Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
Bu çalışma, hücreleri yerçekimi kullanarak düşük yapışma koşulları altında sferoidler halinde toplayarak ve ardından elde edilen sferoidleri mini biyoreaktörlerde kültürleyerek kondrositik sferoidlerin üretilmesi için bir yöntemi açıklamaktadır.
Kronik eklem hastalıklarında kıkırdak onarımı, hasarlı dokuları etkili bir şekilde yenilemek için gelişmiş hücre bazlı tedaviler gerektirir. Bu protokol, indüklenmiş pluripotent kök hücreleri (iPSC'ler) kondrosit bazlı sferoidlere ayırmak için adım adım bir yöntem sağlayarak doku mühendisliği ve hücre tedavisi uygulamalarını destekler. Farklılaşma süreci, hücreleri farklılaşmanın kritik aşamaları boyunca sırayla yönlendiren belirli ortamlarda kültürlenen iPSC'lerden başlayarak, kondrojenik soy bağlılığını teşvik etmek için dikkatli bir şekilde yapılandırılmıştır. Başlangıçta, iPSC'ler, bir dizi tanımlanmış ortam değişikliği kullanılarak kondrojenik soylara doğru indüksiyondan önce optimal birleşmeye ulaşmak için genişletilir. 10. günde, hücreler, olgun kondrositlerin temel belirteçlerini ifade eden kondrosit benzeri hücrelerin oluşumunu artıran kondrogenezi teşvik eden bir ortama geçirilir. 96 oyuklu agaroz kaplı plakalarda daha fazla agregasyon, daha sonra hücre dışı matris (ECM) birikimini teşvik eden bir mikro ortamı simüle etmek için tasarlanmış özel mini biyoreaktörlerde kültürlenen üç boyutlu sferoidlerin oluşumuna yol açar. Bu yaklaşım, doğal kıkırdak özelliklerini taklit eden kondrosit sferoidlerinin ölçeklenebilir üretimini mümkün kılarak, kıkırdak defektleri için hücre bazlı tedaviler geliştirmek için umut verici, tekrarlanabilir bir çözüm sunar ve kas-iskelet sistemi rejeneratif tıbbında klinik ve araştırma uygulamaları için geniş fayda sağlar.
Eklem hastalığının yaygınlığı, artan engelli hasta sayısı ve bakımları ile ilgili maliyetler nedeniyle önemli ekonomik yüklere yol açmaktadır. Hiyalin kıkırdak, sınırlı rejeneratif potansiyele sahip bir bağ avasküler dokusudur1. Bazı steroid olmayan antienflamatuar ilaçların (NSAID'ler), glukokortikoidlerin ve kemoterapi veya radyoterapinin uzun süreli kullanımı, kıkırdağın rejeneratif kapasitesini daha da azaltabilir ve iyileşme yeteneğini neredeyse ortadan kaldırabilir2. Bu, hücresel tedavi için otolog kıkırdak hücrelerinin elde edilmesini zorlaştırır.
Kondrositler de dahil olmak üzere üç boyutlu (3D) hücre yetiştirme teknolojisi, uzun zamandır önemli potansiyele sahip, gelişmekte olan bir araştırma alanı olarak kabul edilmektedir. Bu 3D yapılar hem temel biyolojik araştırmalar hem de rejeneratif tıptaki uygulamalar için incelenmektedir. Otolog kondrositlerden türetilen sferoidler, şu anda küresel olarak önemli ölçüde dikkat çeken bir durum olan kıkırdak dokusu dejenerasyonunu ele almak için terapötik vaatlerde bulunmaktadır3.
iPSC'lerden farklılaşan kondrositlerden türetilen sferoidler, kıkırdak onarımı için önemli avantajlar sunan primer kondrositlere umut verici bir alternatif oluşturur. iPSC'ler, kendini yenileme için neredeyse sınırsız bir kapasite sağlar ve geniş bir farklılaşma potansiyeline sahiptir, bu da hücre toplama için invaziv prosedürler olmadan klinik uygulamalar için yeterli miktarlarda kondrositlerin üretilmesine izin verir4. Ayrıca, geleneksel iki boyutlu (2B) kondrosit kültürlerinden kondrosferler gibi 3B kültür sistemlerine geçiş, fizyolojik olarak daha ilgili bir ortam yaratarak bu hücrelerin canlılığını ve işlevselliğini daha da artırır. Çalışmalar, 3D sferoidlerde kültürlenen kondrositlerin fenotiplerini daha iyi koruduğunu, daha düşük farklılaşma oranları ve kollajen tip II ve agrekan5 gibi temel hiyalin kıkırdak belirteçlerinin daha yüksek ekspresyon seviyeleri gösterdiğini göstermektedir.
iPSC'den türetilmiş kondrosferlerin potansiyeline rağmen, yüksek kaliteli kondrosferler üretmek için standartlaştırılmış protokoller sınırlı kalmaktadır. Çalışmalar arasındaki protokollerdeki değişkenlik genellikle kondrosit kalitesinde ve hücre dışı matriks bileşiminde tutarsızlıklara yol açar ve bu da terapötik kullanım için etkinliklerini etkiler6. Burada, uygun fiyatlı, özel yapım mini biyoreaktörler kullanarak iPSC'den türetilmiş kondrositlerden sferoid üretimini standartlaştıran rafine bir protokol sunulmaktadır. Mini biyoreaktör kültür fazı, besin dağılımını, ECM olgunlaşmasını ve küresel sıkıştırmayı7 optimize eden kontrollü, düşük yapışma ayarı sağladığı için çok önemlidir. Bu faz, doğal kıkırdağa çok benzeyen bir ECM bileşimi ile birlikte kollajen tip II, agrekan ve SOX9 dahil olmak üzere temel kondrosit belirteçlerinin sağlam ekspresyonunu destekler. Düzenli ortam değişiklikleri ve çevresel koşulların dikkatli bir şekilde kontrol edilmesi - sıcaklık, CO2 ve dönme hızı - kondrosit sferoidlerinin canlılığını ve olgunlaşmasını daha da sağlar. Bu protokol, kıkırdak onarımında araştırma ve klinik uygulamalar için uygun, uygun maliyetli ve ölçeklenebilir bir şekilde hiyalin kıkırdak belirteçlerinin güçlü ifadesine sahip yüksek kaliteli kondrosferler oluşturmak için optimize edilmiştir.
Çalışma, LOPUKHIN FRCC PCM Etik Kurulu tarafından gözden geçirilmiş ve onaylanmıştır (9 Nisan 2019 tarihli 2019/02 sayılı protokol). Tüm donör örnekleri Helsinki Bildirgesi ilkelerine uygun olarak elde edildi. Tüm katılımcılardan ve/veya yasal vasilerinden bilgilendirilmiş onam alındı.
NOT: Protokol boyunca steril tekniği koruyun. Tüm kültür ortamlarını ve çözeltilerini hücrelere veya sferoidlere uygulamadan önce 37 °C'ye ısıtın. Hücreleri bir CO2 inkübatöründe 37 ° C'de,% 5 CO2 % 80 nem ile yetiştirin. Protokol şeması Şekil 1'de gösterilmiştir.
Şekil 1: iPSC hattından kondrosfer üretme protokolü IPSRG4S. (A) Başlangıçta, iPSC'ler% 80 birleşmeye ulaşılana kadar pluripotent kök hücre ortamında kültürlenir. (B) Kondrositik çizgiye doğru farklılaşmayı indüklemek için, iPSC'ler daha sonra 2 gün boyunca ortam A'da kültürlenir. Ortam daha sonra Chir 99021 ve Rho kinaz inhibitörü içermeyen bir formülasyonla değiştirilir ve hücreler her 2 günde bir orta değişikliklerle 6 gün daha kültürlenir. (C) Hücreler daha sonra sonraki 10 gün boyunca kondrogenezi teşvik etmek için B ortamına aktarılır. (D) Yeterli hücre sayısı elde edildiğinde, süreç sferoidlerin üretim aşamasına ilerler. (E) Hücreler, yerçekimi altında düşük yapışkan koşullarda sferoidler halinde toplanır. (F) Elde edilen sferoidler, orta B ile mini biyoreaktörlerde kültürlenir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
1. Petri kaplarının mini biyoreaktörlere dönüştürülmesi
NOT: Ayrıntılar bir önceki makaledeyer almaktadır 5.
2. Kültür yemeklerinin jelatin ile işlenmesi
3. Kondrositlerin izolasyonu ve yetiştirilmesi
NOT: Kondrositler, total diz protezi yapılan hastalardan ağırlık taşımayan kıkırdak bölgelerinden izole edilir. Tüm örnekleri steril koşullar altında hasat edin ve 200 U / mL penisilin / streptomisin çözeltisi içeren DMEM ile doldurulmuş steril tüplerde saklayın. Kıkırdak dokusunu buzdolabında 2-8 °C'de saklayın.
4. Pluripotent kök hücrelerin yetiştirilmesi
NOT: Moleküler Beyin Araştırma Grubu, Nörobiyoloji Anabilim Dalı Kök Hücre Laboratuvarı ile işbirliği içinde, A.I. Virtanen Enstitüsü, Doğu Finlandiya Üniversitesi, Kuopio, Finlandiya, bir iPSC hattı IPSRG4S, önceki bir çalışmada başarıyla oluşturulmuştur8.
5. iPSC'lerin kondrojenik farklılaşması
6. Kondrosit benzeri iPSC'den türetilmiş hücrelerden sferoidlerin oluşumu
Belirtilen protokol Şekil 1'de gösterilmiştir. Bu metodoloji, iPSC'lerin en az 1 aylık bir süre boyunca kondrosit sferoidlerine farklılaşmasını sağlamak için iki farklı kültür ortamı kullanır (Şekil 2). Farklılaşma süreci, iPSC'ler %75-%90 birleşme sağladığında başlatılır (Şekil 1B). Kondrojenik farklılaşmanın erken göstergeleri, kond...
iPSC'ler, rejeneratif tıpta dönüştürücü bir araçtır ve kıkırdak onarımı için hastaya özgü kondrositler üretme potansiyeli sunar. Mevcut protokoller, kondrositik soy bağlılığını destekleyen TGF-β ve BMP-2 gibi anahtar sinyal molekülleri ile mezodermal yollar yoluyla yönlendirilmiş farklılaşmadan yararlanır. Bu yöntemler, fonksiyonel kıkırdak dokusu için gerekli olan kollajen tip II ve agrekan gibi hücre dışı matriks bileşenlerinin üretimini sağlaya...
Yazarlar, araştırmanın potansiyel bir çıkar çatışması olarak yorumlanabilecek herhangi bir ticari veya finansal ilişkinin yokluğunda yapıldığını beyan ederler.
Araştırma, Rusya Bilim Vakfı tarafından #22-15-00250 nolu tahsisat ile desteklenmiştir.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.05% Trypsin solution | Thermo Fisher Scientific | 25300-062 | |
0.25% Trypsin solution | Thermo Fisher Scientific | 25200-072 | |
Advanced DMEM/F12 Eagle's medium | Thermo Fisher Scientific | 12634028 | |
Aggrecan Monoclonal Antibody | Invitrogen | AHP0022 | Host: Mouse; Dilution: 1/500 |
Ascorbic acid | Sigma | A4544 | 50 μg/mL |
B-27 supplement | Thermo Fisher Scientific | 17504044 | 1x or 2% |
Beta-mercaptoethanol | Serva | 28625 | 90 mM |
BMP2 | Miltenyi biotec | 130-110-922 | 10 ng/mL |
Chir 99021 | Miltenyi biotec | 130-103-926 | 10 μM |
COL1A1 (E6A8E) Monoclonal antibody | CellSignalling | 39952 | Host: Rabbit; Dilution: 1/800 |
COL2A1 (M2139) Monoclonal antibody | Santa Cruz | sc-52658 | Host: Mouse; Dilution: 1/50 |
Collagenase type II solution | PanEco | P011-2 | 0.01% |
DAPI (4',6-diamidino-2-phenylindole) | Sigma-Aldrich | D9542-5MG | 1 μg/mL |
DMEM medium w/o glutamine | PanEco | ?420? | |
Fetal bovine serum | Thermo Fisher Scientific | 10270106 | 10% |
Hanks' solution | PanEco | ?020? | |
Hybris 8 medium | PanEco | ?780?/?780 | |
Insulin-Transferrin-Selenium solution | PanEco | ?065 | 1x solution has the following concentrations: Insulin: 10 µg/mL; Transferrin: 5.5 µg/mL; Selenium 5 ng/mL |
L-alanyl-L-glutamine | Thermo Fisher Scientific | 35050038 | 2 mM |
Matrigel Matrix | BD | 354277 | 300 μg/mL |
Penicillin-Streptomycin solution | PanEco | ?063? | 100 U/mL |
Retinoic acid | Miltenyi biotec | 130-117-339 | 10 nM |
Rho kinase inhibitor Y27632 | Miltenyi biotec | 130-103-922 | 10 mM |
Secondary Antibody Goat anti-Mouse IgG (H+L) Cross-Adsorbed, Alexa Fluor 555 | Thermo Fisher Scientific | A21422 | Host: Goat; Dilution: 1/500 |
Secondary Antibody Goat anti-Rabbit IgG (H+L) Highly Cross-Adsorbed, Alexa Fluor Plus 555 | Thermo Fisher Scientific | ?32732 | Host: Goat; Dilution: 1/500 |
Sox9 (D8G8H) Monoclonal antibody | CellSignalling | 82630 | Host: Rb; Dilution: 1/400 |
TeSR-1 medium | STEMCELL technologies | 85850 | |
TGF-β1 | Miltenyi biotec | 130-095-067 | 10 ng/mL |
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