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Method Article
Aqui, apresentamos um protocolo demonstrando o uso de hidrogel como uma estrutura de cultura de células tridimensional (3D) para cultura de células-tronco derivadas do tecido adiposo (ADSC) e introduzindo fotobiomodulação (PBM) para aumentar a proliferação de ADSCs dentro do ambiente de cultura 3D.
Células-tronco derivadas do tecido adiposo (ADSCs), possuindo características mesenquimais multipotentes semelhantes às células-tronco, são frequentemente empregadas na medicina regenerativa devido à sua capacidade de diferenciação celular diversificada e sua capacidade de aumentar a migração, proliferação e mitigar a inflamação. No entanto, as ADSCs frequentemente enfrentam desafios na sobrevida e enxertia dentro de feridas, principalmente devido a condições inflamatórias desfavoráveis. Para resolver essa questão, hidrogéis foram desenvolvidos para sustentar a viabilidade de ADSC em feridas e agilizar o processo de cicatrização de feridas. Aqui, nosso objetivo foi avaliar o impacto sinérgico da fotobiomodulação (PBM) na proliferação e citotoxicidade de ADSC dentro de uma estrutura de cultura celular 3D. ADSCs imortalizadas foram semeadas em hidrogéis de 10 μL a uma densidade de 2,5 x 103 células e submetidas à irradiação usando diodos de 525 nm e 825 nm nas fluências de 5 J/cm2 e 10 J/cm2. Alterações morfológicas, citotoxicidade e proliferação foram avaliadas 24 h e 10 dias após a exposição ao PBM. As ADSCs exibiram uma morfologia arredondada e foram dispersas por todo o gel como células individuais ou agregados esferoides. É importante ressaltar que tanto o PBM quanto a estrutura de cultura 3D não apresentaram efeitos citotóxicos sobre as células, enquanto o PBM aumentou significativamente as taxas de proliferação de ADSCs. Em conclusão, este estudo demonstra o uso de hidrogel como um ambiente 3D adequado para cultura de ADSC e introduz o PBM como uma estratégia de aumento significativo, particularmente abordando as taxas de proliferação lentas associadas à cultura de células 3D.
As ADSCs são células progenitoras mesenquimais multipotentes com capacidade de se auto-renovar e diferenciar-se em várias linhagens celulares. Essas células podem ser retiradas da fração vascular estromal (FVS) do tecido adiposo durante um procedimento delipoaspiração1. As ADSCs têm emergido como um tipo ideal de células-tronco para uso em medicina regenerativa, pois são abundantes, minimamente invasivas para a colheita, de fácil acesso e bemcaracterizadas2. A terapia com células-tronco oferece um caminho possível para a cicatrização de feridas, estimulando a migração celular, a proliferação, a neovascularização e reduzindo a inflamação dentro das feridas 3,4. Cerca de 80% da capacidade regenerativa das ADSCs é atribuível à sinalização parácrina através de seu secretoma5. Anteriormente, sugeriu-se que uma injeção local direta de células-tronco ou fatores de crescimento no tecido lesado poderia iludir mecanismos de reparo in vivo suficientes 6,7,8. No entanto, essa abordagem enfrentou vários desafios, como baixa sobrevida e redução do enxerto de células-tronco em tecidos lesados como resultado do ambiente inflamatório9. Além disso, um dos motivos citados foi a falta de matriz extracelular que sustentasse a sobrevida e a funcionalidade das células transplantadas10. Para superar esses desafios, a ênfase está sendo colocada no desenvolvimento de carreadores de biomateriais para apoiar a viabilidade e a função das células-tronco.
A cultura de células tridimensionais (3D) aumenta a interação célula-célula e célula-matriz in vitro para proporcionar um ambiente que melhor se assemelha ao ambiente in vivo 11. Hidrogéis têm sido extensivamente estudados como uma classe de carreadores de biomateriais que fornecem um ambiente 3D para cultura de células-tronco. Essas estruturas são constituídas por água e polímeros reticulados12. O encapsulamento de ADSCs em hidrogel praticamente não tem efeito citotóxico sobre as células durante o cultivo, mantendo a viabilidade das células6. Células-tronco cultivadas em 3D demonstram maior retenção de seu tronco e melhor capacidade de diferenciação13. Da mesma forma, as ADSCs semeadas com hidrogel demonstraram maior viabilidade e aceleraram o fechamento da ferida em modelos animais14. Além disso, o encapsulamento em hidrogel aumenta significativamente a enxertia e a retenção de ADSCs em feridas15,16. O TrueGel3D é feito de um polímero, seja álcool polivinílico ou dextrano, solidificado por um reticulante, ciclodextrina ou polietilenoglicol17. O gel é um hidrogel sintético que não contém nenhum produto de origem animal que possa interferir nos experimentos ou desencadear uma reação imunológica durante o transplante do gel em um paciente, mimetizando efetivamente uma matriz extracelular18. O gel é totalmente personalizável, alterando a composição e componentes individuais. Pode abrigar diferentes células-tronco e auxiliar na diferenciação de vários tipos celulares, ajustando a rigidez do gel19. Sites de fixação podem ser criados através da adição de peptídeos20. O gel é degradável pela secreção de metaloproteases, permitindo a migração celular21. Por fim, é claro e permite técnicas de imagem.
A PBM é uma forma minimamente invasiva e de fácil execução de laserterapia de baixa potência usada para estimular cromóforos intracelulares. Diferentes comprimentos de onda provocam diferentes efeitos nas células22. A luz na faixa do vermelho ao infravermelho próximo estimula o aumento da produção de adenosina trifosfato (ATP) e espécies reativas de oxigênio (ROS), aumentando o fluxo através da cadeia de transporte de elétrons23. A luz nas faixas azul e verde estimula canais iônicos dependentes de luz, permitindo o influxo inespecífico de cátions, como cálcio e magnésio, para dentro das células, o que sabidamente aumenta a diferenciação24. O efeito líquido é a geração de mensageiros secundários que estimulam a transcrição de fatores desencadeantes de processos celulares a jusante, como migração, proliferação ediferenciação25. O PBM pode ser usado para pré-condicionar as células a proliferar ou diferenciar-se antes de transplantá-las para um ambiente adverso, por exemplo, tecido danificado26. A exposição de PBM (630 nm e 810 nm) de ADSCs pré e pós-transplante aumentou significativamente a viabilidade e a função dessas células in vivo em um modelo de rato diabético27. A medicina regenerativa requer um número adequado de células para o reparo efetivo dos tecidos28. Em cultura de células 3D, ADSCs têm sido associadas a taxas de proliferação mais lentas em comparação com cultura celular bidimensional6. No entanto, o PBM pode ser usado para aumentar o processo de cultura de células 3D de ADSCs, aumentando a viabilidade, proliferação, migração e diferenciação29,30.
NOTA: Consulte a Tabela de Materiais para obter detalhes relacionados a todos os materiais, reagentes e software usados neste protocolo. O protocolo foi resumido graficamente na Figura 1.
1. Cultura celular bidimensional (2D)
NOTA: Os ADSCs imortalizados (1 x106 células) são armazenados a -195,8 °C em azoto líquido num frasco para injetáveis de criopreservação contendo 1 ml de meio de congelação celular.
2. 3D cultura celular
3. Exposição à fotobiomodulação
4. Morfologia
5. Ensaios bioquímicos
Para avaliar a morfologia e inspecionar visualmente a densidade celular dos hidrogéis, foi utilizada microscopia inversa (Figura 2). As ADSCs mantiveram uma morfologia arredondada 24 h após a semeadura e exposição ao PBM. As células foram espalhadas por todo o gel como células únicas ou em cachos semelhantes a uvas. A morfologia manteve-se inalterada após 10 dias em cultura 3D. Nenhuma diferença definitiva na morfologia foi observada entre os grupos experimentais e controles ou entr...
As ADSCs são um tipo celular ideal para uso em medicina regenerativa, pois estimulam vários processos para auxiliar na cicatrização de feridas 3,4. No entanto, há vários desafios que precisam ser contornados, por exemplo, baixas taxas de sobrevida e enxertia ineficaz das células em um local delesão9. As células imortalizadas foram utilizadas como linhagem celular comercialmente disponível, pois podem ser passadas por mais geraç?...
Os autores declaram não haver interesses concorrentes.
Esta pesquisa foi financiada pela Fundação Nacional de Pesquisa da África do Sul Thuthuka Instrument, bolsa número TTK2205035996; o Departamento de Ciência e Inovação (DSI) financiou o Centro Africano de Laser (ALC), número de concessão HLHA23X tarefa ALC-R007; Conselho Universitário de Pesquisa, processo nº 2022URC00513; a Iniciativa de Cátedras de Pesquisa da África do Sul do Departamento de Ciência e Tecnologia (DST-NRF/SARChI), número de concessão 98337. Os órgãos financiadores não tiveram qualquer papel na concepção do estudo, coleta, análise, interpretação dos dados ou redação do manuscrito. Os autores agradecem à Universidade de Joanesburgo (UJ) e ao Centro de Pesquisa em Laser (LRC) pelo uso das instalações e recursos.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
525 nm diode laser | National Laser Centre of South Africa | EN 60825-1:2007 | |
825 nm diode laser | National Laser Centre of South Africa | SN 101080908ADR-1800 | |
96 Well Strip Plates | Sigma-Aldrich | BR782301 | |
Amphotericin B | Sigma-Aldrich | A2942 | Antibiotic (0.5%; 0.5 mL) |
CellTiter-Glo 3D Cell Viability Assay | Promega | G9681 | ATP reagent, Proliferation assay Kit |
Corning 2 mL External Threaded Polypropylene Cryogenic Vial | Corning | 430659 | cryovial |
CryoSOfree | Sigma-Aldrich | C9249 | Cell freezing media |
CytoTox96 Non-Radioactive Cytotoxicity Assay | Promega | G1780 | Cytotoxicity reagent |
Dulbecco’s Modified Eagle Media | Sigma-Aldrich | D5796 | Basal medium (39 mL/44 mL) |
FieldMate Laser Power Meter | Coherent | 1098297 | |
Flat-bottomed Corning 96 well clear polystyrene plate | Sigma-Aldrich | CLS3370 | |
Foetal bovine serum | Biochrom | S0615 | Culture medium enrichment (5 mL; 10% / 10 mL; 20%) |
Hanks Balanced Salt Solution (HBSS) | Sigma-Aldrich | H9394 | Rinse solution |
Heracell 150i CO2 incubator | Thermo Scientific | 51026280 | |
Heraeus Labofuge 400 | Thermo Scientific | 75008371 | Plate spinner for 96 well plates |
Heraeus Megafuge 16R centrifuge | ThermoFisher | 75004270 | |
Immortalized ADSCs | ATCC | ASC52Telo hTERT, ATCC SCRC-4000 | Passage 37 |
Invitrogen Countess 3 | Invitrogen | AMQAX2000 | Automated cell counter for Trypan Blue |
Julabo TW20 waterbath | Sigma-Aldrich | Z615501 | Waterbath used to warm media to 37 °C |
Olympus CellSens Entry | Olympus | Version 3.2 (23706) | Imaging software: digital image acquisition |
Olympus CKX41 | Olympus | SN9B02019 | Inverted light microscope |
Olympus SC30 camera | Olympus | SN57000530 | Camera attached to inverted light microscope |
Opaque-walled Corning 96 well solid polystyrene microplates | Sigma-Aldrich | CLS3912 | Opaque well used for ATP luminescence |
Penicillin-Streptomycin | Sigma-Aldrich | P4333 | Antibiotic (0.5%; 0.5 mL) |
SigmaPlot 12.0 | Systat Software Incorporated | ||
TrueGel3D – True3 | Sigma-Aldrich | TRUE3-1KT | 10 µL |
TrueGel3D Enzymatic Cell Recovery Solution | Sigma-Aldrich | TRUEENZ | 01:20 |
Trypan Blue Stain | Thermo Fisher - Invitrogen | T10282 | 0.4% solution |
TrypLE Select Enzyme (1x) | Gibco | 12563029 | Cell detachment solution |
Victor Nivo Plate Reader | Perkin Elmer | HH3522019094 | Spectrophotometric plate reader |
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