Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
İnfrapatellar yağ yastığı mezenkimal kök hücreleri (IFP-MSC'ler) diz ekleminin infrapatellar yağ pedinden kolayca izole edilebilir. İn vitro olarak iyi çoğalırlar, CFU-F kolonileri oluştururlar ve adipojenik, kondrojenik ve osteojenik soylara farklılaşırlar. Burada, IFP-MSC'lerin keçi boğucu ekleminden izolasyonu, genişlemesi ve farklılaşması için metodoloji sağlanmaktadır.
Diz ekleminde bulunan IFP, umut verici bir MSC kaynağı olarak hizmet eder. IFP, artroskopik prosedürler ve diz protezi ameliyatları sırasında rutin olarak rezeke edildiği ve atıldığı için kolay erişilebilir bir dokudur. Ek olarak, çıkarılması minimal donör bölge morbiditesi ile ilişkilidir. Son zamanlarda yapılan çalışmalar, IFP-MSC'lerin in vitro genişleme sırasında proliferasyon kapasitelerini kaybetmediklerini ve yaştan bağımsız osteojenik farklılaşma potansiyeline sahip olduklarını göstermiştir. IFP-MSC'ler, kemik iliği kaynaklı MSC'lere (BMSC'ler) ve adipoz kaynaklı kök hücrelere (ADSC'ler) kıyasla üstün kondrojenik farklılaşma potansiyeline sahiptir. Bu hücreler yaşlı ve hastalıklı hastalardan kolayca elde edilebilse de, etkinlikleri sınırlıdır. Bu nedenle, sağlıklı donörlerden IFP-MSC'lerin kullanılması, biyomedikal uygulamalardaki etkinliklerini belirlemek için önemlidir. Sağlıklı bir insan donörüne erişim zor olduğundan, hayvan modelleri temel anlayışı sağlamak için daha iyi bir alternatif olabilir. Köpekler, atlar, koyunlar ve keçiler gibi büyük hayvanlar çeviri araştırmalarında çok önemli bir rol oynamaktadır. Bunlar arasında, keçinin boğucu eklemi insan diz eklemine en yakın anatomiye sahip olduğu için keçi tercih edilen bir model olabilir. Dahası, keçi-IFP, doku rejenerasyon uygulamaları için gereken daha yüksek MSC sayılarını karşılayabilir. Ayrıca, düşük maliyet, kullanılabilirlik ve hayvan araştırmaları için 3R ilkelerine uygunluk, onları çekici bir model haline getirmektedir. Bu çalışma, IFP-MSC'leri keçilerin boğucu ekleminden ve in vitro kültür koşullarından genişlemeleri ve farklılaşmaları için izole etmek için basit bir protokol göstermektedir. Keçiden aseptik olarak izole edilmiş IFP yıkandı, kıyıldı ve enzimatik olarak sindirildi. Filtrasyon ve santrifüjlemeden sonra, toplanan hücreler kültürlendi. Bu hücreler yapışıktı, MSC benzeri morfolojiye sahipti ve olağanüstü klonojenik yetenek gösterdi. Ayrıca, adipojenik, kondrojenik ve osteojenik soylara farklılaştılar ve çok etkili olduklarını gösterdiler. Sonuç olarak, çalışma, doku mühendisliği ve rejeneratif tıp uygulamalarında potansiyel gösteren MSC'lerin izolasyonunu ve genişlemesini göstermektedir.
Mezenkimal kök hücreler (MSC'ler) rejeneratif tıpta hücre bazlı tedaviler için cazip bir adaydır 1,2. Kemik iliği, göbek kordonu, plasenta, diş pulpası ve deri altı yağ dokusu gibi çeşitli doku kaynaklarından toplanabilirler3. Bununla birlikte, yetişkinlerde kök hücrelerin mevcudiyeti sınırlı olduğundan ve izolasyon prosedürleri genellikle invaziv olduğundan (donör bölge morbiditesine neden olduğundan), bu zorlukları aşabilecek alternatif bir kök hücre kaynağına sahip olmak arzu edilir.
Diz eklemi, infrapatellar yağ yastığı kaynaklı MSC'ler, sinovyal membran kaynaklı MSC'ler, sinovyal sıvı kaynaklı MSC'ler, ligament fibroblastları, eklem kondrositleri vb. 4,5,6 gibi çeşitli hücre tiplerinin bir deposudur. Bu hücreler, kas-iskelet sistemi doku mühendisliğine dayalı araştırmalarda yaygın olarak araştırılma potansiyeline sahiptir. Bu nedenle, diz eklemi birden fazla MSC tipinin olası ve güvenilir bir kaynağı olabilir. İnfrapatellar yağ yastığı (IFP) veya Hoffa'nın yağ yastığı olarak bilinen diz ekleminde bulunan yağ deposu, MSC deposunun umut verici ve alternatif bir seçimidir. IFP, diz artroskopisi veya açık diz cerrahisi sırasında rutin olarak rezeke edildiği ve cerrahi atık olarak atıldığı için nispeten kolay erişilebilir ve klinik olarak elde edilebilir bir MSC kaynağıdır. IFP'nin çıkarılması minimal donör bölgesi morbiditesi ile ilişkilidir ve bu da onu çekici bir doku kaynağı haline getirir. Benzer bir fenotipik profile sahip olmakla birlikte, IFP'den (IFP-MSC'ler) MSC'ler, kemik iliği kaynaklı mezenkimal kök hücrelerle (BM-MSC'ler)6 karşılaştırıldığında klonojenik potansiyeli arttırmış ve deri altı adipoz türevi kök hücrelere (ADSC'ler)7 kıyasla daha iyi proliferatif kapasiteye sahiptir. İlginç bir şekilde, sinovyal sıvı kaynaklı MSC'lerle (SF-MSC'ler) karşılaştırıldığında, IFP-MSC'ler geç pasajlarda proliferatif kapasitelerini kaybetmez ve geç pasajlarda iki katına çıkma süresi artmaz. Bu, hücre genişlemesi sırasında, IFP-MSC'lerin proliferasyon hızlarından ödün vermeden in vitro doku mühendisliği uygulamaları için yeterince fazla sayıda hücre elde edebileceğini düşündürmektedir8. Son zamanlarda yapılan çalışmalar, IFP-MSC'lerin, kemik iliği kaynaklı MSC'lere (BMSC'ler) ve adipoz kaynaklı MSC'lere (ADSC'ler) kıyasla, muhtemelen eklem kıkırdağına anatomik yakınlıklarından dolayı, kıkırdak doku mühendisliği için uygunluklarını gösteren 6,7,9,10 ile karşılaştırıldığında üstün kondrojenik farklılaşma potansiyeline sahip olduklarını ileri sürmüştür. Ayrıca, yaştan bağımsız osteojenik farklılaşma potansiyeline de sahiptirler11. IFP-MSC'lerin eklem içi enjeksiyonunun osteoartritli (OA) hastalarda ağrıyı azalttığı ve diz eklemi fonksiyonlarını iyileştirdiği gösterilmiştir 12,13. Ayrıca, patolojik durumlar sırasında inflamatuar sitokinlerin varlığında IFP-MSC'lerin güçlü immünosupresif yanıtları ve gelişmiş immünomodülatör özellikleri de bildirilmiştir6.
IFP-MSC'ler, MSC'lerin umut verici ve alternatif bir kaynağıdır; Bununla birlikte, doku mühendisliği ve rejeneratif tıptaki terapötik yararları nispeten daha az araştırılmıştır. IFP-MSC'ler üzerine yapılan mevcut çalışmalar, insan donörlerinden gelen hücreleri büyük ölçüde kullanmıştır. Bunlar arasında, yakın zamanda yapılan birkaç çalışma, IFP-MSC'leri sağlıklı insan donörlerinden (artritik olmayan hastalar, 17-60 yaş arası)6,14 araştırırken, çalışmaların çoğunda IFP-MSC'ler total diz protezi ameliyatı geçiren yaşlı hastalardan (hastalıklı hastalar, 70-80 yaş) kullanılmıştır. Hem yaşın hem de hastalığın kök hücrelerin normal işleyişini değiştirdiği bilindiğinden (azalmış sayı ve fonksiyonel potansiyel kaybı), bu potansiyel olarak MSC tabanlı çalışmaların sonucunda tutarsızlıklara yol açabilir 7,15,16,17. Buna ek olarak, patofizyolojik koşulları olan hastalardan (örneğin, artrit ve obezite) IFP-MSC'lerin kullanımı da in vitro sağlıklı hücrelerin temel özelliklerini anlamada zorluk çekmekte ve böylece MSC'lere dayalı tedavilerin geliştirilmesinde sınırlayıcı bir faktör olarak işlev görmektedir. Bu sorunların üstesinden gelmek için, IFP-MSC'lerin sağlıklı donörlerden kullanılması hayati önem taşımaktadır. Sağlıklı bir insan donörüne erişim zor olduğundan, hayvan modelleri daha iyi bir alternatif olabilir. Bu bağlamda, IFP'nin farelerden izole edildiği birkaç çalışma vardır18. Bununla birlikte, normal farelerde yağ yastığının küçük boyutu nedeniyle, ayrıntılı deneysel prosedürleri uygulamak için yeterli doku elde etmek için birden fazla hayvandan elde edilen yağ dokuları birleştirilmiştir19. Bu nedenle, daha fazla sayıda hücre gereksinimini karşılayabilecek ve aynı zamanda hayvan araştırmalarında 3R ilkelerine (rafine etme, değiştirme ve azaltma) uyabilecek büyük bir hayvan modeline ihtiyaç vardır20. Büyük hayvanların kullanımı, translasyonel araştırmalarda önemli etkilere sahiptir. Spesifik olarak, kas-iskelet sistemi doku mühendisliğinde, köpekler, domuzlar, koyunlar, keçiler ve atlar gibi bir dizi büyük hayvan araştırılmıştır21. Keçi (Capra aegagrus hircus), boğucu eklemi insan diz eklemine en yakın anatomiye sahip olduğundan büyük hayvanların mükemmel bir seçimidir22,23,24. Keçilerin subkondral kemik trabeküler yapısı ve subkondral kemik kalınlığı insanlara benzer, kıkırdağın kemiğe oranının da insanlara yakın olduğu bildirilmektedir21. Ek olarak, keçiler dünya çapında yaygın olarak evcilleştirilmiştir, bu da iskeletsel olarak olgunlaştıklarında kolayca kullanılabilir hale getirilmiştir. Ayrıca, düşük bakım maliyetleri ve kolay kullanım, onları araştırma için çekici bir hayvan modeli haline getirmiştir22.
Bu çalışmada, IFP-MSC'lerin Capra aegagrus hircus'un (keçi) boğucu ekleminden izolasyonu ve in vitro kültür koşullarının genişlemesi ve farklılaşması için basit bir protokol gösterilmiştir. İzole hücreler yapışıktır, MSC benzeri morfolojiye sahiptir, CFU-F (koloni oluşturan birim-fibroblast) kolonileri oluşturur ve adipojenik, kondrojenik ve osteojenik farklılaşma potansiyeline sahiptir. Bu nedenle, IFP-MSC'ler biyomedikal uygulamalar için alternatif bir MSC kaynağı olarak potansiyel göstermektedir.
Protokol, IFP-MSC'lerin keçilerden izole edilmesine dayanmaktadır. Keçi IFP ve kanı yerel bir mezbahadan toplandı. Bu tür doku koleksiyonları Kurumsal Hayvan Etiği Kurulu'nun görev alanı dışında olduğundan, etik onay gerekmemiştir.
1. IFP-MSC'lerin keçi dizinin femorotibial ekleminden izolasyonu
2. İzole hücrelerin bakımı ve genişletilmesi
3. IFP-MSC'lerin klonojenik yeteneğinin koloni oluşturma testi (CFU-F) kullanılarak değerlendirilmesi
4. IFP-MSC'lerin farklılaşma potansiyeli
IFP-MSC'lerin keçinin femorotibial ekleminden izolasyonu
IFP-MSC'lerin bir keçinin boğucu ekleminden izole edilmesinde yer alan adımlar Şekil 1'de gösterilmiştir. Patellanın iç eklemlenmeyen yüzeyinde bulunan yağ yastığı çıkarıldı, kıyıldı ve enzimatik olarak sindirildi. IFP-MSC'ler in vitro olarak başarılı bir şekilde izole edildi ve kültürlendi (Şekil 2A).
IFP-MSC'leri...
Mevcut protokolde, MSC'lerin keçi IFP'den izolasyonu için basit, güvenilir ve tekrarlanabilir bir yöntem sağlanmıştır. Bu yöntemle izole edilen hücreler, in vitro doku rejenerasyonu için önceki çalışmalarımızda başarıyla kullanılmıştır. İzole edilen hücrelerin proliferatif oldukları, çeşitli büyüme faktörlerine yanıt verdikleri ve elektrospun lifleri ve iskeleler üzerine tohumlandıklarında biyolojik aktivitelerini korudukları gözlenmiştir25,26
Yazarlar çıkar çatışması olmadığını beyan ederler.
SH, IIT Kanpur Enstitüsü Doktora Sonrası Bursu ve DST'den (SEED Bölümü) SYST hibesinin desteğini kabul etmektedir (SP / YO / 618 / 2018). , Hindistan Teknoloji Enstitüsü-Kanpur'u (IIT-Kanpur) bir Enstitü bursu için kabul eder. DSK, Gireesh Jankinath Başkan Profesörlüğünü ve Hindistan Biyoteknoloji Bölümü'nü finansman için kabul etti (BT/PR22445/MED/32/571/2016). , SH ve DSK, IIT-Kanpur'daki Mehta Tıp Mühendisliği Aile Merkezi'ne cömert destekleri için teşekkür eder.
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 |
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