A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
ניתן לבודד בקלות תאי גזע מזנכימליים של כריות שומן אינפרא-פטלריות (IFP-MSCs) ממשטח השומן האינפרא-פטלרי של מפרק הברך. הם מתרבים היטב במבחנה, יוצרים מושבות CFU-F, ומתבדלים לשושלות אדיפוגניות, כונדרוגניות ואוסטיאוגניות. כאן מסופקת המתודולוגיה לבידוד, הרחבה והבחנה של IFP-MSCs ממפרק מחניק עזים.
ה- IFP, הנמצא במפרק הברך, משמש כמקור מבטיח של MSCs. ה- IFP הוא רקמה נגישה בקלות מכיוון שהיא נכרתת ומושלכת באופן שגרתי במהלך הליכים ארתרוסקופיים וניתוחי החלפת ברך. בנוסף, הסרתו קשורה לתחלואה מינימלית באתר התורם. מחקרים אחרונים הראו כי IFP-MSCs אינם מאבדים את יכולת ההתרבות שלהם במהלך התרחבות במבחנה ויש להם פוטנציאל התמיינות אוסטאוגני שאינו תלוי בגיל. ל-IFP-MSCs יש פוטנציאל התמיינות כונדרוגני מעולה בהשוואה ל-MSCs (BMSCs) שמקורם במח עצם ולתאי גזע שמקורם בשומן (ADSCs). למרות שתאים אלה ניתנים להשגה בקלות מחולים מבוגרים וחולים, יעילותם מוגבלת. לפיכך, חשוב להשתמש ב-IFP-MSCs מתורמים בריאים כדי לקבוע את יעילותם ביישומים ביו-רפואיים. מכיוון שהגישה לתורם אנושי בריא היא מאתגרת, מודלים של בעלי חיים יכולים להיות חלופה טובה יותר שתאפשר הבנה בסיסית. בעלי חיים גדולים כמו כלבים, סוסים, כבשים ועזים ממלאים תפקיד מכריע במחקר התרגומי. מבין אלה, העז יכולה להיות מודל מועדף מכיוון שלמפרק המחניק של העז יש את האנטומיה הקרובה ביותר למפרק הברך האנושי. יתר על כן, goat-IFP יכול למלא את מספרי MSC הגבוהים יותר הדרושים ליישומי התחדשות רקמות. יתר על כן, עלות נמוכה, זמינות ועמידה בעקרונות 3R למחקר בבעלי חיים הופכים אותם למודל אטרקטיבי. מחקר זה מדגים פרוטוקול פשוט לבידוד IFP-MSCs מהמפרק המחניק של עזים ותנאי תרבית חוץ גופית להרחבתם והתמיינותם. ה-IFP המבודד באספטית מהעז נשטף, נטחן ועוכל באופן אנזימטי. לאחר סינון וצנטריפוגה, התאים שנאספו היו בתרבית. תאים אלה היו דבקים, היו בעלי מורפולוגיה דמוית MSCs, והפגינו יכולת קלונוגנית יוצאת דופן. יתר על כן, הם נבדלו לשושלות אדיפוגניות, כונדרוגניות ואוסטיאוגניות, והפגינו את הרב-פוטנטיות שלהם. לסיכום, המחקר מדגים את הבידוד וההרחבה של MSCs, אשר מראים פוטנציאל בהנדסת רקמות וביישומים של רפואה רגנרטיבית.
תאי גזע מזנכימליים (MSCs) הם מועמדים אטרקטיביים לטיפולים מבוססי תאים ברפואה רגנרטיבית 1,2. ניתן לקצור אותם ממגוון מקורות רקמה כגון מח עצם, חבל טבור, שליה, מוך השן ורקמת שומן תת עורית3. עם זאת, מכיוון שהזמינות של תאי גזע במבוגרים מוגבלת והליך הבידוד שלהם הוא לעתים קרובות פולשני (וכתוצאה מכך תחלואה באתר התורם), רצוי שיהיה מקור חלופי לתאי גזע שיוכל לעקוף את האתגרים הללו.
מפרק הברך הוא מחסן של סוגי תאים שונים, כגון MSCs שמקורם בכריות שומן אינפרא-כוכביות, MSCs שמקורם בקרום סינוביאלי, MSCs שמקורם בנוזל סינוביאלי, פיברובלסטים של רצועות, כונדרוציטים מפרקיים וכו'4,5,6. לתאים אלה יש פוטנציאל להיחקר באופן נרחב במחקר מבוסס הנדסת רקמות שלד-שריר. לכן, מפרק הברך יכול להיות מקור אפשרי ואמין לסוגים רבים של MSCs. מחסן השומן הממוקם במפרק הברך, המכונה כרית השומן האינפרא-כוכבית (IFP) או כרית השומן של הופה, הוא בחירה מבטיחה ואלטרנטיבית של מחסן MSC. ה- IFP הוא מקור נגיש יחסית וניתן להשגה קלינית של MSCs, שכן הוא נכרת ומושלך באופן שגרתי כפסולת כירורגית במהלך ארתרוסקופיה של הברך או ניתוח ברך פתוחה. הסרת ה-IFP קשורה לתחלואה מינימלית באתר התורם, מה שהופך אותו גם למקור רקמתי אטרקטיבי. למרות שיש להם פרופיל פנוטיפי דומה, ל-MSCs מ-IFP (IFP-MSCs) יש פוטנציאל קלונוגני משופר בהשוואה לתאי גזע מזנכימליים שמקורם במח העצם (BM-MSCs)6 ויכולת שגשוג טובה יותר בהשוואה לתאי גזע תת-עוריים שמקורם בשומן (ADSCs)7. באופן מעניין, בהשוואה ל-MSCs שמקורם בנוזל סינוביאלי (SF-MSCs), IFP-MSCs אינם מאבדים את יכולת ההתרבות שלהם במעברים מאוחרים, וגם זמן ההכפלה אינו גדל במעברים מאוחרים. זה מצביע על כך שבמהלך התרחבות התא, IFP-MSCs יכולים להשיג מספר גדול מספיק של תאים עבור יישומים של הנדסת רקמות במבחנה מבלי להתפשר על קצב ההתרבות שלהם8. מחקרים אחרונים גם הציעו כי ל-IFP-MSCs יש פוטנציאל התמיינות כונדרוגני מעולה בהשוואה ל-MSCs שמקורם במח עצם (BMSCs) ו-MSCs שמקורם בשומן (ADSCs), ככל הנראה בשל קרבתם האנטומית לסחוס מפרקי, מה שמעיד על התאמתם להנדסת רקמת סחוס 6,7,9,10. יתר על כן, יש להם גם פוטנציאל התמיינות אוסטאוגני בלתי תלוי גיל11. הודגם כי הזרקה תוך-מפרקית של IFP-MSCs מפחיתה כאבים ומשפרת את תפקודי מפרק הברך במטופלים עם דלקת מפרקים ניוונית (OA)12,13. יתר על כן, תגובות חיסוניות חזקות ותכונות אימונומודולטוריות משופרות של IFP-MSCs בנוכחות ציטוקינים דלקתיים במהלך תנאים פתולוגיים דווחו גם6.
IFP-MSCs הם מקור מבטיח וחלופי של MSCs; עם זאת, התועלת הטיפולית שלהם בהנדסת רקמות וברפואה רגנרטיבית נחקרת פחות באופן יחסי. המחקרים הקיימים על IFP-MSCs השתמשו בעיקר בתאים מתורמים אנושיים. בין אלה, כמה מחקרים אחרונים חקרו IFP-MSCs מתורמים אנושיים בריאים (חולים שאינם מפרקים, בגילאי 17-60 שנים)6,14, בעוד שרוב המחקרים השתמשו ב- IFP-MSCs מחולים מבוגרים שעברו ניתוח החלפת ברך כולל (חולים חולים, בגילאי 70-80 שנים). מכיוון שידוע שגם גיל וגם מחלה משנים את התפקוד התקין של תאי גזע (מספר מופחת ואובדן פוטנציאל תפקודי), הדבר עלול להוביל לחוסר עקביות בתוצאות המחקרים מבוססי MSC 7,15,16,17. בנוסף לכך, השימוש ב- IFP-MSCs מחולים עם מצבים פתופיזיולוגיים (למשל, דלקת פרקים והשמנת יתר) מהווה גם קושי בהבנת המאפיינים הבסיסיים של תאים בריאים במבחנה, ובכך פועל כגורם מגביל בפיתוח טיפולים מבוססי MSCs. כדי להתגבר על בעיות אלה, השימוש ב- IFP-MSCs מתורמים בריאים הוא חיוני. מכיוון שהגישה לתורם אנושי בריא היא מאתגרת, מודלים של בעלי חיים יכולים להיות חלופה טובה יותר. בהקשר זה, ישנם כמה מחקרים שבהם IFP בודד מעכברים18. עם זאת, בשל גודלה הקטן של כרית השומן בעכברים רגילים, רקמות שומן מבעלי חיים רבים שולבו כדי לקבל מספיק רקמות לביצוע הליכי ניסוי משוכללים19. לפיכך, יש צורך במודל של בעלי חיים גדולים, שיוכל למלא את הדרישה למספר התאים הגבוה יותר ובמקביל לעמוד בעקרונות 3R (עידון, החלפה והפחתה) במחקר בבעלי חיים20. לשימוש בבעלי חיים גדולים יש השלכות משמעותיות במחקר התרגומי. באופן ספציפי, בהנדסת רקמות שריר-שלד, נחקרו21 מגוון של בעלי חיים גדולים כמו כלבים, חזירים, כבשים, עזים וסוסים. עז (Capra aegagrus hircus) היא בחירה מצוינת של בעל חיים גדול מכיוון שלמפרק המחניק שלה יש את האנטומיה הקרובה ביותר למפרק הברך האנושי22,23,24. המבנה הטרבקולרי של העצם התת-כונדרלית ועובי העצם התת-כונדרלית של העזים דומים לבני אדם, ודווח גם כי היחס בין הסחוס לעצם קרוב לבני אדם21. בנוסף, עזים בויתו באופן נרחב ברחבי העולם, מה שהופך אותן לזמינות בקלות כאשר הן בוגרות מבחינה שלדית. יתר על כן, עלויות תחזוקה נמוכות וטיפול קל הפכו אותם למודל בעלי חיים אטרקטיבי למחקר22.
במחקר הנוכחי מודגם פרוטוקול פשוט לבידוד של IFP-MSCs מהמפרק המחניק של Capra aegagrus hircus (עז) ותנאי תרבית במבחנה להרחבתם והבדלתם. התאים המבודדים הם דבקים, בעלי מורפולוגיה דמוית MSC, יוצרים מושבות CFU-F (יחידות יוצרות מושבה-פיברובלסט) ובעלי פוטנציאל התמיינות אדיפוגני, כונדרוגני ואוסטיאוגני. לכן, IFP-MSCs מראים פוטנציאל כמקור חלופי של MSCs עבור יישומים ביו-רפואיים.
הפרוטוקול מבוסס על בידוד של IFP-MSCs מעיזים. עז IFP ודם נאספו מאבטואר מקומי. מכיוון שאיסוף רקמות כזה נמצא מחוץ לתחום אחריותה של ועדת אתיקה מוסדית לבעלי חיים, לא נדרש אישור אתי.
1. בידוד של IFP-MSCs מהמפרק femorotibial של ברך עז
2. תחזוקה והרחבה של תאים מבודדים
3. הערכת היכולת הקלונוגנית של IFP-MSCs באמצעות בדיקת יצירת מושבה (CFU-F)
4. פוטנציאל בידול של IFP-MSCs
בידוד של IFP-MSCs מהמפרק הפמורוטיבי של עז
השלבים הכרוכים בבידוד של IFP-MSCs מהמפרק המחניק של עז מתוארים באיור 1. כרית השומן שהייתה נוכחת במשטח הפנימי שאינו מפרקי של הפטלה הוסרה, נטחנה והתעכלה באופן אנזימטי. ה-IFP-MSCs בודדו בהצלחה ועברו תרבית במבחנה (איור 2A
בפרוטוקול הנוכחי, שיטה פשוטה, אמינה וניתנת לשחזור לבידוד של MSCs מ- IFP עזים סופקה. תאים שבודדו בשיטה זו שימשו בהצלחה במחקרים הקודמים שלנו להתחדשות רקמות במבחנה. נצפה כי התאים המבודדים היו מתרבים, היו מגיבים לגורמי גדילה שונים, ושמרו על פעילותם הביולוגית כאשר נזרעו על גבי סיבים חשמליים ופ...
המחברים מצהירים כי אין להם ניגוד עניינים.
SH מודה על תמיכה ממלגת המכון לפוסט-דוקטורט של IIT Kanpur ומענק SYST מ-DST (חטיבת SEED) (SP/YO/618/2018). AM מודה למכון ההודי לטכנולוגיה-קנפור (IIT-Kanpur) על מלגת המכון. DSK מכירה בקתדרה ע"ש ג'ריש ג'נקינאת ופרופסור ובמחלקה לביוטכנולוגיה, הודו, למימון (BT/PR22445/MED/32/571/2016). AM, SH ו-DSK מודים למרכז משפחת מהטה להנדסה ברפואה ב-IIT-Kanpur על תמיכתם הנדיבה.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
β-glycerophosphate | Sigma-Aldrich | G9422-10G | 10 mM |
0.25% Trypsin- 0.02% EDTA | Hi-Media | TCL049 | |
15-mL centrifuge tube | Corning | ||
2-Phospho-L-ascorbic acid trisodium salt | Sigma | 49752-10G | 50 µg/mL |
2-Propanol | Sigma-Aldrich | I9516 | |
4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethanesulfonic acid (HEPES) | HiMedia | TCL021-50ml | 10 mM |
50-mL centrifuge tube | Corning | ||
Alcian Blue | Hi-Media | RM471 | For sufated gycosaminoglycans staining |
Alizarin Red S | S D Fine-Chem Limited | 26048-25G | For calcium deposition |
Amphotericin B | HiMedia | A011 | 2.5 µg/mL |
Basic fibroblast growth factor (bFGF) | Sino Biologicals | 10014-HNAE | 5 ng/mL |
BCIP/NBT ALP Substrate | Sigma | B5655-5TAB | For ALP staining |
Biological safety cabinet | |||
BSA | HiMedia | MB-083 | Long name: Bovine Serum Albumin (1.25 mg/mL ) |
Cell strainer | HiMedia | TCP-182 | 70 µm |
Centrifuge | REMI | ||
Ciprofloxacin | RANBAXY LAB. Limited | B17407T1 | 2.5 µg/mL |
Crystal Violet | S D Fine-Chem Limited | 42555 | |
D(+)-glucose | Merck | 1.94925.0521 | 25 mM |
Dexamethasone | Sigma-Aldrich | D2915 | 1 µM |
DMEM LG | SIGMA | D5523 | Long name: Dulbecco’s Modified Eagle’s Media Low Glucose |
Ethanol | Merck | 100983 | |
FBS | Gibco | 10270 | Long name: Fetal Bovine Serum |
Formaldehyde solution 37%-41% | Merck | 61780805001730 | |
Indomethacin | Sigma-Aldrich | I7378 | 100 µM |
Insulin | Sigma-Aldrich | I9278 | 10 µg/mL |
Inverted microscope | Nikon Eclipse TS 100 | ||
ITS + 1 | Sigma-Aldrich | I2521-5mL | Long name: insulin, transferrin, sodium selenite + linoleic-BSA |
L-Proline | HiMedia | TO-109-25G | 1 mM |
Magnesium chloride | Merck | 61751605001730 | For lysis buffer |
Methanol | Meck | 1.07018.2521 | |
Micropipettes and sterile tips (20 µL, 200 µL, 1000 µL) | Thermoscientific | ||
MUSE Cell analyser | Merck Millipore | For cell counting | |
OCT compound | Tissue-Tek | 4583 | Long name: Optimal Cutting Temperature |
Oil Red O dye | S D Fine-Chem Limited | 54304 | For lipid vacuole staining |
Penicillin-Streptomycin | HiMedia | A007 | 100 U/mL |
Petri dishes (150 mm and 90 mm) | NEST | ||
Safranin O | S D Fine-Chem Limited | 50240 | For sufated gycosaminoglycans staining |
Sodium citrate | Sigma-Aldrich | C3434 | 3.4 % (w/v) |
Sterile scissors, forceps and scalpels | For isolation of IFP-MSC | ||
Sucrose | Merck | 1.94953.0521 | 35 % (w/v) |
TGF-β1 | Sino Biologicals | Long name: Transforming growth factor- β1 (10 ng/mL) | |
Tissue culture incubator 37 °C, 5% CO2 | Thermoscientific | ||
Tris buffer | Merck | 61771405001730 | For lysis buffer |
Triton X100 | S D Fine-Chem Limited | 40632 | For lysis buffer |
Type II collagenase | Gibco | 17101015 | 1.5 mg/mL |
Vitamin D3 | Sigma | C9756-1G | 10 nM |
Well plates (6 -WP and 24-WP) | NEST |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved