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Method Article
Questo protocollo enfatizza l'estrazione, la coltura e la conservazione di cellule staminali multipotenti dalla polpa dentale attraverso la digestione enzimatica. Inoltre, dimostra il loro potenziale di differenziarsi in osteoblasti, adipociti e condrociti, evidenziando l'importanza della precisione e della coerenza nel processo.
Nell'ambito della medicina rigenerativa e delle applicazioni terapeutiche, la ricerca sulle cellule staminali sta rapidamente guadagnando terreno. Le cellule staminali della polpa dentale (DPSC), che sono presenti sia nei denti decidui che in quelli permanenti, sono emerse come una fonte vitale di cellule staminali grazie alla loro accessibilità, adattabilità e capacità di differenziazione innate. Le DPSC offrono un serbatoio abbondante e prontamente disponibile di cellule staminali mesenchimali, mostrando una versatilità e un potenziale impressionanti, in particolare per scopi rigenerativi. Nonostante le loro promesse, l'ostacolo principale risiede nell'isolare e caratterizzare efficacemente le DPSC, data la loro rappresentazione come una frazione minuscola all'interno delle cellule della polpa dentale. Altrettanto cruciale è la corretta conservazione di questa inestimabile risorsa cellulare. I due metodi predominanti per l'isolamento della DPSC sono la digestione enzimatica (ED) e la crescita da espianti di tessuto (OG), spesso indicata come crescita spontanea. Questo protocollo si concentra principalmente sull'approccio di digestione enzimatica per l'isolamento del DPSC, descrivendo in dettaglio le fasi che comprendono l'estrazione, l'elaborazione in laboratorio e la conservazione delle cellule. Oltre all'estrazione e alla conservazione, il protocollo approfondisce l'abilità di differenziazione delle DPSC. In particolare, delinea le procedure impiegate per indurre queste cellule staminali a differenziarsi in adipociti, osteoblasti e condrociti, mostrando i loro attributi multipotenti. Il successivo utilizzo di tecniche di colorazione colorimetrica facilita la visualizzazione accurata e la conferma del successo della differenziazione, convalidando così il calibro e la funzionalità dei DPSC isolati. Questo protocollo completo funziona come un modello che comprende l'intero spettro dell'estrazione, coltivazione, conservazione e caratterizzazione delle cellule staminali della polpa dentale. Sottolinea il notevole potenziale dei DPSC, spingendo in avanti l'esplorazione delle cellule staminali e mantenendo la promessa di future scoperte rigenerative e terapeutiche.
La ricerca sulle cellule staminali è fiorita nella scienza biomedica grazie alle sue promettenti applicazioni nella medicina rigenerativa e nell'ingegneria tissutale. Le cellule staminali della polpa dentale (DPSC), derivate dal tessuto pulpare dei denti decidui umani e permanenti, hanno suscitato un notevole interesse come fonte di cellule staminali grazie alla loro pronta disponibilità e capacità multipotente 1,2. Queste cellule hanno il potenziale per differenziarsi in vari tipi di cellule, tra cui adipociti, osteoblasti e condrociti, come confermato da numerosi studi3.
Negli ultimi decenni, la ricerca e le applicazioni terapeutiche delle cellule staminali sono aumentate. Il potenziale espansivo delle cellule staminali richiede una diversificazione delle fonti da cui sono ottenute. Diversi fattori influenzano l'efficienza, la vitalità e la staminalità delle cellule scelte. Nonostante l'esistenza di vari serbatoi noti di cellule staminali, come il midollo osseo e i tessuti adiposi, le procedure invasive, la morbilità del sito e le preoccupazioni etiche legate a queste fonti spesso ne limitano l'esplorazione 4,5. Tra le varie fonti di cellule staminali, le cellule staminali dentali hanno attirato l'attenzione grazie alla loro facile accessibilità, all'elevata plasticità e alle diverse potenziali applicazioni. Le cellule staminali della polpa dentale umana, in particolare, sono state ampiamente studiate per le loro prospettive terapeutiche6. I denti, comunemente scartati come rifiuti medici, contengono una ricchezza di cellule staminali mesenchimali7. La salvaguardia di questo prezioso pool di cellule staminali richiede sforzi collettivi da parte di pazienti, dentisti e medici per garantire che queste risorse non vengano sprecate, rendendo ogni cellula staminale della polpa dentale disponibile per future esigenze rigenerative.
Le cellule staminali derivate dalla polpa dentale, come le cellule staminali della polpa dentale adulta umana (DPSC) e le cellule staminali dei denti decidui umani esfoliati (SHED), si trovano nella nicchia perivascolare della polpa dentale. Si ritiene che queste cellule provengano da cellule della cresta neurale cranica e mostrino marcatori precoci sia per le cellule staminali mesenchimali (MSC) che per le cellule staminali neuroectodermiche. DPSC e SHED hanno dimostrato multipotenza e la capacità di rigenerare diversi tipi di tessuto8.
Le potenziali fonti di cellule staminali dentali comprendono denti decidui sani e permanenti. Le cellule staminali costituiscono solo circa l'1% della popolazione cellulare totale nella polpa, evidenziando l'importanza di tecniche efficaci di isolamento ed espansione9. Di conseguenza, l'estrazione e l'espansione di queste cellule staminali sono passaggi fondamentali nell'isolamento DPSC10. I denti estratti o esfoliati devono essere conservati in un mezzo di trasporto ricco di sostanze nutritive, come la soluzione salina tamponata con fosfato (PBS) o la soluzione salina tamponata con Hanks (HBSS).
L'ottenimento della polpa dentale può essere ottenuto attraverso vari metodi, a seconda del tipo di dente 7,11. Per i denti decidui con radici riassorbite, l'estrazione può essere eseguita attraverso l'apice della radice. Allo stesso modo, le brocce spinate sterili possono essere utilizzate per ottenere polpa da denti permanenti con un apice aperto immaturo. In caso di denti permanenti con radici completamente sviluppate, l'accesso alla camera pulpare comporta la separazione della corona dentale dalla radice. Ciò si ottiene tagliando il dente utilizzando un disco diamantato alla giunzione dello smalto cementizio. Questa incisione espone la camera pulpare, consentendo il recupero del tessuto pulpare 12,13,14.
Le cellule staminali della polpa dentale (DPSC) possono essere isolate attraverso la digestione enzimatica (DE) o la crescita da espianti di tessuto (OG), nota anche come crescita spontanea. Il metodo ED impiega enzimi, principalmente collagenasi I e dispasi, per scomporre il tessuto in sospensioni unicellulari15,16. Il metodo OG, più semplice e veloce, prevede il taglio dei frammenti di polpa e il loro inserimento diretto in una piastra di coltura, consentendo alle cellule di crescere dagli espianti di tessuto17. I ricercatori hanno utilizzato e confrontato entrambe le tecniche per valutare i tassi di proliferazione cellulare, la conservazione delle proprietà delle cellule staminali isolate, la differenziazione e l'espressione dei marcatori di superficie18. La definizione e la standardizzazione di protocolli per l'acquisizione di DPSC con elevata efficienza e staminalità può aprire la strada a terapie efficaci e sicure19. Questo protocollo comprende l'estrazione di DPSC mediante digestione enzimatica, elaborazione in laboratorio, conservazione e differenziazione cellulare con colorazione colorimetrica per adipogenesi, osteogenesi e condrogenesi.
Il protocollo descritto in questo articolo presenta una procedura passo-passo, che inizia con l'isolamento iniziale della polpa dentale dal dente, seguita dalla coltura e dal mantenimento delle DPSC in laboratorio, e si conclude con la loro caratterizzazione utilizzando specifici marcatori di cellule staminali (Figura 1). Vengono inoltre descritte le tecniche per indurre queste cellule staminali in diverse linee cellulari, evidenziandone la multipotenza.
Il protocollo qui delineato è conforme alle linee guida del comitato etico istituzionale per la ricerca umana (IRB, Pushpagiri Research Center, Kerala). L'uso dei denti estratti è stato condotto seguendo standard etici per garantire l'integrità, la dignità e i diritti dei partecipanti. I partecipanti selezionati per questo studio erano individui sani di età inferiore ai 30 anni che necessitavano di estrazione dentale per il trattamento ortodontico. Quelli con carie dentale estesa o grave parodontite sono stati esclusi dallo studio. I denti decidui sono stati raccolti dai bambini che hanno richiesto l'estrazione dei denti trattenuti. Il consenso informato scritto è stato ottenuto anche dai soggetti coinvolti in questo studio.
1. Estrazione e trasporto dei denti
2. Raccolta del tessuto pulpare
3. Digestione del tessuto pulpare e isolamento cellulare
4. Coltura cellulare
5. Caratterizzazione dei DPSC
6. Differenziazione multilineage
NOTA: I seguenti passaggi delineano i protocolli per la differenziazione osteogenica, adipogenica e condrogenica delle cellule staminali dentali. Iniziare seminando le colture a una densità di 1 x 105 cellule per pozzetto in una piastra di coltura tissutale rivestita di fibronectina con terreno completo (CM). Monitorare la crescita cellulare fino al raggiungimento della confluenza dell'80%-90% prima di avviare il protocollo di differenziazione desiderato. Per valutare il potenziale di differenziazione multilineage delle DPSC, avviare il processo di differenziazione verso osteoblasti, adipociti e condrociti seminando le cellule in piastre a 24 pozzetti e coltivandole in terreni di differenziazione appropriati.
L'esecuzione con successo del protocollo delineato ha prodotto cellule staminali della polpa dentale (DPSC) in grado di differenziare più lignaggi, dimostrando la loro multipotenza.
Saggi di vitalità
La vitalità dei DPSC è stata valutata utilizzando un test di esclusione del Trypan Blue in vari punti temporali. I risultati mostrano una vitalità costantemente elevata (superiore al 95%) durante tutto il periodo di coltura, dimostrando la robustezza del nostro protocollo ...
Il protocollo delinea l'isolamento, la coltura e la caratterizzazione delle cellule staminali della polpa dentale (DPSC) da denti decidui e permanenti umani. Include una descrizione dell'immagazzinamento e della proliferazione di queste cellule, nonché la valutazione del loro potenziale di differenziazione in vitro in osteoblasti, adipociti e condrociti35.
Chen et al.36 hanno dimostrato che le cellule staminali d...
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Gli autori sono grati al Dr. Mathew Mazhavancheril, direttore e capo del Centro di ricerca Pushpagiri a Thiruvalla, per il suo supporto nella documentazione delle procedure presso il Centro di ricerca.
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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