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Diferenciación de las iPSCs humanas a las iMSCs
Como se ha descrito anteriormente, el protocolo actual para diferenciar las iPSCs en iMSCs implica la formación de cuerpos embrioides2. Este proceso tarda aproximadamente diez días en inducir iMSCs a partir de iPSCs (Figura 1A). Sin embargo, se recomienda encarecidamente pasar los iMSC recién generados al menos dos veces. Esto no solo ayuda a eliminar la necesidad de placas recubiertas de gelatina, sino que también establece una expresión estable de MSC. La cuantificación por citometría de flujo, realizada después de seis pasadas después de la diferenciación, demuestra una población celular casi pura con alta expresión de marcadores de superficie clásicos de MSC, incluyendo CD44 (83,1%), CD90 (88,4%) y CD105 (99,2%)17,18 (Figura 1B). En cuanto a la morfología, las iMSC deben parecerse mucho a las MSC de la médula ósea, apareciendo alargadas y similares a fibroblastos (Figura 1C).
Ingeniería genética de iMSCs para sobreexpresar SCX mediante transducción lentiviral
Los lentivirus se produjeron mediante la transfección de células HEK293T/17 con el vector pLenti-C-mGFP, en el que se ha insertado SCXB para expresar SCX-GFP+, junto con dos plásmidos de empaquetamiento. Las transfecciones se realizaron mediante el método BioT15,16 con una relación de 1,5:1 entre BioT (μl) y ADN (μg).
HEK293T/17 células se sembraron a una densidad de 5,3 x 104 células/cm2 18-24 h antes de la transfección. En el momento de la transfección, las células deben alcanzar una confluencia del 80%-95% para evitar títulos de baja eficiencia (Figura 2B1, izquierda). A las 24 h de la adición del cóctel de plásmidos, se observó cierta toxicidad, que alcanzó su punto máximo a las 48 h (Figura 2B2). Dado que el vector lentiviral SCX está conjugado con GFP, la expresión de GFP debería ser observable después de 48 h (Figura 2B3). La presencia de alta toxicidad combinada con la expresión de GFP es un indicador fiable de éxito de la transfección. El lentivirus se colectó a las 48 h y a las 72 h, y se evaluó la eficiencia de la transducción mediante citometría de flujo y análisis de expresión génica. La intensidad absoluta de las células positivas para GFP se utilizó como proxy de las integraciones de SCX, y fue significativamente mayor en los títulos más altos (Figura 3A). La eficiencia de transducción, medida como el porcentaje de células SCX-GFP+ , demostró un efecto dosis-respuesta basado en la carga lentiviral (Figura 3B). La citometría de flujo del iMSCSCX+ en diferentes pasajes también mostró una alta estabilidad, sin cambios en los niveles de expresión transgénica ni en la proporción de células transducidas (Figura 3C). Además, después de 4 semanas de cultivo regular sin clasificar, el iMSCSCX+ mantuvo una sobreexpresión estable de SCX (Figura 3D). La transducción a gran escala se realizó en base al título, utilizando lentivirus al 75% (Figura 2C).
Carga mecánica de iMSCSCX+
Las célulasiMSC SCX+ se sembraron en placas de silicona deformables a una densidad celular de 1,25 x 104 células/cm2 (Figura 4A,B) para permitir la unión celular antes de iniciar el protocolo de estiramiento. La densidad final de siembra se optimizó para evitar el crecimiento excesivo de una sola capa. Vale la pena señalar que las densidades de siembra excesivamente altas resultaron en una contracción celular prematura y muerte celular temprana (Figura 4D). Para el grupo de control estático, las células se colocaron en placas idénticas pero sin someterse a ningún estiramiento. Las célulasiMSC SCX+ se sometieron a estiramiento en un biorreactor 2D durante un mínimo de tres días, hasta siete días, al 4% de deformación uniaxial y 0,5 Hz durante 2 h al día. Este régimen de estiramiento es consistente con lo que se ha descrito como fisiológicamente relevante9. Después de varios días de estiramiento, se puede observar cierto grado de organización celular en comparación con el grupo estático, que exhibió una organización celular aleatoria (Figura 4C). La tinción con faloidina de los filamentos de actina resalta aún más cómo las células parecen crecer perpendiculares a la dirección del estiramiento, en contraste con la organización celular aleatoria observada en las placas estáticas (Figura 4E). Para caracterizar los iTenocitos recién generados, se recolectaron células a los tres y siete días para el análisis de expresión génica, como se informó previamente14. El análisis de la expresión génica revela que las célulasiMSC SCX+ son mecanosensibles, ya que existe una regulación positiva significativa en los genes tenógenos (SCX, THBS4, COL1a1, BGN, MKX y TPPP3)5,7,19,20 tanto a los tres como a los siete días, en comparación con solo las iMSC en el día 0 (Figura 5A). Además, la deposición de colágeno en los medios después de 7 días de estiramiento fue significativamente mayor en el grupo estirado iMSCSCX+ en comparación con todos los demás grupos (Figura 5B).

Figura 1: Esquema de diferenciación de iMSC y caracterización de citometría de flujo. (A) Esquema general de la generación de iTenocitos y cronograma para la inducción de iMSC. Reproducido con permiso de Papalamprou A. et al.14. (B) La cuantificación por citometría de flujo muestra un alto porcentaje de células que expresan marcadores de superficie de MSC clásicos para MSC derivadas de iPSC después de 6 pasadas después de la diferenciación. Adaptado con permiso de Sheyn D. et al.2. (C) Las imágenes de contraste de fase de las células después de la diferenciación demuestran una morfología similar a la de los fibroblastos. Barra de escala = 200 μm. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: Esquema de producción de iMSCSCX+ . (A) Esquema general de la transfección utilizando el vector de lentivirus SCX de2ª generación y la transducción de iMSCs. Reproducido con permiso de Papalamprou A. et al.14. (B1) HEK293T/17 células antes de la adición del cóctel de plásmidos. (B2) HEK293T/17 células, después de 48 h, expresan GFP y muestran toxicidad. (B3) La expresión de GFP que se puede observar en las células HEK293T/17 indica una transfección exitosa. (C) Las célulasiMSC SCX+ generadas (con un título del 75%) expresan SCX-GFP+ en los núcleos. Barras de escala = 400 μm. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3: Determinación de la eficiencia de la transducción con citometría de flujo y expresión génica. La intensidad absoluta de las células positivas para GFP se utilizó como proxy para las integraciones de SCX mediante citometría de flujo. Los títulos vectoriales se validaron mediante análisis de citometría de flujo para todas las células con el fin de evaluar el MOI lentiviral. (A) Fluorescencia absoluta por título de virus. (B) Eficiencia de transducción evaluada como el porcentaje de células SCX-GFP+ . Se observó un efecto dosis-respuesta de la carga lentiviral en la eficiencia de la transducción cuando los resultados del flujo se presentaron como un porcentaje de células GFP+. MOI: multiplicidad de infecciones, n = 3 transducciones independientes. Se utilizó ANOVA de un factor para comparar títulos; los datos son medias ± DE; *p < 0,05. (C) La citometría de flujo de iMSCSCX+ después de varias rondas de pases no indica ningún cambio en el nivel de expresión estable del transgén ni ningún cambio en la proporción de células transducidas. Tenga en cuenta que las iMSC transducidas con títulos del 100% dejaron de dividirse en P3. (D) iMSCs transducidas con el vector lentivirus SCX-GFP+ (75%, MOI = 2,9 e5 TU/mL) y evaluadas la expresión génica de SCX a las 4 semanas de cultivo regular sin clasificar. La expresión de SCX se reguló significativamente al alza en iMSCSCX+ , mostrando una sobreexpresión estable de SCX después de 4 semanas. TU, unidades de transducción; los datos son medios ± DE, **p > 0,01. Reproducido con permiso de Papalamprou A. et al.14. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4: iMSCSCX+ sembrado en un biorreactor 2D y sometido a un estiramiento cíclico. (A) Esquema del biorreactor 2D. Reproducido con permiso de Papalamprou A. et al.12. (B) Las células se siembran primero en placas de silicona flexibles y se incuban a 37 °C para permitir la unión antes del estiramiento cíclico en el biorreactor 2D. (C) Los iMSCSCX+ se estiraron en un biorreactor 2D durante un máximo de 7 días. Para los controles estáticos, las celdas se colocaron en placas idénticas pero sin estiramiento. (C1) La placa de control estático después de 7 días exhibe una disposición estocástica de las células. (C2) La placa estirada después de 7 días muestra una organización celular relativamente mayor. (D) Tres ejemplos de lo que no debe observarse. Cuando la densidad de siembra celular es demasiado alta o las células se han estirado durante demasiados días, las células comienzan a desprenderse. (D1) Las células solo están ligeramente crecidas. Las flechas amarillas indican el comienzo de la contracción celular prematura. (D2) Nivel moderado de sobrecrecimiento. Las células comienzan a desprenderse de la placa. (D3) Nivel severo de crecimiento excesivo. Las células ya no crecen en monocapa y han formado estructuras 3D. Barras negras = 400 μm. Barras de escamas blancas = 1000 μm. (E) Después de 7 días de estiramiento (o en cultivo para la placa estática), las células se fijaron con faloidina para los filamentos de actina (rojo) y se contratiñeron con DAPI para los núcleos (azul). Barras blancas = 200 μm. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 5: Estimulación de la expresión génica de marcadores tenogénicos mediante sobreexpresión de Scx y estiramiento uniaxial en un biorreactor 2D. (A) Los iMSCSCX+ se estiraron en un biorreactor 2D durante 7 días. Para los controles estáticos, las celdas se colocaron en placas idénticas pero sin estiramiento. Los análisis de expresión génica revelan que iMSCSCX+ es mecanosensible. ND = sin detección. Se utilizó ANOVA de un factor para comparar la expresión génica en cada punto de tiempo vs. d0. N = 8/grupo. (B) Deposición de colágeno después de 7 días de estiramiento en el biorreactor 2D. Los datos son medias ± DE; n = 8/grupo; *p < 0,05, **p < 0,01, ***p < 0,001, ****p < 0,0001. Reproducido con permiso de Papalamprou A. et al.12. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.