このコンテンツを視聴するには、JoVE 購読が必要です。 サインイン又は無料トライアルを申し込む。
Method Article
このプロトコルは、酵素消化による歯髄からの多能性幹細胞の抽出、培養、および保存に重点を置いています。さらに、骨芽細胞、脂肪細胞、軟骨細胞に分化する可能性を示しており、プロセスの精度と一貫性の重要性を強調しています。
再生医療や治療への応用の分野では、幹細胞研究が急速に勢いを増しています。歯髄幹細胞(DPSC)は、乳歯と永久歯の両方に存在するため、そのアクセス可能性、適応性、および先天的な分化能力により、重要な幹細胞源として浮上しています。DPSCは、間葉系幹細胞の容易で利用可能で豊富なリザーバーを提供し、特に再生目的で印象的な汎用性と可能性を示しています。その有望性にもかかわらず、主なハードルは、歯髄細胞内の微小な画分として表現されるDPSCを効果的に分離し、特性評価することにあります。同様に重要なのは、この貴重な細胞資源を適切に保存することです。DPSC単離の2つの主要な方法は、酵素消化(ED)と組織外植片からの伸長(OG)であり、しばしば自発的増殖と呼ばれます。このプロトコールは、主にDPSC単離のための酵素消化アプローチに焦点を当てており、抽出、ラボ内処理、および細胞保存を含むステップを複雑に詳細に説明しています。このプロトコルでは、抽出と保存だけでなく、DPSCの分化能力を掘り下げ、具体的には、これらの幹細胞を脂肪細胞、骨芽細胞、軟骨細胞に分化させるための手順を概説し、その多能性を示します。その後の比色染色技術の利用により、正確な可視化と成功した分化の確認が容易になり、単離されたDPSCの口径と機能の検証が可能になります。この包括的なプロトコールは、歯髄幹細胞の抽出、培養、保存、および特性評価の全範囲を網羅する青写真として機能します。これは、DPSCが秘めた大きな可能性を強調し、幹細胞の探索を前進させ、将来の再生および治療のブレークスルーを約束します。
幹細胞研究は、再生医療や組織工学への応用が有望であることから、生物医科学の分野で盛んに行われています。ヒトの乳歯と永久歯の両方の歯髄組織に由来する歯髄幹細胞(DPSC)は、その入手可能性と多能性容量により、幹細胞の供給源として大きな関心を集めています1,2。これらの細胞は、脂肪細胞、骨芽細胞、軟骨細胞など、さまざまな細胞タイプに分化する可能性を秘めていることが、数多くの研究で確認されています3。
過去数十年にわたって、幹細胞の研究と治療への応用が急増しています。幹細胞の広範な可能性は、幹細胞が取得される供給源を多様化することを求めています。選択した細胞の効率、生存率、幹細胞性には、いくつかの要因が影響します。骨髄や脂肪組織など、さまざまな既知の幹細胞リザーバーが存在するにもかかわらず、これらの発生源に関連する侵襲的な手順、部位の罹患率、および倫理的懸念により、多くの場合、それらの探索が制限されます4,5。さまざまな幹細胞源の中で、歯科用幹細胞は、その容易なアクセス性、高い可塑性、および多様な潜在的な用途により注目を集めています。特にヒト歯髄幹細胞は、その治療の見通しについて広く研究されてきました6。一般的に医療廃棄物として廃棄される歯は、間葉系幹細胞を豊富に保持しています7。この貴重な幹細胞プールを保護するには、患者、歯科医、医師が一丸となって、これらのリソースを無駄にしないようにし、各歯髄幹細胞を将来の再生要件に対応できるようにする必要があります。
ヒト成体歯髄幹細胞(DPSC)や剥離したヒト乳歯幹細胞(SHED)などの歯髄由来幹細胞は、歯髄の血管周囲ニッチに位置しています。これらの細胞は、脳神経堤細胞に由来し、間葉系幹細胞(MSC)と神経外胚葉系幹細胞の両方に早期マーカーを示すと考えられています。DPSCとSHEDは、多能性と多様な組織型を再生する能力を実証しています8。
歯科幹細胞の潜在的な供給源には、健康な乳歯と永久歯が含まれます。幹細胞は、パルプ中の全細胞集団の約1%しか占めておらず、効果的な単離および増殖技術の重要性が強調されています9。したがって、これらの幹細胞の抽出と増殖は、DPSC単離10における極めて重要なステップです。抜歯または剥離した歯は、リン酸緩衝生理食塩水(PBS)やハンクス緩衝生理食塩水(HBSS)などの栄養豊富な輸送培地で保管する必要があります。
歯髄の入手は、歯のタイプ7,11に応じて、さまざまな方法で達成できます。根が吸収された乳歯の場合、根の頂点を介して抜歯を行うことができます。同様に、滅菌されたとげのあるブローチを使用して、未熟な開放頂点を持つ永久歯から歯髄を得ることができます。根が完全に発達した永久歯の場合、歯髄チャンバーにアクセスするには、歯冠を歯根から分離する必要があります。これは、セメントナメル質接合部でダイヤモンドディスクを使用して歯を切断することによって達成されます。この切開部は歯髄室を露出させ、歯髄組織12、13、14の回収を可能にする。
歯髄幹細胞(DPSC)は、酵素消化(ED)または組織外植片からの増殖(OG)(自然増殖とも呼ばれる)によって単離できます。ED法は、主にコラゲナーゼIおよびディスパーゼなどの酵素を用いて、組織を単一細胞懸濁液に分解する15,16。OG法は、より単純で迅速で、パルプ断片を粉砕し、それらを直接培養プレートに置き、細胞が組織外植片17から成長することを可能にする。研究者らは、細胞増殖速度、単離された幹細胞特性の保存、分化、および表面マーカー発現を評価するために、両方の技術を利用し、比較してきた18。DPSCを高効率かつステミーネスで取得するためのプロトコルを確立し標準化することで、効果的で安全な治療法への道を開くことができます19。このプロトコルには、酵素消化、ラボプロセッシング、保存、および脂肪形成、骨形成、および軟骨形成のための比色染色による細胞分化を使用したDPSCの抽出が含まれます。
この記事で概説するプロトコルは、歯から歯髄を最初に分離することから始まり、実験室でのDPSCの培養と維持、そして特定の幹細胞マーカーを使用したそれらの特性評価で終わるという段階的な手順を示しています(図1)。これらの幹細胞を異なる細胞系譜に誘導し、それらの多能性を強調する技術についても説明します。
ここで概説されているプロトコルは、機関のヒト研究倫理委員会(IRB、Pushpagiri Research Center、ケララ州)のガイドラインに準拠しています。抜歯した歯の使用は、参加者の完全性、尊厳、権利を確保するための倫理基準に従って行われました。この研究に選ばれた参加者は、矯正治療のために抜歯が必要な30歳未満の健康な個人でした。広範囲の虫歯または重度の歯周炎のある人は、研究から除外されました。落葉歯は、保持された歯の抜歯が必要な子供から採取されました。インフォームド 書面による同意も、この研究に関与した被験者から得られました。
1. 歯の抜歯・輸送
2. 歯髄組織の採取
3.歯髄組織の消化と細胞の分離
4. 細胞培養
5. DPSCの特性評価
6.多系統の差別化
注:次の手順は、歯科幹細胞の骨形成性、脂肪形成性、および軟骨形成性分化のためのプロトコルを概説します。まず、フィブロネクチンでコーティングされた組織培養プレートにウェルあたり1 x 105 細胞の密度で培養物を播種し、完全な培地(CM)で播種します。80%〜90%のコンフルエント度が達成されるまで細胞増殖をモニターしてから、目的の分化プロトコルを開始します。DPSCの多系統分化能を評価するには、細胞を24ウェルプレートに播種し、適切な分化培地で培養することにより、骨芽細胞、脂肪細胞、軟骨細胞への分化プロセスを開始します。
概説されたプロトコルを成功裏に実行した結果、多系統分化が可能な歯髄幹細胞(DPSC)が得られ、その多能性が実証されました。
生存率アッセイ
DPSCの生存率は、さまざまな時点でTrypan Blue排除アッセイを使用して評価されました。その結果、培養期間を通じて一貫して高い生存率(95%以上)が示され、当社の単離および培養プロトコルの堅牢性が実証されまし...
このプロトコルは、ヒトの落葉歯および永久歯からの歯髄幹細胞(DPSC)の分離、培養、および特性評価を概説しています。これには、これらの細胞の貯蔵および増殖の説明、ならびに骨芽細胞、脂肪細胞、および軟骨細胞へのそれらの in vitro 分化能の評価が含まれる35。
Chen et al.36 は、歯周炎、根吸収、歯周炎、...
著者は何も開示していません。
著者らは、ティルヴァッラのプシュパギリ研究センターの所長兼所長であるマシュー・マザヴァンチェリル博士が、研究センターでの手続きの文書化を支援してくれたことに感謝しています。
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 |
このJoVE論文のテキスト又は図を再利用するための許可を申請します
許可を申請This article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2023 MyJoVE Corporation. All rights reserved