Generazione di itenociti derivati da cellule staminali pluripotenti indotte tramite sovraespressione combinata della sclerassi e tensione uniassiale 2D

Summary

Questo articolo descrive una procedura per produrre iTenociti generando cellule stromali mesenchimali derivate da iPSC con sovraespressione combinata di Scleraxis utilizzando un vettore lentivirale e stretching uniassiale tramite un bioreattore 2D.

Abstract

Le sfide odierne nella riparazione dei tendini e dei legamenti richiedono l'identificazione di un candidato adatto ed efficace per la terapia cellulare per promuovere la rigenerazione del tendine. Le cellule stromali mesenchimali (MSC) sono state esplorate come potenziale strategia di ingegneria tissutale per la riparazione dei tendini. Sebbene siano multipotenti e abbiano un potenziale rigenerativo in vivo, sono limitati nella loro capacità di auto-rinnovamento e mostrano eterogeneità fenotipica. Le cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC) possono aggirare queste limitazioni grazie alla loro elevata capacità di auto-rinnovamento e alla plasticità di sviluppo senza pari. Nello sviluppo dei tenociti, la sclerassi (Scx) è un regolatore molecolare diretto cruciale della differenziazione tendinea. Inoltre, è stato dimostrato che la meccanoregolazione è un elemento centrale che guida lo sviluppo e la guarigione del tendine embrionale. Per questo motivo, abbiamo sviluppato un protocollo per incapsulare l'effetto sinergico della stimolazione biologica e meccanica che può essere essenziale per la generazione di tenociti. Le iPSC sono state indotte a diventare cellule stromali mesenchimali (iMSC) e sono state caratterizzate con i classici marcatori delle cellule stromali mesenchimali tramite citometria a flusso. Successivamente, utilizzando un vettore lentivirale, le iMSC sono state trasdotte per sovraesprimere stabilmente SCX (iMSC^SCX+). Queste cellule iMSC^SCX+ possono essere ulteriormente maturate in iTenociti tramite carico di trazione uniassiale utilizzando un bioreattore 2D. Le cellule risultanti sono state caratterizzate dall'osservazione della sovraregolazione dei marcatori tendinei precoci e tardivi, nonché della deposizione di collagene. Questo metodo di generazione di iTenociti può essere utilizzato per aiutare i ricercatori a sviluppare una fonte di cellule allogeniche potenzialmente illimitata per applicazioni di terapia cellulare tendinea.

Introduction

Per affrontare i problemi contemporanei nella riparazione di tendini e legamenti, è necessario disporre di una cellula candidata pertinente adatta alle terapie cellulari. Una via di indagine nell'ingegneria tissutale per la riparazione dei tendini coinvolge l'esplorazione delle cellule stromali mesenchimali derivate dal midollo osseo (BM-MSC) e delle cellule stromali derivate dal tessuto adiposo (ASC) come potenziali strategie. Queste cellule hanno capacità multipotenti, grande abbondanza e potenziale rigenerativo in vivo. Inoltre, hanno mostrato una maggiore capacità di guarigione e migliori risultati funzionali nei modelli animali¹. ....

Protocol

Questo protocollo per la produzione di iTenociti può essere condotto in tre fasi principali: da iPSC a iMSC (10 giorni), da iMSC a iMSC^SCX+ (2 settimane), da iMSC^SCX+ a iTenociti (minimo 4 giorni). Ogni fase principale del protocollo può essere messa in pausa e riavviata in un secondo momento, a seconda della tempistica sperimentale. Per i metodi coinvolti nella coltura delle cellule, devono essere impiegate tecniche sterili. Tutte le cellule di questo protocollo devono essere coltivate a 37 °C, .......

Discussion

In questo protocollo, gli itenociti sono generati attraverso tre fasi principali: (1) induzione di iPSC a iMSC, (2) sovraespressione di SCX utilizzando un vettore lentivirale e (3) maturazione delle cellule attraverso la tensione uniassiale 2D.

Il protocollo presentato per differenziare le iPSC in iMSC è stato precedentemente descritto dal nostro gruppo². Da quella pubblicazione, sono stati sviluppati numerosi protocolli, tra cui un protocollo consolidato per l'utilizz.......

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
2-mercaptoethanol	Sigma Aldrich	M3148
Accutase	StemCell Technologies	7920	cell dissociation reagent
Antibiotic-antimycotic solution	Thermofisher	15240096
Anti-CD105	Ancell	326-050
APC mouse anti-human CD44	BD Biosciences	559942
APC mouse IgG2 K isotype control	BD Biosciences	555745
BenchMark fetal bovine serum	GeminiBio	100-106
Biglycan	Thermofisher	Hs00959143_m1
Bovine serum albumin	Millipore Sigma	A3733
Collagen type I alpha 1 chain human Taqman primer	Thermofisher	Hs00164004_m1
Collagen type III alpha 1 chain human Taqman primer	Thermofisher	Hs00943809_m1
Dimethyl sulfoxide	Millipore Sigma	D8418
DMEM, low glucose, pyruvate, no glutamine, no phenol red	Thermofisher	11054020
Eagle's minimum essential medium (EMEM)	ATCC	30-2003
Fibronectin bovine plasma	Sigma Aldrich	F1141
FITC mouse anti-human CD90	BD Biosciences	555595
Gelatin from porcine skin	Sigma Aldrich	G1890
Goat anti Mouse IgG1-PE	Bio-Rad	STAR117
HEK 293T/17	ATCC	CRL-11268
IMDM, no phenol red	Thermofisher	21056023
iPSCs: 83i-cntr-33n1	Cedars-Sinai iPSC Core Facility	N/A	https://biomanufacturing.cedars-sinai.org/product/cs83ictr-33nxx/
Isotype Control Antibody, mouse IgG2a-FITC	Miltenyi Biotec	130-113-271
KnockOut serum replacement	Thermofisher	10828010
L-ascorbic acid	Sigma Aldrich	A4544
L-Glutamine	Thermofisher	2503081
Matrigel	Corning	354230	basement membrane matrix
MechanoCulture FX	CellScale	N/A	stretching apparatus
MEM non-essential amino acids solution	Thermofisher	11140050
Mohawk human Taqman primer	Thermofisher	Hs00543190_m1
mTeSR Plus	StemCell Technologies	100-0276
PBS	Thermofisher	10010023
Platelet-derived growth factor receptor A human Taqman primer	Thermofisher	Hs00998018_m1
Poly(2-hydroxyethyl methacrylate)	Sigma Aldrich	192066
Polybrene infection/transfection reagents	Millipore Sigma	TR-1003
Recombinant human  TGF-beta 1 protein human Taqman primer	RnD Systems	240-B
Scleraxis human Taqman primer	Thermofisher	Hs03054634_g1
SCXA (SCX) (NM_00108050514) human tagged ORF clone	OriGene	RC224305L4
Silicone plates	CellScale	N/A
Sodium azide	Millipore Sigma	S2002
Tenascin C human Taqman primer	Thermofisher	Hs00370384_m1
Tenomodulin human Taqman primer	Thermofisher	Hs00223332_m1
Thrombospondin 4 human Taqman primer	Thermofisher	Hs00170261_m1
Transfection reagent, BioT	Bioland Scientific LLC	B01-01
Trypsin-EDTA (0.25%)	Thermofisher	25200072
Tubulin polymerization promoting protein family member 3	Thermofisher	Hs03043892_m1
Y-27632 dihydrochloride	Biogems	1293823