considérablement amélioré la viabilité et la fonction de ces cellules in vivo dans un modèle de rat diabétique27. La médecine régénérative nécessite un nombre adéquat de cellules pour une réparation efficace des tissus28. En culture cellulaire 3D, les ADSC ont été associés à des taux de prolifération plus lents par rapport à la culture cellulaire bidimensionnelle6. Cependant, la PBM peut être utilisée pour augmenter le processus de culture cellulaire 3D des ADSC en améliorant la viabilité, la prolifération, la migration et la différenciation29,30.
REMARQUE : Voir le tableau des matériaux pour plus de détails sur tous les matériaux, réactifs et logiciels utilisés dans ce protocole. Le protocole a été résumé graphiquement dans la figure 1.
1. Culture cellulaire bidimensionnelle (2D)
REMARQUE : Les ADSC immortalisés (1 x106 cellules) sont conservés à -195,8 °C dans de l’azote liquide dans un flacon de cryoconservation contenant 1 mL de milieu de congélation cellulaire.
2. 3D culture cellulaire
3. Exposition à la photobiomodulation
4. Morphologie
5. Essais biochimiques
Pour évaluer la morphologie et inspecter visuellement la densité cellulaire des hydrogels, la microscopie inverse a été utilisée (Figure 2). Les ADSC ont conservé une morphologie arrondie 24 h après l’ensemencement et l’exposition au PBM. Les cellules étaient dispersées dans le gel sous forme de cellules uniques ou en grappes ressemblant à des raisins. La morphologie était inchangée après 10 jours en culture 3D. Aucune différence morphologique définitive n’a été notée...
Les ADSC sont un type de cellule idéal à utiliser pour la médecine régénérative car ils stimulent divers processus pour aider à la cicatrisation des plaies 3,4. Cependant, plusieurs défis doivent être contournés, par exemple, de faibles taux de survie et une greffe inefficace des cellules dans un site de lésion9. Les cellules immortalisées ont été utilisées comme lignée cellulaire disponible dans le commerce, car elles peuv...
Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.
Cette recherche a été financée par la Fondation nationale de recherche d’Afrique du Sud Thuthuka Instrument, numéro de subvention TTK2205035996 ; le Centre africain de laser (ALC) financé par le ministère de la Science et de l’Innovation (DSI), numéro de subvention HLHA23X tâche ALC-R007 ; le Conseil de la recherche de l’université, numéro de subvention 2022URC00513 ; l’Initiative des chaires de recherche sud-africaines du ministère des Sciences et de la Technologie (DST-NRF/SARChI), numéro de subvention 98337. Les organismes de financement n’ont joué aucun rôle dans la conception de l’étude, la collecte, l’analyse, l’interprétation des données ou la rédaction du manuscrit. Les auteurs remercient l’Université de Johannesburg (UJ) et le Laser Research Centre (LRC) pour leur utilisation des installations et des ressources.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
525 nm diode laser | National Laser Centre of South Africa | EN 60825-1:2007 | |
825 nm diode laser | National Laser Centre of South Africa | SN 101080908ADR-1800 | |
96 Well Strip Plates | Sigma-Aldrich | BR782301 | |
Amphotericin B | Sigma-Aldrich | A2942 | Antibiotic (0.5%; 0.5 mL) |
CellTiter-Glo 3D Cell Viability Assay | Promega | G9681 | ATP reagent, Proliferation assay Kit |
Corning 2 mL External Threaded Polypropylene Cryogenic Vial | Corning | 430659 | cryovial |
CryoSOfree | Sigma-Aldrich | C9249 | Cell freezing media |
CytoTox96 Non-Radioactive Cytotoxicity Assay | Promega | G1780 | Cytotoxicity reagent |
Dulbecco’s Modified Eagle Media | Sigma-Aldrich | D5796 | Basal medium (39 mL/44 mL) |
FieldMate Laser Power Meter | Coherent | 1098297 | |
Flat-bottomed Corning 96 well clear polystyrene plate | Sigma-Aldrich | CLS3370 | |
Foetal bovine serum | Biochrom | S0615 | Culture medium enrichment (5 mL; 10% / 10 mL; 20%) |
Hanks Balanced Salt Solution (HBSS) | Sigma-Aldrich | H9394 | Rinse solution |
Heracell 150i CO2 incubator | Thermo Scientific | 51026280 | |
Heraeus Labofuge 400 | Thermo Scientific | 75008371 | Plate spinner for 96 well plates |
Heraeus Megafuge 16R centrifuge | ThermoFisher | 75004270 | |
Immortalized ADSCs | ATCC | ASC52Telo hTERT, ATCC SCRC-4000 | Passage 37 |
Invitrogen Countess 3 | Invitrogen | AMQAX2000 | Automated cell counter for Trypan Blue |
Julabo TW20 waterbath | Sigma-Aldrich | Z615501 | Waterbath used to warm media to 37 °C |
Olympus CellSens Entry | Olympus | Version 3.2 (23706) | Imaging software: digital image acquisition |
Olympus CKX41 | Olympus | SN9B02019 | Inverted light microscope |
Olympus SC30 camera | Olympus | SN57000530 | Camera attached to inverted light microscope |
Opaque-walled Corning 96 well solid polystyrene microplates | Sigma-Aldrich | CLS3912 | Opaque well used for ATP luminescence |
Penicillin-Streptomycin | Sigma-Aldrich | P4333 | Antibiotic (0.5%; 0.5 mL) |
SigmaPlot 12.0 | Systat Software Incorporated | ||
TrueGel3D – True3 | Sigma-Aldrich | TRUE3-1KT | 10 µL |
TrueGel3D Enzymatic Cell Recovery Solution | Sigma-Aldrich | TRUEENZ | 01:20 |
Trypan Blue Stain | Thermo Fisher - Invitrogen | T10282 | 0.4% solution |
TrypLE Select Enzyme (1x) | Gibco | 12563029 | Cell detachment solution |
Victor Nivo Plate Reader | Perkin Elmer | HH3522019094 | Spectrophotometric plate reader |
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