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Method Article
Ce protocole détaille l’isolement des chondrocytes, des chondroprogéniteurs dérivés du test d’adhésion à la fibronectine (FAA-CP) et des chondroprogéniteurs migrateurs (MCP) du cartilage articulaire humain. Il couvre la digestion enzymatique, l’adhésion de la fibronectine et les tests basés sur la migration pour isoler et caractériser ces cellules.
Les cellules chondroprogénitaires (CPC), récemment identifiées comme une sous-population distincte, sont prometteuses en raison de leurs propriétés mésenchymateuses, de leur chondrogenèse accrue et de leurs traits hypertrophiques limités. L’enrichissement des progéniteurs est obtenu grâce à des tests d’adhésion différentielle de la fibronectine et d’explants basés sur la migration, les chondroprogéniteurs dérivés du test d’adhésion de la fibronectine (FAA-CP) et les chondroprogéniteurs migrateurs (MCP) démontrant un potentiel supérieur par rapport aux chondrocytes. Cet article se penche sur les détails de l’isolement des cellules résidentes dérivées du cartilage, à savoir les chondrocytes et les chondroprogéniteurs. Bien que les précieuses informations de la recherche sur les chondrocytes contribuent à notre compréhension de la réparation du cartilage, les efforts continus sont dirigés vers l’utilisation des chondroprogéniteurs et l’exploration de leur potentiel en tant qu’approche thérapeutique alternative. De plus, cet article méthodologique fournit un protocole détaillé, étape par étape, pour isoler trois types de cellules spécifiques du cartilage : les chondrocytes, les FAA-CP et les MCP. En suivant des procédures standardisées, ce protocole facilite l’extraction réussie de ces sous-types cellulaires. Fondé sur des recherches approfondies, l’article se concentre sur les techniques complexes utilisées pour isoler les différents sous-ensembles et les conditions de culture optimisées nécessaires à l’expansion et au maintien de leurs cultures. La méthodologie comprend l’isolement enzymatique de chondrocytes dérivés du cartilage articulaire humain, l’adhésion différentielle de la fibronectine après une digestion enzymatique séquentielle et des tests d’explant basés sur la migration pour obtenir des cellules résidentes du cartilage.
L’émergence de la thérapie régénérative cellulaire représente une approche importante pour traiter les affections liées au cartilage, telles que l’arthrose etles anomalies chondrales1. Ces troubles, caractérisés par la dégradation ou la lésion du cartilage dans les articulations, présentent des défis importants pendant le traitement. L’auto-réparation du cartilage articulaire serait limitée en raison de son architecture anévale, de son avascularité et de sa faible activité mitotique2.
Les cellules les plus utilisées pour la régénération du tissu cartilagineux sont les cellules souches mésenchymateuses (CSM) et les chondrocytes3. Cependant, plusieurs études ont rapporté des limites dans l’utilisation de ces cellules pour la régénération4. Ces limitations comprennent la différenciation terminale des chondrocytes lors d’une expansion in vitro prolongée pour atteindre le nombre de cellules requis et la tendance hypertrophique des CSM. Ces facteurs peuvent entraîner la formation d’un tissu de réparation avec une combinaison sous-optimale de fibrocartilage et dehyaline 5,6,7,8.
La découverte des cellules chondrodrogènes (CPC) est née de la recherche de cellules alternatives dans le cartilage articulaire9. Ils ont suscité un immense intérêt en raison de leur ressemblance avec les CSM et de leur potentiel chondrogénique supérieur, tout en présentant une hypertrophie réduite - une combinaison indispensable recherchée10,11. Contrairement aux chondrocytes, il a été rapporté que ces populations de progéniteurs présentent une activité réplicative et télomérase accrue, ainsi qu’une expression accrue de la protéine homologue du locus neurogène 1 (NOTCH-1) et du facteur de transcription SRY-box 9 (SOX-9)12,13,14,15. Il existe deux méthodes standard pour isoler les CPC signalées à la fois dans le cartilage et le ménisque, y compris l’une basée sur l’expression de leur récepteur de l’intégrine (CD49e/CD29), isolée par un test d’adhésion à la fibronectine - Fibronectin Adhesion Assay-derived Chondroprogenitors (FAA-CP), et l’autre basée sur leur potentiel migratoire accru à partir d’explants de cartilage - Chondroprogéniteurs migrateurs (MCP)11,13,16,17,18 et 19. De nombreuses études in vitro démontrent la supériorité chondrogénique et la réduction de l’hypertrophie des CPC FAA et des MCP par rapport aux chondrocytes et aux CSM de moelle osseuse (BM) 20,21,22,23.
Des études in vitro récentes comparant les CPC-FAA aux MCP ont démontré l’amélioration de la capacité de régénération du cartilage de cette dernière population progénitrice dans des conditions normales d’oxygène24. Ces résultats in vitro optimistes mettent en évidence une régénération de type hyalin, encourageant d’autres expériences in vivo. Néanmoins, il a été rapporté que les deux populations de CPC réparent et régénèrent efficacement le cartilage dans l’arthrose et d’autres troubles ostéochondrales dans des modèles animaux 25,26,27,28,29.
Notre laboratoire a activement contribué à la standardisation des techniques d’isolement des CPC et à la comparaison de leurs caractéristiques phénotypiques avec les chondrocytes et les CSM. Cet article fournit un protocole détaillé expliquant les étapes impliquées dans l’isolement et la culture des cellules résidentes du cartilage, à savoir les chondrocytes, les FAA-CPC et les MCP.
Le protocole a été approuvé et est conforme aux réglementations et directives appropriées du comité d’examen institutionnel (comité de recherche et d’éthique). Après l’obtention d’un consentement éclairé écrit, des articulations tibio-fémorales humaines sont obtenues auprès de patients atteints d’arthrose (score radiologique de Kellgren-Lawrence 4)30 qui nécessitent une arthroplastie totale du genou dans le cadre de leur traitement. Les articulations des patients présentant des signes de tumeurs, d’infections ou d’arthrite inflammatoire (comme la polyarthrite rhumatoïde ou la goutte) ont été exclues de l’étude. Il est garanti que toutes les procédures sont menées dans des conditions stériles, en respectant les protocoles de laboratoire standard tout au long du processus expérimental.
1. Obtention des articulations tibio-fémorales
2. Traitement des joints récoltés
3. Isolement des chondrocytes
4. Isolement de chondroprogéniteurs dérivés d’un test d’adhésion à la fibronectine (FAA-CP)
5. Isolement des chondroprogéniteurs migrateurs
6. Caractérisation phénotypique des chondrocytes, des FAA-CP et des MCP
7. qRT-PCR
REMARQUE : L’analyse qRT-PCR de l’expression génique implique l’évaluation du collagène de type I (COL1A1), du collagène de type X (COL10A1) et du facteur de transcription lié à Runt (RUNX2) pour l’expression hypertrophique, et de SOX-9, Aggrecan (ACAN) et Collagène de type II (COL2A1) pour la chondrogenèse.
8. Différenciation multilignée
REMARQUE : Les milieux différentiels disponibles dans le commerce induisent la différenciation des trilignées en lignées adipogènes, ostéogéniques et chondrogènes.
9. Coloration de confirmation
10. Détermination de la teneur en GAG/ADN
À partir de 86,9 mg de coupes de cartilage, un rendement en cellules chondrocytaires de 1,72 x 105 cellules a été noté. Lors de la charge, les chondrocytes adhèrent rapidement, présentant un aspect initial de galets arrondis et se transformant en un état fibroblastique lors d’une expansion ultérieure (Figure 1 A, B). L’ensemencement de ces chondrocytes sur des plaques de fibronectine entraîne généralement une adhés...
La régénération potentielle du cartilage articulaire, contenant du tissu hyalin, peut être obtenue grâce à l’optimisation de ses deux types de cellules natives : les chondrocytes et les chondroprogéniteurs. Alors que des recherches approfondies sur les chondrocytes ont fourni des informations précieuses sur leur rôle dans la réparation du cartilage, des questions sur la nature du tissu régénéré ont suscité des efforts pour améliorer leur phénotype et explorer des thér...
Aucun.
Nous tenons à remercier Mme Bhavini Krishnan et Mme Merin Mary Zachariah pour leur contribution intellectuelle, ainsi que le Centre de recherche sur les cellules souches (une unité d’inStem Bengaluru), Département de physiologie, Christian Medical College, Vellore, pour le soutien infrastructurel. Les projets en cours sont soutenus par le Département de biotechnologie (BT/PR32777/MED/31/415/2019), le Conseil de recherche en sciences et en ingénierie du gouvernement de l’Inde (CRG/2022/004277), le gouvernement de l’Inde et les subventions de recherche sur les fluides du Christian Medical College de 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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