Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
Üç boyutlu tek boyutlu tek eksenli mekanik stimülasyon biyoreaktör sistemi tendon kaynaklı kök hücrelerin tenojenik spesifik farklılaşması ve neo-tendon oluşumu için ideal bir biyoreaktördür.
Tendinopati bir ortopedik alanda inflamasyon ve dejenerasyon ile ilgili yaygın bir kronik tendon hastalığıdır. Yüksek morbidite, sınırlı kendi kendini onarma kapasitesi ve en önemlisi kesin tedaviler iyatsi olmaması yla, tendinopati hala hastaların yaşam kalitesini olumsuz etkilemez. Tendon kaynaklı kök hücreler (TDSCs), tendon hücrelerinin birincil öncü hücreleri olarak, tendinopati nin gelişiminde ve tendinopati sonrası fonksiyonel ve yapısal restorasyonda önemli bir rol oynamaktadır. Böylece, in vitro tendon hücrelerine TDSCs in vivo farklılaşma taklit edebilirsiniz bir yöntem yararlı olacaktır. Burada, bu protokol tendon benzeri dokulara farklılaşmak için TDSCs uyarmak için üç boyutlu (3D) tek eksenli germe sistemi dayalı bir yöntem açıklar. Bu protokolün yedi aşaması vardır: farelerin TDSC'lerinin izolasyonu, fare TDSC'lerinin kültürü ve genişlemesi, hücre tabakasının oluşumu için stimülasyon kültür ortamının hazırlanması, stimülasyon ortamında kültür oluşturma yoluyla hücre sayfası oluşumu, 3D tendon kök hücre yapısının hazırlanması, tek eksenli germe mekanik stimülasyon kompleksinin montajı ve mekanik uyarılmış in vitro tendon benzeri dokunun değerlendirilmesi. Etkinliğini histoloji ile gösterilmiştir. Tüm işlem 3 haftadan az sürer. Ekstrasellüler matriks birikimini teşvik etmek için stimülasyon kültürü ortamda 4.4 mg/mL askorbik asit kullanıldı. Lineer motorlu ayrılmış bir hazne doğru mekanik yükleme sağlar ve biyoreaktör için uygulanan taşınabilir ve kolayca ayarlanabilir. Mevcut protokoldeki yükleme rejimi %6 gerinim, 0.25 Hz, 8 saat, ardından 6 gün boyunca 16 saat istirahat edildi. Bu protokol tendondaki hücre farklılaşmasını taklit edebilir, bu da tendinopatinin patolojik sürecinin araştırılmasında yararlıdır. Ayrıca, tendon benzeri doku potansiyel olarak tasarlanmış bir otolog greft olarak tendon yaralanması tendon iyileşmesi teşvik etmek için kullanılır. Özetle, mevcut protokol basit, ekonomik, tekrarlanabilir ve geçerlidir.
Tendinopati yaygın spor yaralanmalarından biridir. Esas olarak ağrı ile kendini gösterir, lokal şişlik, etkilenen bölgede azalmış kas gerginliği, ve disfonksiyon. Tendinopati insidansı yüksektir. Aşil tendinopati varlığı orta ve uzun mesafe koşucuları için en sık görülür (kadar 29%), patellar tendinopati varlığı da voleybol sporcular yüksek iken (%45),% 45), basketbol (%32), atletizm (%23), hentbol (%15), ve futbol (%13)1,2,3,4,5. Ancak, tendonun sınırlı kendi kendine iyileşme yeteneği nedeniyle, ve etkili tedavilerin eksikliği, tendinopati hala olumsuz hastaların hayatını etkiler6,7. Ayrıca, tendinopati patogenezi belirsizliğini korumaktadır. "İltihap teorisi", "dejenerasyon teorisi", "aşırı kullanım teorisi" ve benzeri8dahil olmak üzere patogenezi hakkında birçok araştırma yapılmıştır. Şu anda, birçok araştırmacı tendinopati tendon deneyimleri aşırı mekanik yükleme neden mikro yaralanmalar başarısız kendi kendine onarım nedeniyle olduğuna inanıyordu9,10.
Tendon türetilmiş kök hücreler (TDSCs), tendon hücrelerinin birincil öncü hücreleri olarak, tendinopati ve fonksiyonel ve yapısal restorasyon tendinopati11sonra hem gelişiminde önemli bir rol oynamaktadır11 ,12,13. Bu mekanik stres stimülasyonu proliferasyon ve osteositler, osteoblastlar, düz kas hücreleri, fibroblastlar, mezenkimal kök hücreler ve diğer kuvvete duyarlı hücreler14,,15,16,17,18farklılaşmasına neden olabileceği bildirilmiştir . Bu nedenle, TDSCs, mekanosensitive ve multipotent hücrelerden biri olarak, benzer mekanik yükleme19,20ile ayırt etmek için uyarılabilir.
Ancak, farklı mekanik yükleme parametreleri (yükleme mukavemeti, yükleme frekansı, yükleme türü ve yükleme süresi) farklı hücrelere21ayırt etmek için TDSCs neden olabilir. Bu nedenle tenogenez için etkili ve geçerli bir mekanik yükleme rejimi çok önemlidir. Ayrıca, şu anda TDSCs mekanik yükleme sağlamak için kullanılan stimülasyon sistemleri olarak biyoreaktörler farklı türleri vardır. Her tür biyoreaktörün prensipleri farklıdır, bu nedenle farklı biyoreaktörlere karşılık gelen mekanik yükleme parametreleri de farklıdır. Bu nedenle, biyoreaktör türü, ilgili stimülasyon ortamı ve mekanik yükleme rejimi de dahil olmak üzere basit, ekonomik ve tekrarlanabilir stimülasyon protokolü talep görmektedir.
Bu makalede, TDSC'leri tendon benzeri dokuya ayırmak için uyarmak için üç boyutlu (3D) tek eksenli germe sistemine dayalı bir yöntem açıklanmaktadır. Protokolün yedi aşaması vardır: farelerin TDSC'lerinin izolasyonu, fare TDSC'lerinin kültürü ve genişlemesi, hücre tabakasının oluşumu için stimülasyon kültür ortamının hazırlanması, stimülasyon ortamında kültür oluşturma yoluyla hücre sayfası oluşumu, 3D tendon kök hücre yapısının hazırlanması, tek eksenli germe mekanik stimülasyon kompleksinin montajı ve mekanik uyarılmış in vitro tendon benzeri dokunun değerlendirilmesi. Tüm prosedür çok bazı mevcutyöntemler22,23daha az 3D hücre yapısı, elde etmek için 3 haftadan az sürer. Mevcut protokol tendon dokusu na farklılaştırmak için TDSCs ikna edebilmek için kanıtlanmıştır, ve daha mevcut kullanılan iki boyutlu daha güvenilir (2D) germe sistemi21. Etkinliğini histoloji ile gösterilmiştir. Kısacası, mevcut protokol basit, ekonomik, tekrarlanabilir ve geçerlidir.
Açıklanan yöntemler, Batı Avustralya Üniversitesi Hayvan Etik Komitesi'nin yönergeleri ve yönetmeliklerine uygun olarak onaylanmış ve gerçekleştirilmiştir.
1. Fare TDSC'lerinin İzolasyon
2. Kültür ve fareler TDSCs genişlemesi
NOT: Steril bir biyogüvenlik başlığı tüm adımları gerçekleştirin.
3. Hücre sayfası oluşumu için stimülasyon kültür ortamının hazırlanması
NOT: Steril bir biyogüvenlik başlığı tüm adımları gerçekleştirin.
4. Stimülasyon ortasında kültüredilerek hücre levhası oluşumu
NOT: Steril bir biyogüvenlik başlığı tüm adımları gerçekleştirin.
5. 3D tendon kök hücre yapısının hazırlanması
NOT: Steril bir biyogüvenlik başlığı tüm adımları gerçekleştirin.
6. Benzersiz tasarlanmış biyoreaktörde tek yönlü germe mekanik stimülasyon kompleksinin montajı
NOT: Steril bir biyogüvenlik başlığı tüm adımları gerçekleştirin.
7. Mekanik uyarılmış in vitro tendon benzeri dokunun değerlendirilmesi
Mekanik stimülasyondan önce TDSC'ler tam ortamda %100 biraraya gelir ve düzensiz bir ultrayapısal morfoloji gösterilmiştir(Şekil 2A). 6 günlük tek eksenli germe mekanik yüklemeden sonra, hücre dışı matriks (ECM) ve hücre hizalamaları iyi yönlendirilmiştir(Şekil 2B). Hücreler iyi doldurulur ve mekanik yükleme den sonra ECM'de iyi zarflanmış. Hücre morfolojisi uzatılmış olarak sunuldu ve esneme denkemeyen hücreye göre normal tendon hücresine daha çok benziyor...
Tendon mekanosiz fibröz bağ dokusudur. Önceki araştırmalara göre, aşırı mekanik yükleme tendon kök hücrelerinin osteojenik farklılaşmasına yol açabilir, yetersiz yükleme tendon farklılaşması sırasında düzensiz kollajen lif yapısına yol açacak ise21.
Ortak bir görüş, ideal bir biyoreaktör için anahtar in vitro hücresel mikroenvironment hücreler in vivo geçmesi simüle yeteneği olmasıdır. Bu nedenle, in vivo normal stres ortamını in ...
Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.
Araştırma, yazar "Batı Avustralya Üniversitesi Uluslararası Ücret Bursu ve Batı Avustralya Üniversitesi'nde Üniversite Yüksek Lisans Ödülü" alırken gerçekleştirildi. Bu çalışma Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (81802214) tarafından desteklenmiştir.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Ascorbic acid | Sigma-aldrich | PHR1008-2G | |
Fetal bovine serum (FBS) | Gibcoä by Life Technologies | 1908361 | |
Histology processor | Leica | TP 1020 | |
Minimal Essential Medium (Alpha-MEM) | Gibcoä by Life Technologies | 2003802 | |
Mouse Tendon Derived Stem Cell | Isolated from Achilles tendons of 6- to 8-wk-old C57BL/6 mice. Then digested with type I collagenase (3 mg/ml; MilliporeSigma, Burlington, MA, USA) for 3 h and passed through a 70 mmcell strainer to yield single-cell suspensions. | ||
Paraformaldehyde | Sigma-aldrich | 441244 | |
Streptomycin and penicillin mixture | Gibcoä by Life Technologies | 15140122 | |
Three-dimensional Uniaxial Mechanical Stimulation Bioreactor System | Centre of Orthopaedic Translational Research, Medical School, University of Western Australia | Available from the corresponding author upon request. Or make it according to our design* *Wang T, Lin Z, Day RE, et al. Programmable mechanical stimulation influences tendon homeostasis in a bioreactor system. Biotechnol Bioeng. 2013;110(5):1495–1507. doi:10.1002/bit.24809 | |
Trypsin | Gibcoä by Life Technologies | 1858331 |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır