Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
Здесь мы представляем протокол, демонстрирующий использование гидрогеля в качестве трехмерного (3D) каркаса клеточной культуры для культивирования стволовых клеток жировой ткани (ADSC) и внедрение фотобиомодуляции (PBM) для усиления пролиферации ADSC в условиях 3D-культуры.
Стволовые клетки, полученные из жировой ткани (ADSC), обладающие мультипотентными мезенхимальными характеристиками, близкими к стволовым клеткам, часто используются в регенеративной медицине из-за их способности к разнообразному диапазону клеточной дифференцировки и их способности усиливать миграцию, пролиферацию и смягчать воспаление. Тем не менее, ADSC часто сталкиваются с проблемами выживания и приживления в ранах, в первую очередь из-за неблагоприятных воспалительных условий. Для решения этой проблемы были разработаны гидрогели для поддержания жизнеспособности ADSC в ранах и ускорения процесса заживления ран. В данной работе мы поставили перед собой цель оценить синергетическое влияние фотобиомодуляции (ФБМ) на пролиферацию и цитотоксичность ADSC в рамках 3D-клеточной культуры. Иммортализированные АЦП высевали в гидрогели по 10 мкл плотностью 2,5 х 103 клетки и подвергали облучению с использованием диодов 525 нм и 825 нм при флюенциях 5 Дж/см2 и 10 Дж/см2. Морфологические изменения, цитотоксичность и пролиферацию оценивали через 24 ч и 10 дней после воздействия ПБМ. ADSC имели округлую морфологию и были рассеяны по всему гелю в виде отдельных клеток или сфероидных агрегатов. Важно отметить, что как PBM, так и 3D-культуральный каркас не оказывали цитотоксического воздействия на клетки, в то время как PBM значительно увеличивал скорость пролиферации ADSC. В заключение, это исследование демонстрирует использование гидрогеля в качестве подходящей 3D-среды для культуры ADSC и представляет PBM в качестве важной стратегии аугментации, в частности, для решения проблемы медленной скорости пролиферации, связанной с 3D-культурой клеток.
ADSC представляют собой мезенхимальные мультипотентные клетки-предшественники, обладающие способностью к самообновлению и дифференцировке в несколько клеточных линий. Эти клетки могут быть получены из стромально-васкулярной фракции (SVF) жировой ткани во время процедуры липоаспирации1. ADSC стали идеальным типом стволовых клеток для использования в регенеративной медицине, потому что эти клетки многочисленны, минимально инвазивны для сбора, легко доступны и хорошо охарактеризованы2. Терапия стволовыми клетками предлагает возможный путь к заживлению ран путем стимуляции миграции клеток, пролиферации, неоваскуляризации и уменьшения воспаления в ранах 3,4. Примерно 80% регенеративной способности ADSC связано с паракринной сигнализацией через их секретом5. Ранее предполагалось, что прямая местная инъекция стволовых клеток или факторов роста в поврежденную ткань может привести к возникновению достаточных механизмов репарации in vivo 6,7,8. Однако этот подход столкнулся с рядом проблем, таких как низкая выживаемость и снижение приживления стволовых клеток в поврежденных тканях в результате воспалительной среды 9. Кроме того, одной из названных причин было отсутствие внеклеточного матрикса для поддержки выживания и функциональности трансплантированныхклеток. Для преодоления этих проблем в настоящее время особое внимание уделяется разработке носителей биоматериала для поддержания жизнеспособности и функционирования стволовых клеток.
Трехмерная (3D) клеточная культура усиливает межклеточное и межматричное взаимодействие in vitro, обеспечивая среду, которая лучше напоминает среду in vivo 11. Гидрогели были широко изучены как класс носителей биоматериала, которые обеспечивают 3D-среду для культуры стволовых клеток. Эти структуры состоят из воды и сшитых полимеров12. Инкапсуляция АДСК в гидрогель практически не оказывает цитотоксического действия на клетки в процессе культивирования при сохранении жизнеспособности клеток6. Стволовые клетки, культивируемые в 3D, демонстрируют улучшенное сохранение своей стволовой способности и улучшенную способность к дифференцировке13. Аналогичным образом, засеянные гидрогелем ADSC продемонстрировали повышенную жизнеспособность и ускоренное закрытие ран на животных моделях14. Кроме того, гидрогелевая инкапсуляция значительно увеличивает приживление и удержание ADSC в ранах15,16. TrueGel3D изготавливается из полимера, поливинилового спирта или декстрана, затвердевающего сшивающим агентом, циклодекстрином или полиэтиленгликолем17. Гель представляет собой синтетический гидрогель, который не содержит каких-либо продуктов животного происхождения, которые могут помешать экспериментам или вызвать иммунную реакцию во время трансплантации геля пациенту, эффективно имитируя внеклеточный матрикс18. Гель полностью настраивается путем изменения состава и отдельных компонентов. Он может содержать различные стволовые клетки и поддерживать дифференцировку нескольких типов клеток, регулируя жесткость геля19. Сайты прикрепления могут быть созданы путем добавления пептидов20. Гель расщепляется за счет секреции металлопротеаз, что позволяет осуществлять миграцию клеток21. Наконец, он понятен и позволяет использовать методы визуализации.
ПБМ – это минимально инвазивная и легко выполняемая форма низкоуровневой лазерной терапии, используемая для стимуляции внутриклеточных хромофоров. Различные длины волн вызывают различное воздействие на клетки22. Свет в диапазоне от красного до ближнего инфракрасного стимулирует повышенную продукцию аденозинтрифосфата (АТФ) и активных форм кислорода (АФК) за счет усиления потока через цепь переноса электронов23. Свет в синем и зеленом диапазонах стимулирует светозависимые ионные каналы, обеспечивая неспецифический приток катионов, таких как кальций и магний, в клетки, что, как известно, усиливает дифференцировку. Конечным эффектом является генерация вторичных мессенджеров, которые стимулируют транскрипцию факторов, запускающих последующие клеточные процессы, такие как миграция, пролиферация и дифференцировка. PBM может быть использован для предварительной подготовки клеток к пролиферации или дифференцировке перед трансплантацией клеток в неблагоприятную среду, например, в поврежденную ткань26. До и после трансплантации ПБМ (630 нм и 810 нм) воздействие ADSC значительно повышало жизнеспособность и функцию этих клеток in vivo у крыс с диабетом модели27. Регенеративная медицина требует достаточного количества клеток для эффективного восстановления тканей28. В 3D-культуре клеток ADSC ассоциировались с более медленными темпами пролиферации по сравнению с двумерными клеточными культурами6. Тем не менее, PBM может быть использован для расширения процесса 3D-культивирования клеток ADSC за счет повышения жизнеспособности, пролиферации, миграции и дифференцировки29,30.
ПРИМЕЧАНИЕ: См. Таблицу материалов для получения подробной информации, относящейся ко всем материалам, реагентам и программному обеспечению, используемым в этом протоколе. Протокол графически представлен на рисунке 1.
1. Двумерная (2D) клеточная культура
ПРИМЕЧАНИЕ: Иммортализированные ADSC (1 x106 клеток) хранятся при температуре -195,8 °C в жидком азоте в криоконсервационном флаконе, содержащем 1 мл среды для замораживания клеток.
2. 3D культуре клеток
3. Фотобиомодуляционное воздействие
4. Морфология
5. Биохимические анализы
Для оценки морфологии и визуального осмотра плотности клеток гидрогелей использовали обратную микроскопию (рис. 2). ADSC сохраняли округлую морфологию через 24 ч после посева и воздействия PBM. Клетки были разбросаны по всему гелю в виде одиночных клеток или в виноградоподо?...
ADSC являются идеальным типом клеток для использования в регенеративной медицине, поскольку они стимулируют различные процессы, способствуя заживлению ран 3,4. Тем не менее, существует ряд проблем, которые необходимо обойти, например, низкая выживаемость и...
Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих интересов.
Это исследование финансировалось Национальным исследовательским фондом Южной Африки Thuthuka Instrument, грант No TTK2205035996; Департамент науки и инноваций (DSI) профинансировал Африканский лазерный центр (ALC), грант номер HLHA23X задание ALC-R007; Научно-исследовательский совет университета, номер гранта 2022URC00513; Южноафриканская инициатива по созданию научно-исследовательских кафедр Министерства науки и технологий (DST-NRF/SARChI), номер гранта 98337. Финансирующие организации не играли никакой роли в разработке исследования, сборе, анализе, интерпретации данных или написании рукописи. Авторы благодарят Университет Йоханнесбурга (UJ) и Лазерный исследовательский центр (LRC) за использование оборудования и ресурсов.
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 |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены