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Article de recherche

Osthole améliore l’arthrite chez les rats grâce à l’axe miR-34a/bcl-2

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DOI :

10.3791/69624

15 mai 2026

* These authors contributed equally

Dans cet article

Résumé

L’osthole (OST) est un composé naturel aux activités pharmacologiques étendues. Cette étude suggère que l’OST atténue les effets de l’arthrose du genou (KOA) via l’axe miR-34a/Bcl-2, comme démontré dans des études in vivo et in vitro chez des rats, et apporte de nouvelles idées et orientations pour ses applications de médicaments brevetés et cliniques.

Résumé

L’arthrose du genou (KOA), également appelée arthrite hypertrophique ou dégénérative, est une maladie articulaire répandue. Les stratégies cliniques actuelles de prise en compte incluent la thérapie pharmacologique, l’intervention physique, les interventions chirurgicales et les traitements complémentaires. Bien que ces approches puissent atténuer dans une certaine mesure les symptômes du KOA, elles comportent souvent des limites, telles que des effets secondaires, une efficacité limitée ou une intrusivité. L’osthole (OST), un dérivé naturel de la coumarine, a été largement étudié pour ses propriétés médicinales, notamment pour soulager les douleurs articulaires et améliorer la fonction articulaire. Dans cette étude, un test CCK8, une microscopie électronique en transmission (TEM), la coloration H&E et l’analyse biochimique sérique ont été utilisés pour démontrer que l’OST exerce des effets protecteurs sur les chondrocytes à la fois in vitro et in vivo, sans qu’aucune toxicité significative n’ait été observée. Des études ultérieures utilisant le TEM, la coloration à l’acridine orange, la cytométrie en flux et le western blotting ont révélé que l’OST favorise l’autophagie et supprime l’apoptose chez les chondrocytes. D’autres études mécanistiques par qRT-PCR et des tests de rapporteurs sur luciférase ont indiqué que l’OST régule à la baisse la miR-34a, augmentant ainsi l’expression de Bcl-2 et inhibant l’apoptose via la voie miR-34a/Bcl-2. En résumé, ces résultats indiquent que l’OST protège les chondrocytes tant dans les modèles cellulaires qu’animaux, atténuant le stress induit par le LPS et réduisant l’inflammation et l’apoptose chez les rats KOA. La régulation à la baisse de miR-34a et l’augmentation subséquente de l’expression de Bcl-2 contribuent à son effet anti-apoptotique. Ces résultats fournissent une base théorique pour le développement de médicaments brevetés à base d’OST et leur possible adaptation clinique en thérapie KOA.

Introduction

L’arthrose du genou (KOA) est une maladie articulaire courante, également connue sous le nom d’arthrite hypertrophique, hypertrophique ou sénile du genou. Elle est causée par la dégénérescence du cartilage articulaire et des modifications de la structure autour de l’articulation. Selon des études épidémiologiques, l’arthrose du genou est une maladie courante, en particulier chez les personnesâgées 1. Son incidence est étroitement liée à l’âge, au poids, à la génétique, aux blessures articulaires, etc. Les fonctions physiologiques peuvent également être affectées, notamment une limitation des mouvements articulaires, une diminution de la force musculaire et une démarche anormale. Actuellement, dans le traitement de l’arthrose du genou, les méthodes couramment utilisées incluent la médication, la kinésithérapie, la chirurgie et la thérapieadjuvante 2. Les médicaments incluent souvent des analgésiques, des anti-inflammatoires non stéroïdiens et des médicaments contre l’arthrite chronique pour réduire la douleur et contrôler l’inflammation. La kinésithérapie comprend des compresses chaudes, froides, des massages et des exercices spécifiques de rééducation pour améliorer la motricité articulaire et réduire la douleur. Le traitement chirurgical peut inclure une chirurgie arthroscopique, un remplacement d’articulation artificielle ou une réparation morphologique des os articulaires pour restaurer la structure et la fonction articulaires. De plus, des thérapies complémentaires telles que l’acupuncture, la physiothérapie et la médecine traditionnelle chinoise sont également largement utilisées.

Cependant, bien que ces traitements apportent un certain soulagement des symptômes et de l’arthrose du genou, il existe encore des limites. Le traitement médicamenteux peut entraîner des réactions indésirables et des problèmes de dépendance ; La kinésithérapie nécessite un processus de rééducation continu, et les résultats varient selon les différences individuelles ; Le traitement chirurgical est risqué, le processus de récupération est long et nécessite une réflexion approfondie ; et, bien que la thérapie adjuvante ait reçu une large attention et application, il existe encore peu de preuves scientifiques pour son efficacité, il faut étudier en profondeur le mécanisme régulateur de la thérapie adjuvante. Dans la thérapie adjuvante, la médecine traditionnelle chinoise pour le traitement de l’arthrose du genou a été largement utilisée dans de nombreux domaines et s’est révélée utile. Il doit y avoir certains aspects de la médecine traditionnelle chinoise qui ne sont pas encore bien connus, mais qui ont été prouvés par la pratique à long terme et des études de suivi. Actuellement, de nombreuses médecines chinoises ont accumulé une riche expérience dans le traitement de l’arthrose du genou, telles que Cibotium barometz3, Ligusticum wallichii Franchat4, Angelica pubescens5, et d’autres. Ces herbes ont des effets analgésiques et anti-inflammatoires qui peuvent efficacement soulager la douleur et réduire l’inflammation.

L’OST est un composé similaire à la coumarine largement utilisé en médecine comme extrait naturelde plantes 6. Il possède de nombreuses activités pharmacologiques et est soutenu par de nombreuses études. Des études ont montré que le cnidium possède de nombreuses activités pharmacologiques, notamment anti-tumorales, anti-inflammatoires, hyperglycémies, agrégation anti-plaquettaires et neuroprotection, et qu’il a des effets thérapeutiques potentiels sur de nombreuses autresmaladies 7. Il a été rapporté que l’OST peut favoriser l’apoptose des cellules cancéreuses en régulant l’autophagie, laquelle inhibe l’apoptose des cellules du carcinome ovarien via l’autophagie médiée par LC3 et la pyroptose dépendante deGSDME 8 ; L’OST induit l’apoptose des cellules HT-29 via le stress du réticulum endoplasmique et l’autophagiecellulaire 9 ; L’OST favorise l’apoptose du cancer colorectal en supprimant la signalisation AMPK/Akt, induisant l’autophagie cellulaire, la ROS et la ferroptose10 ; L’OST peut inhiber la croissance du cancer colorectal en régulant l’autophagie et la transduction du signalmédiée par les mitochondries 11. Parallèlement, l’OST est particulièrement importante pour soulager les douleurs articulaires et améliorer la fonction articulaire, principalement en réduisant la réponse inflammatoire et en soulageant les douleurs articulaires. Et ses ingrédients actifs peuvent réduire la libération de substances inflammatoires et inhiber la dégénérescence du cartilage articulaire causée par l’arthrite. Comparé aux médicaments occidentaux courants, l’OST est plus sûr et a une faible toxicité, et une utilisation prolongée ne produira pas de résistance aux médicaments. Il a été rapporté que l’osthole améliore l’ostéogenèse chez les ostéoblastes en augmentant le facteur de transcription osterix via la signalisation cAMP/CREB in vitro et invivo 12 ; L’OST supprime le développement de l’arthrose du genou en renforçant l’autophagie activée via la voieAMPK/ULK1 13 ; Cnidium lactone inhibe la différenciation des ostéoclastes via p38 MAPK et PI3K-Akt ainsi que la voie de signalisation 14 de c-Fos/NFATc1 ; La lactone Cnidium empêche la perte osseuse dans un modèle ovariectomisé de rat via la voie de signalisation œstrogène-α/BMP-2/Smad15 ; L’OST améliore l’ostéoporose en augmentant l’autophagie des cellules souches mésenchymateuses16. Cependant, l’observation et l’analyse ont indiqué que la plupart des études restaient dans le phénotype, ou n’avaient pas révélé le mécanisme de régulation des voies de signalisation de la participation aux médicaments au niveau moléculaire, ce qui était aussi l’une des raisons pour lesquelles les composés extraits de la médecine traditionnelle chinoise sont difficiles à accepter. Il est donc d’une grande importance d’explorer davantage le mécanisme de régulation biologique de l’Osthole au niveau moléculaire pour son traitement breveté et son application clinique.

Le miARN est un petit ARN qui régule la fonction biologique en inhibant l’expression des gènes cibles. De nombreuses médecines traditionnelles chinoises sont connues pour exercer leurs effets biologiques en régulant le miARN. De même, l’OST a également été rapportée comme influençant l’expression des miARN. Tout d’abord, l’OST joue un rôle biologique anti-tumoral via le miARN. Il a été rapporté que l’OST inhibait la prolifération cellulaire et induisait l’apoptose cellulaire en diminuant l’expression de CPEB2 via la régulation à la hausse de miR-424 dans le carcinome endométrial17 ; L’OST supprime la prolifération et accélère l’apoptose des cellules gliomes humaines via la régulation à la hausse de miR-16 et la régulation à la baisse de MMP-9-18 ; L’OST présente un effet antitumoral dans le rétinoblastome en inhibant la voie PI3K/AKT/mTOR et en régulant l’axe hsa_circ_0007534/miR-214-3p19. Deuxièmement, l’OST peut également affecter les processus physiologiques des organes du corps grâce à la régulation du miARN, qui atténue le remodelage vasculaire pulmonaire en modulant la reprogrammation métabolique lipidique médiée par miR-22–3p20 ; L’OST protège les rats contre l’ischémie myocardique/la lesion par reperfusion en régulant à la baisse le miR-30a et en favorisant l’autophagie21 ; L’OST protège les cardiomyocytes H9c2 contre les dommages induits par le trastuzumab en renforçant l’autophagie via la voie de signalisation p38MAPK/mTOR 22. Troisièmement, l’OST peut jouer un rôle neuroprotecteur via le miARN, qui stimule la différenciation des cellules souches neuronales en neurones dans un modèle cellulaire de la maladie d’Alzheimer via la régulation à la hausse de miR-9 et sauve l’altération fonctionnelle des neurones hippocampiques chez les souris transgéniquesAPP/PS1 23 ; L’OST diminue les niveaux de bêta-amyloïde par une régulation à la hausse de miR-107 dans la maladie d’Alzheimer 24. Cependant, il n’a pas été rapporté que les miARN puissent être régulés par l’OST pour traiter l’arthrose du genou. La littérature a montré que miR-34a améliore l’apoptose des chondrocytes et facilite le développement de l’arthrose en ciblant DLL1 et en régulant la voie PI3K/AKT 25. L’ARN non codant long MEG3 régule la progression de l’arthrose en régulant l’axe miR-34a/Klotho 26 ; La régulation à la baisse de miR-34a favorise la prolifération et inhibe l’apoptose des cellules cartilagineuses ostéoarthritiques du rat en activant la voie PI3K/Akt 27. Ainsi, le KOA pourrait-il être traité avec une OST selon la réglementation miR-34a ? Par conséquent, on suppose que l’OST peut traiter l’arthrose du genou en régulant les miARN.

En résumé, l’OST est un composé naturel avec des activités pharmacologiquesétendues 28. Auparavant, le groupe de recherche avait confirmé que l’OST pouvait améliorer l’arthrose du genou chez les rats, mais la transduction du signal cellulaire et les mécanismes moléculaires sous-jacents à cet effet biologique n’ont pas été pleinement clarifiés. Dans cet article, en étudiant plus en détail les voies de signalisation des miARN, de l’autophagie et de l’apoptose de l’OST, il est destiné à clarifier le mécanisme de l’OST dans le traitement de l’arthrose du genou et à fournir de nouvelles idées et orientations pour sa médecine brevetée et son application clinique.

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Protocole

Toutes les études ont été approuvées par le Comité institutionnel de soins et de traitement des animaux de l’Université médicale de Xuzhou. Les réactifs et l’équipement utilisés sont listés dans le tableau des matériaux.

1. Modèle animal

Des rats adultes mâles et femelles Sprague-Dawley (SD) pesant entre 250 et 300 g ont été achetés au Centre Expérimental des Animaux de l’Université Médicale de Xuzhou. Les rats étaient élevés dans une pièce spéciale sans agents pathogènes. Les procédures expérimentales animales, incluant le traitement, les soins et le choix des critères de finalisation, suivaient les directives « Recherche animale : Rapports d’expériences in vivo ». Des expériences animales ont été réalisées par randomisation. Les rats SD ont été regroupés en quatre groupes (n = 8 par groupe) : groupe normal (pas de chirurgie, alimentation normale) (groupe normal), groupe Sham (chirurgie simulée : incision cutanée et musculaire sans transection du ligament croisé antérieur [ACLT], suivie de la sérum saline), groupe KOA/NC (chirurgie ACLT + gavage SAL), groupe KOA/OST (chirurgie ACLT + gavage OST). Le modèle KOA du genou du rat a été construit en utilisant la méthode de la transection du ligament croisé antérieur (ACLT) comme décritprécédemment 29. Le groupe SAL a reçu une solution par gavage , et le groupe OST a reçu une OST par gavage pendant 4 semaines. La dose d’OST est de 50 mg/kg de poids corporel (dissous dans le PEG 400 et dilué avec du sérum physiologique), et la fréquence d’administration est une fois par jour pendant 4 semaines dans la sous-section des rats. Ensuite, les rats ont été euthanasiés pour analyse (selon des protocoles approuvés par l’institution). Les tissus étaient soit immédiatement congelés dans de l’azote liquide, soit fixés dans du paraformodéhyde à 4 %.

2. Culture cellulaire

La lignée cellulaire de chondrocytes humains (C28/I2) a été obtenue à partir de la collection américaine de culture de type (ATCC, Manassas, VA). Les cellules ont été cultivées selon les directives de l’ATCC et utilisées dans les 6 mois.

Conditions de culture : milieu DMEM/F-12 complété avec 10 % de sérum fœtal bovin et 1 % de pénicilline-streptomycine, incubé à 37 °C dans un incubateur humidifié à 5 % CO2 .

Traitements : Les cellules ont été ensemencées à 1 × 106 cellules par puits dans des plaques à 6 puits ; après 24 heures d’adhérence, ils étaient traités avec LPS (1 μg/mL) seul ou avec une OST (100 μM) pendant 24 heures.

3. Tests de viabilité cellulaire

Les cellules de chondrocytes ont été co-incubées avec l’OST ou le LPS en différentes concentrations dans des plaques à 96 puits. Le test CCK8 reflète la viabilité cellulaire en détectant l’absorbance (OD450 nm) à l’aide d’un lecteur de microplaques, avec des valeurs de OD plus élevées indiquant des cellules plus viables.

Gradient de concentration OST : 0, 25, 50, 100, 200, 400 μM (incubée pendant 24 h). Le test CCK8 a montré une viabilité cellulaire de >90 % à toutes les concentrations, confirmant la non-toxicité du composé.

Gradient de concentration LPS : 0, 0,1, 0,5, 1, 2 μg/mL (incubé pendant 24 heures). Le groupe LPS de 1 μg/mL avait ~50 % de viabilité cellulaire (contre le groupe Ctrl), cette concentration a donc été choisie pour les expériences ultérieures.

4. Coloration à l’hématoxyline et à l’éosine (H&E) et coloration à la Safanine O

Les tissus ont été incrustés dans la paraffine, décirés, réhydratés et colorés avec des réactifs H&E et Safranin O/Fast Green selon les instructions du fabricant. Conditions de coloration : la concentration de travail de l’AO était de 1 μg/mL ; les cellules ont été incubées à 37 °C pendant 5 minutes dans l’obscurité.

Méthode quantitative : le taux de positivité AVO a été calculé en comptant les cellules contenant des points orange dans 5 champs aléatoires (×400 de grossissement) par échantillon à l’aide du logiciel ImageJ. Ensuite, les coupes ont été capturées au microscope BX43 (grossissement ×400).

5. Cytométrie en flux

Les cellules ont été prélevées et remises en suspension dans une solution d’Annexin-V FITC/PI pour une analyse d’apoptose. Conditions d’incubation : Les cellules ont été resuspendues à 1 × 106 cellules/mL dans une solution d’Annexin-V FITC/PI (KeyGEN) et incubées à température ambiante pendant 15 minutes dans l’obscurité.

Stratégie de barrage : dispersion avant (FSC) vs. Des grilles à diffusion latérale (SSC) étaient utilisées pour exclure les débris des cellules ; Les cellules FITC⁺/PI⁻ Annexin-V ont été définies comme apoptotiques précoces, et les cellules FITC⁺/PI⁺ Annexin-V comme apoptotiques tardives. Le graphique de guidage est inclus dans le Fichier Supplémentaire 1 (données brutes de cytométrie en flux). Les cellules ont été collectées par un cytomètre en flux. Les données ont été analysées à l’aide du logiciel Flow Jo.

6. Transfection des plasmides et imitation

MiR-34a mimétique (34a-mimique), non spécifique (NC) ont été obtenus à partir d’une source commerciale. Les cellules ont été transfectées avec des plasmides à l’aide de LipofectamineTM 3000 selon les instructions du fabricant.

7. Tache orange acridine

L’autophagie était généralement évaluée par une coloration à l’acridine orange dans les cellules. Après que les cellules aient été traitées avec LPS ou OST à des concentrations spécifiques pendant 24 heures, elles ont été incubées avec de l’AO (1 μg/mL) à 37 °C pendant 5 minutes dans l’obscurité. Les images ont été capturées à l’aide d’un microscope confocal laser. Le taux de positivité AVO a été calculé en comptant les cellules contenant des points orange dans 5 champs aléatoires (×400 de grossissement) par échantillon à l’aide du logiciel ImageJ. Les données sont rapportées en moyenne ± de la DS issues de trois expériences indépendantes.

8. Observation au microscope électronique en transmission

Les échantillons ont été fixés dans 2,5 % de glutaraldéhyde et 1 % de tétroxyde d’osmium, puis déshydratés, rincés et fécondés. Après polymérisation, les échantillons ont été découpés en sections de 70 nm d’épaisseur à l’aide d’un ultramicrotome. L’ultrastructure des cellules a été observée par microscopie électronique en transmission.

9. Immunoblottage

Un anticorps monoclonal de souris (Abs) contre Bcl-2 (#68103), un anticorps polyclonal de lapin contre LC3 (#14600-1-AP), IL-6 (21865-1-AP) et un anticorps monoclonal de souris contre β-Actine (#66009-1-lg) ont été achetés chez Proteintech. Des ABS secondaires conjugués à IRDye 800CW IgG anti-Lapin (H+L) ou IRDye 800CW IgG anti-souris (H+L) pour chèvre (polyclonal) ont été obtenus commercialement. Les cellules ont été lysées dans un test de lyse cellulaire entière, séparées par électrophorèse sur gel de SDS-polyacrylamide. Les protéines ont été détectées à l’aide d’Abs primaire et d’Abs secondaire correspondant. La charge en protéines était de 30 μg par voie ; dilutions d’anticorps primaires : Bcl-2 (1:1000), LC3 (1:1500), β-tubuline (1:5000) ; des anticorps secondaires (IRDye 800CW) ont été utilisés à 1:10 000, IL-6 (1:800). Ensuite, les bandes protéiques ont été capturées par le système d’imagerie laser à chimiluminescence améliorée. Les bandes protéiques ont été quantifiées par le logiciel ImageJ.

10. Réaction en chaîne quantitative en temps réel par polymérase (qRT-PCR)

Les ARN totaux ont été isolés à partir de cellules à l’aide du réactif Trizol. Les cDNA dérivés d’ARN totaux ont été synthétisés à l’aide du kit de régents cDNA et analysés par les méthodes SYBR Green. Les cDNA dérivés de miARN ont été synthétisés à l’aide d’un kit de cDNA de première brin miRcute plus miRNA et analysés par un kit qPCR miRcute plus miRNA. Toutes les procédures étaient réalisées selon le protocole du fabricant. L’expression du transcript cible a été calculée à l’aide de la méthode 2-△△CT . GADPH et U6 étaient utilisés respectivement comme contrôle de charge pour l’ARNm et le miARN. La séquence d’amorcage est listée dans le tableau 1.

11. Analyses de journalistes sur Luciferase

Plasmide de type sauvage de repêchage psiCHECK2-Bcl-2-3′UTR (WT) et plasmide repêcheur de psiCHECK2-Bcl-2-3′UTR avec un mutant au site de liaison miR-34a (Mut). Les rapporteurs et le miMétique miR-34a ont été co-transfectés dans des cellules chondrocytaires à l’aide de LipofectamineTM 3000. Les cellules ont été prélevées et lysées après 24 heures de transfection. L’intensité de la luciférase a ensuite été mesurée à l’aide du kit Dual-LumiTM Luciferase Reporter Gene Assay selon les instructions du fabricant.

12. Tests d’analyse de la foulée

Le système MGT-PR a été utilisé pour observer les mouvements des membres courants des rats dans chaque groupe. Avant les tests, les rats ont été autorisés à s’adapter à l’environnement de la piste. Les données de marche pendant la marche libre ont été enregistrées, avec trois essais consécutifs valides de marche capturés pour chaque rat. Les paramètres analysés comprenaient la longueur du pas, la durée du balancement et la coordination entre les membres postérieurs droit et gauche.

13. Analyse statistique

Les expériences ont été réalisées en triple exemplaire et répétées indépendamment au moins trois fois. L’analyse statistique a été réalisée à l’aide du logiciel GraphPad Prism 9. Les données ont été indiquées comme une moyenne ± SD. Les différences statistiques ont été évaluées par ANOVA unidirectionnelle (test post hoc de Tukey) pour des comparaisons multiples, ou par un test Student’s à deux facettes pour deux comparaisons expérimentales de groupes. Les différences ont été acceptées comme significatives à p < 0,05.

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Résultats

Cellules chondrocytaires protégées par l’OST à la fois in vitro et in vivo
En tant que produit naturel, le profil de sécurité de l’OST nécessite une analyse approfondie. Cette étude a d’abord évalué sa cytotoxicité sur les chondrocytes in vitro à l’aide du test CCK8. Les résultats ont indiqué que l’OST n’a montré aucune toxicité envers les chondrocytes même à une concentration de 400 μM (Figure 1A)....

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Discussion

Par-dessus tout, l’OST protégeait les chondrocytes du stress induit par le LPS in vitro et soulageait l’inflammation et l’apoptose chez les rats KOA in vivo. Ces effets protecteurs étaient associés à la régulation à la baisse de miR-34a et à une augmentation conséquente de l’expression de Bcl-2, conformément au rôle proposé de l’axe miR-34a/Bcl-2 dans la médiation de l’action de l’OST.

Dans cette étude, il a été démontré que l’OST favorise l’...

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Déclarations de divulgation

Les auteurs n’ont aucun conflit d’intérêts financiers.

Remerciements

Cette recherche a été financée par le Key Laboratory of New Drugs and Clinical Medicine (XZSYSKF2021037) de l’Université du Jiangsu. Les expériences de cet article ont été en partie menées au Centre public de recherche expérimentale et au Centre des animaux de laboratoire de l’Université médicale de Xuzhou. Des remerciements sont adressés à Fuxing Dong, Kejia Zhang, Jinxia Kuai et Min Zhang pour leur aide enthousiaste.

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
1 % de tétroxyde d’osmiumTechnologie Ruixin
2,5 % de glutaraldéhydeTechnologie Zhongjingkeyi
Orange acridineSigmaAmresco 0360
Solution Annexin-V FITC/PIKeyGENKGA107
BCL-2Proteintech#68103
Kit de comptage cellulaire-8VICMED39.VC5001L
ChimiluminescenceOdyssey  ;CLX
Microscope confocalLeicaSTELLARIS 5
DMEM/F-12HyClone12.SH30023-01
Kit de test génétique Dual-LumiTM Luciférase ReporterBeyotimeRG088
Kit de régent ADNc FastKingTIANGENKR116-03
Cytomètre en débitBDFACS Canto II
Lignée cellulaire de chondrocytes humainsCollection de la culture de type américainYTLK280144
LC3Proteintech#14600-1-AP
LipofectamineTM 3000InvitrogenL3000015
LipopolysaccharidesSigma29.L2880
Essai de lyseKeyGENKGP704-100
Lecteur de microplaquesBioTekSynergie 2
Kit d’ADNc de première brin miRcute plus miRNATIANGENKR211-02&ZWNJ ;
Kit qPCR miRcute plus miRNATIANGENFP411-02
OstholeMedchemexpressO815127-25g
Électrophorèse sur gel de polyacrylamide SDSNCM BiotechP2012
SérumClark BioscienceFB15015
SYBR GreenTIANGENFP217-01&ZWNJ ;
Microscopie électronique en transmissionFEITecnai G2
Ultra-microtomeLeciaUC7
Microscope à fluorescence verticalOlympeBX43
&beta ;-ActinProteintech#66009-1-LG

Références

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