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Method Article
Questo protocollo descrive in dettaglio l'isolamento dei condrociti, dei condroprogenitori derivati dal dosaggio di adesione della fibronectina (FAA-CP) e dei condroprogenitori migratori (MCP) dalla cartilagine articolare umana. Copre la digestione enzimatica, l'adesione della fibronectina e i saggi basati sulla migrazione per isolare e caratterizzare queste cellule.
Le cellule condroprogenitrici (CPC), recentemente identificate come una sottopopolazione distinta, mostrano risultati promettenti grazie alle loro proprietà mesenchimali, all'aumento della condrogenesi e ai limitati tratti ipertrofici. L'arricchimento dei progenitori si ottiene attraverso l'adesione differenziale della fibronectina e i saggi di espiantazione basati sulla migrazione, con i condroprogenitori derivati dal saggio di adesione della fibronectina (FAA-CP) e i condroprogenitori migratori (MCP) che dimostrano un potenziale superiore rispetto ai condrociti. Questo articolo approfondisce i dettagli dell'isolamento delle cellule derivate dalla cartilagine residenti, vale a dire condrociti e condroprogenitori. Mentre le preziose intuizioni della ricerca sui condrociti contribuiscono alla nostra comprensione della riparazione della cartilagine, gli sforzi in corso sono diretti verso l'uso dei condroprogenitori e l'esplorazione del loro potenziale come approccio terapeutico alternativo. Inoltre, questo articolo sulla metodologia fornisce un protocollo dettagliato passo dopo passo per isolare tre tipi di cellule specifiche dalla cartilagine: condrociti, FAA-CP e MCP. Seguendo procedure standardizzate, questo protocollo facilita l'estrazione di successo di questi sottotipi di cellule. Basato su un'ampia ricerca, l'articolo si concentra sulle intricate tecniche utilizzate per isolare i diversi sottoinsiemi e sulle condizioni di coltura ottimizzate necessarie per espandere e mantenere le loro colture. La metodologia comprende l'isolamento enzimatico di condrociti umani derivati dalla cartilagine articolare, l'adesione differenziale della fibronectina dopo digestione enzimatica sequenziale e saggi di espianti basati sulla migrazione per ottenere cellule residenti nella cartilagine.
L'emergere della terapia rigenerativa cellulare rappresenta un approccio significativo al trattamento dei disturbi legati alla cartilagine, come l'osteoartrite (OA)e i difetti condrali. Questi disturbi, caratterizzati dalla rottura o dalla lesione della cartilagine all'interno delle articolazioni, presentano sfide sostanziali durante il trattamento. L'autoriparazione della cartilagine articolare è limitata a causa della sua architettura aneurale, dell'avascolarità e della bassa attività mitotica2.
Le cellule più utilizzate per la rigenerazione del tessuto cartilagineo sono le cellule staminali mesenchimali (MSC) e i condrociti3. Tuttavia, diversi studi hanno riportato limitazioni nell'uso di queste cellule per la rigenerazione4. Queste limitazioni includono la differenziazione terminale dei condrociti durante l'espansione estesa in vitro per ottenere la conta cellulare richiesta e la tendenza ipertrofica delle MSC. Questi fattori possono portare alla formazione di tessuto di riparazione con una combinazione non ottimale di fibrocartilagine e ialina 5,6,7,8.
La scoperta delle cellule condroprogenitrici (CPC) è nata dalla ricerca di cellule alternative nella cartilagine articolare9. Hanno suscitato un immenso interesse a causa della loro somiglianza con le MSC e del loro potenziale condrogenico superiore, il tutto mentre esibivano una ridotta ipertrofia, una combinazione indispensabile ricercata10,11. A differenza dei condrociti, è stato riportato che queste popolazioni progenitrici mostrano un'aumentata attività replicativa e telomerasi, nonché un'aumentata espressione della proteina 1 dell'omologo del locus notch neurogenico (NOTCH-1) e del fattore di trascrizione SRY-box 9 (SOX-9)12,13,14,15. Esistono due metodi standard per isolare le CPC riportate sia dalla cartilagine che dal menisco, tra cui uno basato sulla loro espressione del recettore delle integrine (CD49e/CD29), isolato attraverso un saggio di adesione della fibronectina - Fibronectin Adhesion Assay-derived Chondroprogenitors (FAA-CPs), e l'altro basato sul loro accresciuto potenziale migratorio da espianti di cartilagine - Migratory Chondroprogenitors (MCPs)11,13,16,17,18,19. Numerosi studi in vitro dimostrano la superiorità condrogenica e la ridotta ipertrofia sia di FAA-CPCs che di MCPs rispetto ai condrociti e alle MSC del midollo osseo (BM)-20,21,22,23.
Recenti indagini in vitro che hanno confrontato FAA-CPC con MCP hanno dimostrato l'aumentata capacità di rigenerazione della cartilagine di quest'ultima popolazione progenitrice in condizioni normali di ossigeno24. Questi risultati ottimistici in vitro mostrano una rigenerazione di tipo ialino, incoraggiando ulteriori esperimenti in vivo. Tuttavia, è stato riportato che entrambe le popolazioni di CPC riparano e rigenerano efficacemente la cartilagine nell'OA e in altri disturbi osteocondrali in modelli animali 25,26,27,28,29.
Il nostro laboratorio ha contribuito attivamente alla standardizzazione delle tecniche di isolamento delle CPC e al confronto delle loro caratteristiche fenotipiche con i condrociti e le MSC. Questo articolo fornirà un protocollo dettagliato che spiega i passaggi necessari per isolare e coltivare le cellule residenti della cartilagine, vale a dire condrociti, FAA-CPC e MCP.
Il protocollo è stato approvato ed è conforme alle norme e alle linee guida in materia dell'Institutional Review Board (Comitato per la Ricerca e l'Etica). Dopo aver ottenuto il consenso informato scritto, le articolazioni tibio-femorali umane vengono prelevate da pazienti affetti da osteoartrite (OA) (punteggio radiologico Kellgren-Lawrence 4)30 che richiedono la sostituzione totale del ginocchio come parte del loro trattamento. Le articolazioni dei pazienti con segni di tumori, infezioni o artrite infiammatoria (come l'artrite reumatoide o la gotta) sono state escluse dallo studio. Si garantisce che tutte le procedure siano condotte in condizioni sterili, aderendo ai protocolli di laboratorio standard durante tutto il processo sperimentale.
1. Ottenere articolazioni tibio-femorali
2. Lavorazione delle articolazioni raccolte
3. Isolamento dei condrociti
4. Isolamento di condroprogenitori derivati dal saggio di adesione della fibronectina (FAA-CP)
5. Isolamento dei condroprogenitori migratori
6. Caratterizzazione fenotipica di condrociti, FAA-CPs e MCPs
7. qRT-PCR
NOTA: l'analisi qRT-PCR dell'espressione genica comporta la valutazione del collagene di tipo I (COL1A1), del collagene di tipo X (COL10A1) e del fattore di trascrizione correlato a Runt (RUNX2) per l'espressione ipertrofica e di SOX-9, Aggrecan (ACAN) e collagene di tipo II (COL2A1) per la condrogenesi.
8. Differenziazione multilineage
NOTA: I mezzi differenziali disponibili in commercio inducono la differenziazione trilineare in linee adipogeniche, osteogeniche e condrogeniche.
9. Colorazione di conferma
10. Determinazione del contenuto di GAG/DNA
Da 86,9 mg di fette di cartilagine, è stata notata una resa di cellule condrocitarie di 1,72 x 105 cellule. Al momento del caricamento, i condrociti aderiscono prontamente, presentando un aspetto iniziale arrotondato di ciottoli e trasformandosi in uno stato fibroblastico dopo un'ulteriore espansione (Figura 1 A, B). La semina di questi condrociti su piastre di fibronectina si traduce tipicamente in un'adesione del 2%, con ogni c...
La potenziale rigenerazione della cartilagine articolare, contenente tessuto ialino, può essere ottenuta attraverso l'ottimizzazione dei suoi due tipi cellulari nativi: condrociti e condroprogenitori. Mentre un'ampia ricerca sui condrociti ha fornito preziose informazioni sul loro ruolo nella riparazione della cartilagine, le domande sulla natura del tessuto rigenerato hanno spinto gli sforzi per migliorare il loro fenotipo ed esplorare terapie alternative3. I co...
Nessuno.
Ringraziamo la signora Bhavini Krishnan e la signora Merin Mary Zachariah per il loro contributo intellettuale e il Centro per la ricerca sulle cellule staminali (un'unità di inStem Bengaluru), Dipartimento di Fisiologia, Christian Medical College, Vellore, per il supporto infrastrutturale. I progetti in corso sono supportati dal Dipartimento di Biotecnologie (BT/PR32777/MED/31/415/2019), dal Governo dell'India, dal Consiglio per la ricerca scientifica e ingegneristica (CRG/2022/004277), dal Governo dell'India e dalle sovvenzioni per la ricerca sui fluidi, 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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