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Le cellule staminali mesenchimali del midollo osseo mascellare hanno funzioni significative nella differenziazione, nell'autorinnovamento e nella modulazione immunitaria. Sono emersi come un serbatoio cruciale di cellule precursori nella terapia genica, nell'ingegneria tissutale e nella medicina rigenerativa. Qui, presentiamo un metodo unico per isolare le cellule staminali mesenchimali del midollo osseo mascellare nei ratti.
Le cellule staminali mesenchimali del midollo osseo (BMMSC) sono un tipo di cellula staminale con potenziale di differenziazione multidirezionale. Rispetto alle BMMSC derivate dalle ossa appendicolari, le BMMSC derivate dalla mascella hanno una maggiore capacità di differenziazione proliferativa e osteogenica, diventando gradualmente importanti cellule seme per la riparazione dei difetti della mascella. Tuttavia, la mandibola ha una struttura ossea complessa e un contenuto spongioso inferiore rispetto alle ossa appendicolari. È difficile acquisire un gran numero di cellule staminali mesenchimali del midollo derivate dalla mascella di alta qualità utilizzando i metodi tradizionali. Questo studio presenta un "approccio di nicchia sulla staminalità" per isolare e coltivare cellule staminali mesenchimali del midollo osseo mascellare di ratto (JBMMSC). Le JBMMSC primarie di ratto sono state isolate e coltivate utilizzando il metodo aderente all'intero midollo osseo combinato con il metodo di digestione della fetta ossea. Le cellule isolate sono state identificate come JBMMSC attraverso l'osservazione della morfologia cellulare, il rilevamento di marcatori di superficie cellulare e l'induzione della differenziazione multidirezionale. Le cellule estratte con questo metodo mostrano una forma a fuso "simile a un fibroblasto". Le cellule sono lunghe, a forma di fuso e simili a fibroblasti. L'analisi della citometria a flusso mostra che queste cellule sono positive per CD29, CD44 e CD90 ma negative per CD11b/c, CD34 e CD45, il che è congruente con le caratteristiche delle BMMSC. Le cellule mostrano una forte capacità di proliferazione e possono andare incontro a differenziazione osteogenica, adipogenica e condrogenica. Questo studio fornisce un metodo efficace e stabile per ottenere un numero sufficiente di JBMMSC di alta qualità con una forte capacità di differenziazione in breve tempo, il che potrebbe facilitare ulteriori studi sull'esplorazione della funzione biologica, della medicina rigenerativa e delle relative applicazioni cliniche.
Le cellule staminali mesenchimali (MSC) sono state scoperte per la prima volta nel midollo osseo, che hanno mostrato la capacità di formare colonie adesive in coltura e un forte potenziale osteogenico1. Pittinger et al.2 hanno inoltre scoperto il loro potenziale di differenziazione multidirezionale verso ossa, grasso e cartilagine. Sebbene tutte le cellule staminali mesenchimali provenienti da fonti diverse abbiano il potenziale per la differenziazione multidirezionale, le cellule staminali mesenchimali del midollo osseo hanno il più forte potenziale di differenziazione condrogenica rispetto alle cellule staminali mesenchimali derivate da altri tessuti, il che le rende considerate le migliori cellule candidate per l'ingegneria del tessuto osseo3. Tuttavia, molti studi hanno dimostrato che le BMMSC di diversa origine presentano caratteristiche e proprietà sito-specifiche come la capacità di differenziazione osteogenica e l'attività proliferativa cellulare 4,5. Ciò può essere dovuto a diversi strati germinali tra la mascella e le ossa appendicolari o la cresta iliaca6.
Le cellule staminali mesenchimali del midollo osseo mascellare (JBMMSC) derivano dalle cellule della cresta neurale del neuroectoderma, mentre le BMMSC derivate dal femore originano dal mesoderma7. Rispetto alle BMMSC derivate dalle ossa lunghe e dalla cresta iliaca, le JBMMSC hanno un tasso di proliferazione, un'attività ALP eun potenziale osteogenico 8 più elevati. Inoltre, l'effetto applicativo delle BMMSC nei tessuti e negli organi può variare a seconda dei diversi tipi di cellule e ambienti9. La riparazione dei difetti della mascella dipende principalmente dal reclutamento di cellule staminali mesenchimali derivate dalla mascella. Pertanto, lo studio delle JBMMSC può fornire una base sperimentale per la sua applicazione clinica nell'ingegneria del tessuto osseo mascellare10. Tuttavia, la ricerca di base e le applicazioni cliniche si concentrano principalmente sulle BMMSC derivate dalle ossa appendicolari e assiali11. La ricerca sulle JBMMSC è limitata e ciò può essere dovuto al basso contenuto di osso spongioso nella mandibola e al fatto che le mascelle dei ratti hanno un contenuto di osso spongioso ancora inferiore12. Pertanto, è difficile separare le cellule staminali mesenchimali del midollo mascellare derivate dall'osso mascellare utilizzando il normale metodo di lavaggio del midollo osseo, comunemente utilizzato per isolare le BMMSC dalle ossa appendicolari o dalla cresta iliaca13. Sulla base dei metodi di Hong et al.14 e Cheng et al.15, abbiamo ipotizzato che la combinazione di digestione ossea densa e il metodo di lavaggio del midollo osseo potrebbe isolare in modo efficiente le JBMMSC di ratto.
Questo studio mira a stabilire un metodo efficiente per isolare le JBMMSC di ratto e fornire fonti di cellule seme sufficienti per l'ingegneria del tessuto osseo mascellare.
Il protocollo è stato approvato dal Comitato Etico Istituzionale per gli Animali dell'Ospedale Generale del PLA cinese. Per l'esperimento sono stati utilizzati ratti Wistar maschi di tredici settimane. I dettagli sugli animali, i reagenti e le attrezzature sono elencati nella Tabella dei materiali.
1. Preparazione sperimentale
2. Isolamento e allevamento di JBMMSC di ratto
3. Citometria a flusso per l'identificazione di marcatori di superficie cellulare
4. Determinazione della proliferazione cellulare
5. Capacità di formazione di colonie
6. Differenziazione multilineage dei JBMMSC
NOTA: Utilizzare JBMMSC di generazione P3 per la differenziazione multilinea. Il gruppo di controllo è stato coltivato con α-MEM completo di terreno.
7. PCR in tempo reale
Dopo 72 ore di inoculazione cellulare, la maggior parte delle cellule era sospesa e di forma rotonda, con pochissime che aderivano alla parete (Figura 1B). Entro il quinto giorno, sono apparse colonie cellulari aderenti, che mostravano fusi o forme simili a fibroblasti (Figura 1C). Entro il settimo giorno, le cellule aderenti hanno raggiunto il 90% di confluenza, formando una forma a "banco di pesce" con un piccolo numero di celle sospese intermittenti (
Le cellule staminali mesenchimali del midollo osseo (BMMSC) rappresentano un sottogruppo di cellule staminali non ematopoietiche che risiedono nel midollo osseo, caratterizzate dalle loro capacità di auto-rinnovamento, potenziale di differenziazione multidirezionale e funzioni di supporto per l'emopoiesi. Queste cellule svolgono un ruolo fondamentale in vari processi fisiologici come la rigenerazione dei tessuti, l'angiogenesi e la regolazione delle attività cellulari20. Di conseguenza, le BMMSC...
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Questo studio è stato supportato dai progetti di assistenza sanitaria del Dipartimento di logistica della Commissione militare (19BJZ22), dalla Beijing Natural Science Foundation (7232154) e dalla Fourth Mil Med Univ. progetti di ricerca clinica (2021XB025).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Alizarin Red S Solution 0.2% | Solarbio | G1450 | |
BCIP/NBT Alkaline Phosphatase Color Development Kit | Beyotime | C3206 | |
Bio-Rad CFX96 Real-Time System | Bio-Rad | ||
CCK8 Kit | Dujindo | CK04 | |
Cell culture dish 10 cm | Corning | 353003 | |
Centrifuge | Eppendorf | 5810R | |
Centrifuge Tube 15 mL | Corning | 430790 | |
Centrifuge Tube 50 mL | Corning | 430828 | |
CO2 incubator | Thermo Fisher | 3111 | |
Constant-temperature oscillator | Shanghai Zhicheng Analysis Instrument Manufacturing Co., Ltd. | ZWY-100H | |
Fetal bovine serum | BI | 04-001-1ACS | |
Flow cytometer | BD | FACS C6 | |
Inverted phase-contrast microscope | Olympus | CKX41 | |
Mesenchymal Stem Cell (Rat) Surface marker Detection Kit | Oricell | RAXMX-09011 | |
Multifunctional microplate reader | BioTek | Synergy LX Multi-Mode | |
Oil Red O Stain Kit | Solarbio | G1262 | |
Paraformaldehyde 4% | Solarbio | P1110 | |
PBS | MACGENE | CC008 | |
penicillin-streptomycin 0.25% | MACGENE | CC004 | |
PowerUp SYBR Green Master Mix | Thermo Fisher | A25742 | |
PrimeScript RT Master Mix | Takara | RR036A | |
Rat Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells Adipogenic Differentiation kit | Oricell | RAXMX-90031 | |
Rat Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells Chondrogenic Differentiation kit | Oricell | RAXMX-90041 | |
Rat Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells Osteogenic Differentiation kit | Oricell | RAXMD-90021 | |
RNA extraction kit | TIANGEN | DP419 | |
Super-clean bench | Beijing Yataikelong Instrument Technology Co. Ltd. | KLCZ-1220A | |
Trypsin-EDTA 0.25% | MACGENE | CC012 | |
Type II collagenase | Solarbio | C8150 | |
Wistar rat | Beijing Yataikelong Instrument Technology Co. Ltd. | ||
α-MEM culture medium | Gibco | C12571500BT |
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