İzolasyon ve İnsan zenginleştirilmesi Gelişmiş Osteogenezi için Stromal Hücreleri adipoz-türevi

Özet

The transcriptional heterogeneity within human adipose-derived stromal cells can be defined on the single cell level using cell surface markers and osteogenic genes. We describe a protocol utilizing flow cytometry for the isolation of cell subpopulations with increased osteogenic potential, which may be used to enhance craniofacial skeletal reconstruction.

Özet

Bone marrow-derived mesenchymal stromal cells (BM-MSCs) are considered the gold standard for stem cell-based tissue engineering applications. However, the process by which they must be harvested can be associated with significant donor site morbidity. In contrast, adipose-derived stromal cells (ASCs) are more readily abundant and more easily harvested, making them an appealing alternative to BM-MSCs. Like BM-MSCs, ASCs can differentiate into osteogenic lineage cells and can be used in tissue engineering applications, such as seeding onto scaffolds for use in craniofacial skeletal defects. ASCs are obtained from the stromal vascular fraction (SVF) of digested adipose tissue, which is a heterogeneous mixture of ASCs, vascular endothelial and mural cells, smooth muscle cells, pericytes, fibroblasts, and circulating cells. Flow cytometric analysis has shown that the surface marker profile for ASCs is similar to that for BM-MSCs. Despite several published reports establishing markers for the ASC phenotype, there is still a lack of consensus over profiles identifying osteoprogenitor cells in this heterogeneous population. This protocol describes how to isolate and use a subpopulation of ASCs with enhanced osteogenic capacity to repair critical-sized calvarial defects.

Giriş

The heterogeneous nature of stem cell populations is not yet fully understood and remains a major impediment to the development of clinically effective stem cell-based therapeutic applications. One of the most common ways to characterize a heterogeneous population of stem cells is to employ a cell sorting method, such as fluorescence-activated cell sorting (FACS), to separate cells based on their surface marker expression profiles. As sorting methods become more complex, it becomes possible to identify more distinct functional subpopulations of cells. Microfluidic-based technologies are becoming more and more frequently utilized in analysis of gene expression at the single cell level. Multiplexed quantitative polymerase chain reaction (qPCR) within a microfluidic chip allows for effective and reliable high-resolution, single cell transcriptional analysis.^1-5

In a previous study using single cell transcriptional profiling of 48 genes, considerable transcriptional heterogeneity was observed among ASCs.⁶ However, the distribution of genes MSX2, BMP-5, BMP-7, ALP, OCN, RUNX2 exhibited a strong association with a cluster of cells possessing highly osteogenic transcriptional profiles. To isolate cells according to this osteogenic gene expression profile, surface antigen expression patterns were correlated with transcription patterns and surface marker expression of endoglin (CD105) was subsequently discovered to closely correlate with enhanced osteogenic differentiation potential of ASCs. Independent of CD105 expression, expression of surface receptor Thy-1 (CD90), a glycosyl-phosphatidylinositol-linked membrane protein previously shown by Chen et al. to be associated with osteoprogenitor cells, was also correlated with osteogenic gene expression.^6,7 These findings provide the opportunity to prospectively isolate subpopulations within the larger heterogeneous pool of ASCs with increased osteogenic capacity for cell-based bone tissue engineering applications.

Protokol

NOT: Tüm hasta numuneleri bilgilendirilmiş rıza ile elde edilmiştir ve deneysel protokolleri gözden ve Stanford Üniversitesi Kurumsal Değerlendirme Kurulu (Protokol # 2188 # 9999 ve) tarafından onaylanmıştır.

1. Hücre İzolasyonu ve Kültür:

1. Genel / lokal anestezi altında karın, kanadını, ve / veya uyluk bölgesi seçmeli lipoaspiration geçiren sağlıklı kadın hastalarda insan deri altı yağ dokusu edinin. Kurumsal Değerlendirme Kurulu (KİK) onayı insan dokularından TSK izole protokolü elde edilmiş olduğundan emin olun ve bu tür malzemeler ile çalışırken kurumsal güvenlik önlemlerine uyun.
2. Lipoaspirated adipoz dokudan SVF elde edilmesi için, ilk olarak 1 x steril fosfat-tamponlu tuzlu su, eşit hacimlerde (PBS) lipoaspirate üç kez yıkayın. Dikkatle aspire ve alt sulu tabaka atın.
3. Ben Hank de Kolajenaz 0.075% Tip: kollajenaz sindirim tampon hazırlayınDengeli Tuz Çözeltisi (HBSS). FACS tamponu hazırlayın: 2% FBS, 1% P188 ve PBS içinde% 1 Pen-Strep. Bir piyasada mevcut 0.22 mikron gözenek boyutu hızlı akış polietersülfon filtre kullanarak her iki çözümleri Filtre.
4. Yıkandı, yağ dokusu sindirimi için, 37 ° C (yaklaşık 180 sallar / dk) 60 dakika boyunca çalkalanan bir su banyosu içinde güvenli bir şekilde sindirim gemi kolajenaz sindirimi tampon maddesinin eşit hacmi ekleyin ve koyun.
   Not: Bu sallama esnasında maksimum sindirim için izin vermesi, gerekli olandan daha büyük bir hacim sindirim kap kullanmak için en iyi (yani, kolajenaz sindirim tamponu 250 mi, 1 litrelik bir steril şişe içine yıkanmış adipoz dokusu 250 ml) eklenmiştir.
5. FACS tampon maddesinin eşit hacmi ilave edildikten ve 5 dakika boyunca oda sıcaklığında oturmak için izin enzimatik aktivitesini nötralize. Daha sonra, 4 ° C'de 20 dakika boyunca 233 x g'de santrifüje tabi tutun.
6. Dikkatle aspire ve yüksek yoğunluklu SVF pelet rahatsız etmemek için özen, süpernatant atın.
7. RT kırmızı 5-10 ml pelletiniHücre topağı boyutuna göre, liziz tamponunda. Oda sıcaklığında 5 dakika boyunca 233 x g'de 5 dakika santrifüj oda sıcaklığında oturup çözeltisi bırakın.
8. Aspire yüzer madde ve topak boyutuna göre geleneksel büyüme ortamı 5-10 ml ekleyerek pelletini (Dulbecco Modifiye Eagle Ortamı [DMEM] /% 10 FBS /% 1 penisilin-streptomisin solüsyonu [Pen-strep]).
9. Selüler artığın ayrılması için bir 100 um naylon hücre süzgecinden Süspansiyon filtre edilir.
10. 4 ° C'de 5 dakika boyunca 233 x g'de santrifüj ve pelet bozmadan süpernatant atılır.
11. Topak boyutuna dayalı geleneksel büyüme ortamı 5-10 ml olacak şekilde pelletini.
12. 15 cm'lik standart kültür çanak 2 x 10 ⁶ hücre yerleştirin ve 37 ° C /% 21 O _2,% 5 CO ₂ birincil kültürleri O / N kurmak. 37 ° C /% 21 _O2, büyüme ortamı içinde,% 5 _CO2 seviyesinde kendiliğinden farklılaşmasını önlemek için alt konfluent seviyelerde muhafaza edin.
    NOT: Tam Hücre yoğunluğuKonfluent 15 cm plaka yaklaşık 4-6 x 10 ⁶ hücre olduğunu.

2. Boyama

1. Boyama öncesi 36 saat için 37 ° C /% 21 _O2,% 5 _CO2, geleneksel bir büyüme ortamı içinde kültür TSK / ayırma.
2. (Imalatçının protokolüne göre) Accutase kullanılarak kültür plakalarından Asansör TSK.
3. Bir kez (% 2 FBS ve% 1 Pen-strep ile PBS) FACS tamponu ile hücreleri yıkayın.
4. 4 ° C'de 5 dakika boyunca 233 x g'de santrifüjleyin.
5. Pelet bozmadan süpernatant atın. FACS tampon 0.5-1 ml hücrelerin tekrar (hücre sayısı ve arzu edilen antikor miktarı ile ilgili olarak).
   NOT: hücre süspansiyonu hacmi, FACS antikor üreticinin tavsiyeleri doğrultusunda, antikor konsantrasyonunu belirler. Bununla birlikte, antikor konsantrasyonu titrasyon, 1 için bir başlangıç ​​konsantrasyonu kullanılarak: bir antikor kullanan ilk defa ise, 100, genellikle tavsiye edilir.
6. Toplam sayısınıBir hemasitometre kullanarak hücreleri.
7. 1,5 ml santrifüj tüplerine rezervasyon 100 ul'lik bir boyanmamış örnek ve (kullanılan floresan antikor sayısına göre) tek renkli kontrol için kullanılır.
8. (Üreticinin talimatlarına göre, önceden belirlenmiş konsantrasyonlarda) uygun şekilde floresan ile etiketlenmiş monoklonal antikor ekleyin ve ışıktan korunan, buz üzerinde 20-30 dakika boyunca inkübe edin.
   1. Osteojenik alt popülasyonunu etiketlemek için: 01:50 konsantrasyonunda FACS tamponu içerisinde, anti-CD90 (APC, anti-insan CD90 (Thy1)) ya da anti-CD105 (FITC anti-insan CD105 (endoglin)) seyreltin.
   2. Diğer hücre popülasyonları (örneğin, hematopoietik ve endotelial hücreler), etiketlemek için: Anti-CD45 (anti-insan CD45 Pasifik mavi), anti-CD34 (anti-insan CD34 APC) ve / veya anti-CD31 (anti-insan CD31 PE seyreltin ) FACS 1:50 arasında bir konsantrasyona kadar tampon.
   3. Doğrudan konjüge edilmiş antikorlar kullanılarak değil, uygun bir streptavidin-konjuge ikinci bir biyotinlenmiş primer antikor kullanımı1 bir seyreltme örneğin streptavidin PE-Cy7 olarak li antikor: 100.
9. Süpernatan aspire, 4 ° C'de 5 dakika boyunca 233 x g'de FACS tamponu ve santrifüj tüpleri doldurun: inkübasyondan sonra, hücreler iki kez yıkayın.
10. Hücre kümeleri kaldırmak için bir 70 mikron naylon hücre süzgecinden 400-500 ul FACS tampon ve filtre örneklerinde hücrelerin tekrar.
11. Filtre en FACS tüplerine etiketli hücreler aktarın ve analiz süresince buz üzerinde örnekleri tutmak.

3. floresan aktive edilen hücre sınıflandırma

NOT: Aşağıdaki adımlar önceki floresan-aktive hücrede bilgi sıralama (FACS) veya yetenekli bir teknisyen yardımı zorunlu.

1. Ileri dağılım (FSC), yan dağılım (SSC) incelemek için, tasarım analizi araziler uygun FACS yazılımını kullanarak, Fikoeritrin (PE) -Texas Kırmızı, Pasifik Mavi, Fluoresein İzotiosiyanat (FITC), alofikosiyanin (APC) ve diğer fluorofor kullanımıd hücreleri etiketlemek için.
2. Hücre sıralayıcı, kısaca girdap hücreleri tekrar süspansiyon her numune içine yerleştirmeden önce.
3. Hücre kalıntıları hariç tutmak için ve taban çizgisi otoflüoresan belirlemek için, toplam hücre popülasyonunun kapılarını ayarlamak için lekelenmemiş numune analizi ile başlar.
4. Lekesiz numune propidiyum iyodür (PI) ekleyin ve toplam hücre nüfus içindeki canlı hücrelerin nüfusu görselleştirmek için analiz. Bu nüfusun etrafında bir kapı oluşturun.
5. Floresan tazminat ayarlamak için her florokrom için tek renkli kontrol örneği analiz.
6. Sıralama için kapıları konumunu ayarlamak için lekeli örnek analiz.
7. Hücreler ölü hücreleri boyamak için lekeli örnek PI ekleyin.
8. Etiketli hücre popülasyonlarının sıralayın. Sıralama 1,5 ml santrifüj tüplerine ya da kültür ortamı içeren konik tüp (15 mi) içine ya.
9. El hücre gereken miktarı, elde edildikten sonra sıralama bırakın.
10. BizeFACS ing, küçük bir kısmını analiz (örn., 500 hücreler) edinilen hücre popülasyonunun bir saflık kontrolü gerçekleştirecek.
    NOT: Bu adım sıralanmış hücre popülasyonlarının saflığını onaylar. İdeal olarak, saflık% 90-95 daha büyük olmalıdır.
11. 4 ° C'de 5 dakika boyunca 233 x g'de santrifüje hücreler hemen% 10 FBS içeren taze ortam 1 ml sıralama tamamlanmasını ve tekrar süspansiyon, aşağıdaki C.
    Not: kullanılan ortamın miktarı, hücre peleti büyüklüğüne göre arttırılabilir.
12. Jelatin kaplı plakalar üzerinde plaka hücre canlılığını geliştirmek. Nihai hücre verimi, plaka 6-çukurlu plaka içindeki oyuk başına 300,000 hücre, 12 oyuklu bir plaka içerisinde oyuk başına 100,000 hücre bağlı olarak değişir.

Sonuçlar

İnsan TSK (Şekil 1A, 1B) bir yüksek oranda zenginleştirilmiş popülasyonlarının izole edilmesi geliştirilmiş osteogenez sonuçlar hücreleri için bir marker olarak CD90 kullanılması. TSK Pasifik Mavi-konjüge anti-insan CD45 FITC-konjüge anti-insan CD105 ve APC-konjuge edilmiş anti-insan CD90 ile lekelenmiştir. Sonrası sıralama analizi ile nicelleştirilmiştir olarak sıralama sonra, saflık derecesi, daha büyük% 98 idi.

İki yeni alt popülasyonlar muhte...

Tartışmalar

Şu anda, insan adipoz dokusu SVF TSK homojen alt popülasyonlarının izolasyonu arzu hedefi olsa zorlu kalır. Bu tür hücreler, kemik doku oluşumu ve homeostazı incelemek için kullanılabilir gibi pro-osteojenik ASC alt popülasyonlarının izole edilmesi özellikle tercih edilir. Ancak, adipoz doku SVF. Hücre kapasitesi ve farklılaşma potansiyelinin kök açısından bu heterojenite için moleküler temeli hücrelerinin toplanmış nüfus anlaşılmaktadır olamaz ¹¹ önemli heterojenitesini barın...

Malzemeler

Name	Company	Catalog Number	Comments
Disposable 250 ml Conical Tubes	Corning (Thomas Scientific)	2602A43
Penicillin-Streptomycin (10,000 U/ml)	Gibco	15140-122
DMEM, high glucose, GlutaMAX Supplement	Gibco	10566-016
PBS, pH 7.4	Gibco	10010-023
Betadine - Antiseptic Povidone/Iodine Solution	Purdue	PFC-67618015017
Hank's Balanced Salt Solution, 1X	Cellgro	21-023-CV
Fetal Bovine Serum, Certified, US Origin	Gibco	16000-044
Collagenase from Clostridium histolyticum	Sigma-Aldrich	C0130-5G
ACCUTASE Cell Detachment Solution	Stem Cell Technologies	7920
APC Mouse Anti-Human CD90	BD Pharmingen	559869
FITC Mouse anti-Human CD105 (Endoglin)	BD Pharmingen	561443
Anti-Human CD45 eFluor 450 (Pacific Blue replacement)	eBioscience	48-9459-41
Anti-Human CD34 APC	eBioscience	17-0349-41
Anti-Human CD31 (PECAM-1) PE	eBioscience	12-0319-41
Streptavidin PE-Cy7	eBioscience	25-4317-82
BD FACS Aria II instrument	BD Biosciences
BD FACSDiva Software	BD Biosciences