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이 프로토콜은 인간 관절 연골에서 연골 세포, 피브로넥틴 접착 분석 유래 연골 형성 동물(FAA-CP) 및 이동 연골 형성 동물(MCP)을 분리하는 방법을 자세히 설명합니다. 여기에는 효소 분해, 피브로넥틴 부착 및 이러한 세포를 분리하고 특성화하기 위한 마이그레이션 기반 분석이 포함됩니다.
최근에 별개의 하위 집단으로 확인된 연골 형성 세포(CPC)는 중간엽 특성, 연골 형성 증가 및 제한된 비대 특성으로 인해 유망한 모습을 보입니다. 전구세포의 풍부화는 차등 피브로넥틴 접착 및 이동 기반 외식 분석을 통해 이루어지며, 피브로넥틴 접착 분석 유래 연골형성기(FAA-CP) 및 이주 연골형성기(MCP)는 연골세포에 비해 우수한 잠재력을 보여줍니다. 이 기사에서는 상주 연골 유래 세포, 즉 연골세포와 연골형성체를 분리하는 방법에 대해 자세히 설명합니다. 연골세포 연구에서 얻은 귀중한 통찰력이 연골 복구에 대한 이해에 기여하고 있지만, 연골세포의 사용과 대체 치료 방법으로서의 잠재력을 탐구하기 위한 지속적인 노력이 이루어지고 있습니다. 또한 이 방법론 논문은 연골에서 연골세포, FAA-CP 및 MCP의 세 가지 특정 세포 유형을 분리하기 위한 자세한 단계별 프로토콜을 제공합니다. 표준화된 절차를 따름으로써, 이 프로토콜은 이러한 세포 아형의 성공적인 추출을 용이하게 합니다. 광범위한 연구를 바탕으로 한 이 기사는 서로 다른 하위 집합을 분리하는 데 사용되는 복잡한 기술과 배양을 확장하고 유지하는 데 필요한 최적화된 배양 조건에 중점을 둡니다. 이 방법론에는 인간 관절 연골 유래 연골 세포의 효소 분리, 순차적 효소 분해 후 차등 피브로넥틴 부착 및 연골 상주 세포를 얻기 위한 이동 기반 외식 분석이 포함됩니다.
세포 기반 재생 요법의 출현은 골관절염(OA) 및 연골 결손과 같은 연골 관련 질환을 치료하기 위한 중요한 접근 방식을 나타냅니다1. 관절 내 연골의 파괴 또는 손상을 특징으로 하는 이러한 질환은 치료 중에 상당한 어려움을 겪습니다. 관절 연골의 자가 복구는 무신경 구조, 무혈성 및 낮은 유사분열 활성으로 인해 제한적인 것으로 보고되었습니다2.
연골 조직 재생에 가장 많이 활용되는 세포는 중간엽 줄기 세포(Mesenchymal Stem Cell, MSC)와 연골 세포(chondrocyte)입니다3. 그러나 여러 연구에서 재생을 위해 이러한 세포를 사용하는 데 한계가 있다고 보고했습니다4. 이러한 한계에는 필요한 세포 수를 달성하기 위해 확장된 체외 확장 중 연골 세포의 말단 분화와 MSC의 비대 경향이 포함됩니다. 이러한 요인은 섬유연골과 유리질 5,6,7,8의 최적이 아닌 조합으로 복구 조직을 형성할 수 있습니다.
연골형성세포(Chondroprogenitor cell, CPC)의 발견은 관절 연골에서 대체 세포를 찾는 과정에서 비롯되었다9. 그들은 MSCs와의 유사성과 우수한 연골 형성 잠재력으로 인해 엄청난 관심을 불러 일으켰으며,10,11 이후에 추구되는 필수 불가결 한 조합 인 감소 된 비대를 나타냅니다. 연골세포와 대조적으로, 이러한 전구 세포 집단은 향상된 복제 및 텔로머라제 활성을 나타낼 뿐만 아니라 신경인성 유전자좌 노치 상동체 단백질 1(NOTCH-1) 및 SRY-box 전사 인자 9(SOX-9)의 발현이 증가한 것으로 보고되었습니다12,13,14,15. 연골과 반월상 연골 모두에서 보고된 CPC를 분리하는 두 가지 표준 방법이 있는데, 하나는 피브로넥틴 접착 분석을 통해 분리된 인테그린 수용체(CD49e/CD29) 발현에 기반한 것인 피브로넥틴 접착 분석 유래 연골 형성인자(FAA-CP)이고, 다른 하나는 연골 외식인 철새 연골 형성기(MCP)에서 증가된 이동 잠재력에 기반합니다.11,13,16,17,18,19. 수많은 체외 연구에서 연골 세포 및 골수(BM)-MSC에 비해 FAA-CPC 및 MCP의 연골 형성 우월성과 비대 감소를 입증했습니다 20,21,22,23.
FAA-CPC와 MCP를 비교한 최근의 체외 조사에서는 정상적인 산소 조건에서 후자의 전구 개체군의 향상된 연골 재생 능력이 입증되었습니다24. 이러한 낙관적인 in vitro 결과는 hyaline과 같은 재생을 보여주며 in vivo 실험을 더욱 장려합니다. 그럼에도 불구하고, 동물 모델에서 골관절염 및 기타 골연골 질환의 연골을 효율적으로 복구하고 재생하는 것으로 보고되었습니다 25,26,27,28,29.
본 연구실은 CPC 분리 기술을 표준화하고 연골세포 및 MSC와 표현형 특성을 비교하는 데 적극적으로 기여해 왔습니다. 이 기사에서는 연골 상주 세포, 즉 연골 세포, FAA-CPC 및 MCP를 분리하고 배양하는 데 관련된 단계를 설명하는 자세한 프로토콜을 제공합니다.
이 프로토콜은 승인되었으며 기관 검토 위원회(Research and Ethics Committee)의 적절한 규정 및 지침을 준수합니다. 서면 동의서를 얻은 후, 치료의 일환으로 무릎 전치환술이 필요한 골관절염(OA) 환자(Kellgren-Lawrence 방사선 점수 4)30 명으로부터 인간 경골 대퇴 관절을 조달합니다. 종양, 감염 또는 염증성 관절염(예: 류마티스 관절염 또는 통풍)의 징후가 있는 환자의 관절은 연구에서 제외되었습니다. 모든 절차는 멸균 상태에서 수행되며 실험 프로세스 전반에 걸쳐 표준 실험실 프로토콜을 준수합니다.
1. 경골 대퇴 관절 얻기
2. 수확된 조인트 가공
3. 연골 세포의 분리
4. 피브로넥틴 접착 분석 유래 연골 형성 인자(FAA-CP)의 분리
5. 이주 연골 형성 동물의 격리
6. 연골 세포, FAA-CP 및 MCP의 표현형 특성화
7. qRT-PCR
참고: 유전자 발현의 qRT-PCR 분석에는 비후 발현에 대한 콜라겐 I형(COL1A1), 콜라겐 X형(COL10A1) 및 런트 관련 전사 인자(RUNX2)와 연골 형성에 대한 SOX-9, 아그레칸(ACAN) 및 콜라겐 II(COL2A1) 평가가 포함됩니다.
8. 다중 계통 차별화
참고: 상업적으로 이용 가능한 차등 매체는 삼계통 분화를 addipogenic, osteogenic 및 chondrogenic 계통으로 유도합니다.
9. 확인 염색
10. GAG/DNA 함량 측정
86.9mg의 연골 절편에서 1.72 x 105 세포의 연골 세포 수율이 관찰되었습니다. 로딩 시, 연골세포는 즉시 부착하여 초기에는 둥근 조약돌 모양을 나타내고 추가 팽창 시 섬유아세포 상태로 변형됩니다(그림 1 A, B). 이러한 연골세포를 피브로넥틴 플레이트에 파종하면 일반적으로 2%의 접착력이 발생하며, 각 세포는 클론 성장(
유리질 조직을 포함하는 관절 연골의 잠재적인 재생은 두 가지 기본 세포 유형인 연골세포(chondrocyte)와 연골형성체(chondroprogenitors)의 최적화를 통해 달성될 수 있습니다. 연골세포에 대한 광범위한 연구는 연골 복구에 대한 연골 세포의 역할에 대한 귀중한 통찰력을 제공했지만, 재생 조직의 특성에 대한 의문으로 인해 연골 세포의 표현형을 강화하고 대체 요법을 모색하?...
없음.
지적인 의견을 제시해 주신 Bhavini Krishnan과 Merin Mary Zachariah 씨, 그리고 인프라 지원을 해주신 Vellore에 있는 Christian Medical College의 생리학과 줄기세포 연구 센터(inStem Bengaluru의 한 단위)에 감사드립니다. 진행 중인 프로젝트는 생명공학부(BT/PR32777/MED/31/415/2019), 인도 정부, 과학 및 공학 연구 위원회(CRG/2022/004277), 인도 정부 및 Vellore의 Christian Medical College의 유체 연구 보조금의 지원을 받습니다.
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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