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Method Article
Este protocolo detalha o isolamento de condrócitos, condroprogenitores derivados do ensaio de adesão de fibronectina (FAA-CPs) e condroprogenitores migratórios (MCPs) da cartilagem articular humana. Abrange digestão enzimática, adesão de fibronectina e ensaios baseados em migração para isolar e caracterizar essas células.
As células condroprogenitoras (CPCs), recentemente identificadas como uma subpopulação distinta, exibem promessa devido às suas propriedades mesenquimais, condrogênese aumentada e características hipertróficas limitadas. O enriquecimento de progenitores é obtido por meio de ensaios diferenciais de adesão à fibronectina e explante baseados em migração, com condroprogenitores derivados do ensaio de adesão de fibronectina (FAA-CPs) e condroprogenitores migratórios (MCPs) demonstrando potencial superior em comparação com os condrócitos. Este artigo investiga os detalhes do isolamento de células derivadas da cartilagem residentes, ou seja, condrócitos e condroprogenitores. Embora informações valiosas da pesquisa de condrócitos contribuam para nossa compreensão do reparo da cartilagem, os esforços contínuos são direcionados para o uso de condroprogenitores e para a exploração de seu potencial como uma abordagem terapêutica alternativa. Além disso, este artigo de metodologia fornece um protocolo passo a passo detalhado para isolar três tipos específicos de células da cartilagem: condrócitos, FAA-CPs e MCPs. Seguindo procedimentos padronizados, este protocolo facilita a extração bem-sucedida desses subtipos de células. Com base em extensa pesquisa, o artigo enfoca as intrincadas técnicas utilizadas no isolamento dos diferentes subconjuntos e as condições de cultura otimizadas necessárias para expandir e manter suas culturas. A metodologia engloba o isolamento enzimático de condrócitos derivados da cartilagem articular humana, adesão diferencial de fibronectina após digestão enzimática sequencial e ensaios de explante baseados em migração para obter células residentes na cartilagem.
O surgimento da terapia regenerativa baseada em células representa uma abordagem significativa para o tratamento de doenças relacionadas à cartilagem, como osteoartrite (OA) e defeitos condrais1. Esses distúrbios, caracterizados pela quebra ou lesão da cartilagem dentro das articulações, apresentam desafios substanciais durante o tratamento. O auto-reparo da cartilagem articular é relatado como limitado devido à sua arquitetura aneural, avascularidade e baixa atividade mitótica2.
As células mais utilizadas para a regeneração do tecido cartilaginoso são as células-tronco mesenquimais (CTMs) e os condrócitos3. No entanto, vários estudos relataram limitações no uso dessas células para regeneração4. Essas limitações incluem a diferenciação terminal de condrócitos durante a expansão in vitro estendida para atingir a contagem de células necessária e a tendência hipertrófica das MSCs. Esses fatores podem resultar na formação de tecido de reparo com uma combinação subótima de fibrocartilagem e hialina 5,6,7,8.
A descoberta das células condroprogenitoras (CPCs) surgiu da busca por células alternativas na cartilagem articular9. Eles geraram imenso interesse devido à sua semelhança com as CTMs e seu potencial condrogênico superior, ao mesmo tempo em que exibem hipertrofia reduzida - uma combinação indispensável procurada10,11. Em contraste com os condrócitos, foi relatado que essas populações progenitoras exibem atividade replicativa e telomerase aumentada, bem como aumento da expressão da proteína homóloga 1 do locus notch neurogênico (NOTCH-1) e do fator de transcrição SRY-box 9 (SOX-9) 12 , 13 , 14 , 15 . Existem dois métodos padrão para isolar CPCs relatados tanto da cartilagem quanto do menisco, incluindo um baseado na expressão de seu receptor de integrina (CD49e / CD29), isolado por meio de um ensaio de adesão de fibronectina - Condroprogenitores derivados do ensaio de adesão de fibronectina (FAA-CPs), e o outro baseado em seu potencial migratório aumentado de explantes de cartilagem - Condroprogenitores migratórios (MCPs) 11 , 13 , 16 , 17 ,18,19. Numerosos estudos in vitro demonstram a superioridade condrogênica e a redução da hipertrofia de FAA-CPCs e MCPs em comparação com condrócitos e medula óssea (MO)-MSCs 20,21,22,23.
Investigações in vitro recentes comparando FAA-CPCs com MCPs demonstraram a capacidade aumentada de regeneração da cartilagem da última população progenitora em condições normais de oxigênio24. Esses resultados otimistas in vitro mostram uma regeneração semelhante à hialina, incentivando mais experimentos in vivo. No entanto, ambas as populações de CPCs foram relatadas para reparar e regenerar eficientemente a cartilagem na OA e outros distúrbios osteocondrais em modelos animais25 , 26 , 27 , 28 , 29 .
Nosso laboratório tem contribuído ativamente para padronizar as técnicas de isolamento de CPC e comparar suas características fenotípicas com condrócitos e MSCs. Este artigo fornecerá um protocolo detalhado explicando as etapas envolvidas no isolamento e cultura de células residentes na cartilagem, ou seja, condrócitos, FAA-CPCs e MCPs.
O protocolo foi aprovado e está em conformidade com os regulamentos e diretrizes apropriados do Comitê de Ética em Pesquisa (Comitê de Pesquisa e Ética). Após a obtenção do consentimento informado por escrito, as articulações tibiofemorais humanas são obtidas de pacientes com osteoartrite (OA) (escore radiológico de Kellgren-Lawrence 4)30 que necessitam de artroplastia total do joelho como parte de seu tratamento. As articulações de pacientes com quaisquer sinais de tumores, infecções ou artrite inflamatória (como artrite reumatóide ou gota) foram excluídas do estudo. É garantido que todos os procedimentos sejam conduzidos em condições estéreis, aderindo aos protocolos laboratoriais padrão durante todo o processo experimental.
1. Obtenção de articulações tibiofemorais
2. Processamento de juntas colhidas
3. Isolamento de condrócitos
4. Isolamento de condroprogenitores derivados do ensaio de adesão de fibronectina (FAA-CPs)
5. Isolamento de condroprogenitores migratórios
6. Caracterização fenotípica de condrócitos, FAA-CPs e MCPs
7. qRT-PCR
NOTA: a análise qRT-PCR da expressão gênica envolve a avaliação do colágeno tipo I (COL1A1), colágeno tipo X (COL10A1) e fator de transcrição relacionado a Runt (RUNX2) para expressão hipertrófica e SOX-9, Aggrecan (ACAN) e colágeno tipo II (COL2A1) para condrogênese.
8. Diferenciação de múltiplas linhagens
NOTA: Os meios diferenciais disponíveis comercialmente induzem a diferenciação da trilinhagem em linhagens adipogênicas, osteogênicas e condrogênicas.
9. Coloração confirmatória
10. Determinação do conteúdo de GAG / DNA
A partir de 86,9 mg de fatias de cartilagem, observou-se um rendimento de células de condrócitos de 1,72 x 105 células. Após o carregamento, os condrócitos aderem prontamente, apresentando uma aparência inicial de paralelepípedos arredondados e transformando-se em um estado fibroblástico após a expansão adicional (Figura 1 A,B). A semeadura desses condrócitos em placas de fibronectina normalmente resulta em 2% de adesã...
O potencial de regeneração da cartilagem articular, contendo tecido hialino, pode ser alcançado através da otimização de seus dois tipos de células nativas: condrócitos e condroprogenitores. Embora uma extensa pesquisa sobre condrócitos tenha fornecido informações valiosas sobre seu papel no reparo da cartilagem, questões sobre a natureza do tecido regenerado levaram a esforços para melhorar seu fenótipo e explorar terapias alternativas3. Os condropr...
Nenhum.
Gostaríamos de agradecer à Sra. Bhavini Krishnan e à Sra. Merin Mary Zachariah por sua contribuição intelectual e ao Centro de Pesquisa de Células-Tronco (uma unidade do inStem Bengaluru), Departamento de Fisiologia, Christian Medical College, Vellore, pelo apoio à infraestrutura. Os projetos em andamento são apoiados pelo Departamento de Biotecnologia (BT/PR32777/MED/31/415/2019), Governo da Índia, Conselho de Pesquisa em Ciência e Engenharia (CRG/2022/004277), Governo da Índia e Bolsas de Pesquisa de Fluidos, 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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