Article de méthode

Isolement et validation des sous-populations de cellules souches mésenchymateuses positives à la podoplanine à l’aide d’une stratégie indirecte de billes magnétiques

DOI :

10.3791/71365

23 juin 2026

* These authors contributed equally

Dans cet article

Résumé

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$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ce protocole décrit une méthode de tri à base de billes magnétiques utilisant des anticorps de cytométrie de flux marqués par la phycoérythrine (PE) et des microperles anti-PE pour isoler des sous-populations spécifiques de cellules souches mésenchymateuses présentant une forte positivité des marqueurs cibles postsort et une prolifération / activité métabolique basée sur CCK-8 préservée dans les conditions testées, sans nécessiter de trieurs cellulaires coûteux ni de billes personnalisées spécifiques à la cible.

Résumé

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L’étude de l’hétérogénéité fonctionnelle dans les cellules souches mésenchymates repose sur l’isolation efficace de sous-populations spécifiques (par exemple, les cellules positives à la podoplanine (PDPN)). Cependant, pour la plupart des cibles protéiques membranaires, les billes magnétiques commerciales directement disponibles pour le tri sont limitées. Pour y remédier, notre laboratoire a mis en place et testé un protocole standardisé de tri des billes magnétiques basé sur le principe de couplage indirect des « anticorps de cytométrie à flux marqués par phycoythrine (PE)/billes magnétiques anti-PE ». En utilisant des cellules PDPN positives comme population cible modèle, ce protocole enrichit une fraction cellulaire cible sans dépendre de trieurs cellulaires cytométriques coûteux.

Les chercheurs peuvent utiliser des anticorps compatibles pour la cytométrie en flux marquée par PE ciblant des protéines de surface cellulaire accessibles et les combiner avec des microperles anti-PE disponibles sur le marché afin d’établir un flux de tri pour cibles sélectionnées après optimisation spécifique à la cible. Cette approche évite les délais longs et les coûts élevés liés à la personnalisation ou à la commande de billes magnétiques spécifiques à chaque nouvelle cible, ce qui la rend particulièrement adaptée aux marqueurs de surface accessibles qui sont rares ou peu étudiés. Dans le modèle PDPN testé ici, le protocole a permis l’enrichissement de la sous-population cible avec une forte positivité post-tri du PDPN et a préservé la prolifération/activité métabolique basée sur CCK-8 par rapport aux MSC non triés.

Introduction

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Dans le domaine de l’orthopédie, des lésions telles que les lésions cartilagineuses et les lésions dans la zone avasculaire (zone blanche) du ménisque entraînent souvent une destruction irréversible des articulations et une perte de fonction, conduisant finalement à l’arthrose. Cela s’explique en grande partie par la faible capacité régénérative de ces tissus, qui résulte d’un manque d’apport direct en sang et en lymphatiques, ainsi que de la présence de cellules très différenciées avec une capacité limitée de prolifération etde migration 1,2,3,4. Pour relever ce défi, diverses stratégies cliniques ont été explorées, notamment l’utilisation des exosomes 5,6, la transplantation autologue ou allogénique de chondrocytes 7,8, et les approches d’ingénierietissulaire 9,10,11,12. Ces dernières années, les cellules souches mésenchymates (MSC) se sont révélées comme une source cellulaire prometteuse pour la réparation régénérative, grâce à leur potentiel de différenciation multilignée et leurs propriétés immunomodulatrices, offrant un nouvel espoir pour la régénération du cartilage 13,14,15,16.

Malgré leur potentiel thérapeutique, les CMS présentent une hétérogénéité significative. Même au sein d’une seule source tissulaire, telle que la moelle osseuse ou le cordon ombilical, des sous-populations distinctes de CSM peuvent présenter une variabilité considérable dans la capacité de prolifération, le potentiel de différenciation multilignée (en particulier la différenciation chondrogénique) et la fonction régénérative invivo 17,18,19. Par conséquent, l’identification précise et l’isolement des sous-populations de MSC définies fonctionnellement — telles que celles ayant une capacité chondrogénique accrue — sont essentielles pour faire progresser notre compréhension de leurs propriétés biologiques et améliorer l’efficacité de la réparation du cartilage. Cela représente une étape cruciale dans notre recherche.

Au fur et à mesure de l’avancement de la recherche, un nombre croissant de nouvelles protéines membranaires ont été identifiées comme marqueurs de sous-populations de MSC fonctionnellement distinctes. Cependant, traduire ces découvertes en stratégies efficaces de tri cellulaire reste techniquement un défi. Le tri cellulaire activé par fluorescence conventionnel (FACS), bien que puissant, nécessite des instruments spécialisés et une expertise technique, limitant son accessibilité dans de nombreux laboratoires. En revanche, le tri des cellules immunomagnétiques — bien que plus largement utilisé — est limité par la disponibilité limitée des réactifs commerciaux, principalement conçus pour quelques cibles membranaires bien établies. Par conséquent, pour de nombreux marqueurs nouvellement découverts ayant une signification biologique potentielle, il n’existe pas de billes magnétiques commercialement disponibles, ce qui rend difficile l’enrichissement spécifique de ces précieuses sous-populations MSC.

Pour surmonter cette limitation, la présente étude vise à établir et à standardiser un protocole flexible, rentable et efficace pour la sélection positive des cellules. Cette approche repose sur la conjugaison indirecte d’anticorps conjugués à la phycoérythrine (PE) disponibles dans le commerce avec des billes immunomagnétiques anti-PE. Des rapports antérieurs ont démontré que les MSC positifs à la podoplanine (PDPN+) possèdent une capacité supérieure à la maintenance et à la différenciation de la racine par rapport à leurs homologues PDPN-20. De plus, l’implication des MSC PDPN+ dans la régénération du cartilage et la progression de l’arthrose (OA) a été documentée dans lalittérature 21,22. En utilisant la podoplanine (PDPN) — un marqueur candidat récemment identifié des sous-populations fonctionnelles de MSC — comme cible modèle, nous avons trié les cellules PDPN positives des MSC dérivées de la moelle osseuse. Nous fournissons un protocole détaillé, étape par étape, couvrant la préparation de la suspension unicellulaire, le marquage des anticorps et des billes magnétiques, ainsi que la séparation magnétique. De plus, nous évaluons le rendement, la positivité post-tri du PDPN et la prolifération/activité métabolique basée sur CCK-8 des cellules triées. En standardisant ce protocole, nous visons à fournir aux chercheurs une méthode polyvalente et accessible pour isoler les sous-populations cellulaires cibles en utilisant des anticorps compatibles contre des marqueurs de surface cellulaire accessibles, facilitant ainsi la recherche fondamentale sur les cellules souches et les futures applications translationnelles en médecine régénérative.

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Protocole

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Les MSC dérivés de la moelle osseuse humaine ont été obtenus commercialement (voir le tableau des matériaux). Le fournisseur a confirmé l’identité du MSC par une expression positive de CD73, CD90 et CD105 ; expression négative de CD34, CD45 et HLA-DR ; et le potentiel de différenciation trilinéatique. Les cellules ont été agrandies en culture et utilisées aux passages 3 à 5. Tout travail sur les cellules d’origine humaine était réalisé dans une armoire de sécurité biologique de classe II dans des conditions stériles. Comme les cellules étaient acquises commercialement et qu’aucun sujet humain n’était directement recruté ou échantillonné dans ce protocole, aucune approbation directe de l’IRB n’était requise.

1. Préparation de la suspension monocellule

REMARQUE : La qualité de la suspension à cellule unique affecte directement l’efficacité du tri. Assurez-vous que les cellules sont bien dispersées, très viables et exemptes de touffes. Les amas visibles doivent être dispersés par des pipetages répétés et doux jusqu’à ce que les amas ne soient plus visibles.

  1. Sélectionnez les MSC (passages 3 à 5) qui ont atteint 80–90 % de confluence. Abandonnez le médium culturel.
  2. Lavez les cellules avec 2 × 10 mL de PBS préchauffé. Berce doucement le récipient et jette le PBS.
  3. Ajoutez 2 mL de Trypsine-EDTA à 0,25 % et incubez à 37 °C pendant 3 à 5 minutes. Observez les cellules au microscope jusqu’à ce qu’elles se rassemblent et commencent à se détacher.
  4. Ajoutez 4 mL de milieu de culture contenant 16,5 % de FBS (voir le tableau des matériaux) pour neutraliser la trypsine. Pipette doucement les cellules pour assurer un détachement complet. Transférez la suspension de la cellule sur un tube centrifugeuse de 15 mL.
    REMARQUE : Vérifiez au microscope que toutes les cellules ont été collectées.
  5. Centrifugez à 300 × g pendant 3 minutes et jetez le surnageant.
  6. Resuspendez la pastille cellulaire dans 1 mL de tampon (voir le tableau des matériaux). Passez au comptage des cellules.

2. Comptage cellulaire et ajustement de la concentration

REMARQUE : Si le nombre total de cellules est inférieur à 1 × 107, ajoutez tout de même les anticorps et les réactifs magnétiques basés sur le volume standard pour 1 × 107 cellules afin d’assurer l’efficacité du marquage.

  1. Centrifugez à nouveau la suspension de la cellule à 300 × g pendant 3 minutes et jetez le surnageant.
  2. Resuspendez les cellules dans le tampon pour atteindre une densité de 1 × 108 cellules/mL.
    REMARQUE : Par exemple, pour traiter 1 × 107 cellules, resuspendez la pelote dans 100 μL de tampon.
  3. Transférez la suspension de la cellule dans un tube à fond rond en polystyrène de 5 mL.

3. Marquage des anticorps

  1. Ajouter 10 μL de bloqueur RII gamma Fc (voir le tableau des matériaux) par 1 × 107 cellules. Mélangez doucement et faites couver à température ambiante pendant 10 minutes.
  2. Ajoutez 5 μL d’anticorps anti-PDPN humain conjugué à la PE (voir le tableau des matériaux) par 1 × 107 cellules, en suivant la concentration recommandée par le fabricant. Mélangez doucement et faites couver à température ambiante pendant 15 à 20 minutes, à l’abri de la lumière.
    REMARQUE : Le volume de l’anticorps doit être ajusté selon la fiche technique de l’anticorps spécifique de cytométrie à flux utilisé, car les concentrations peuvent varier selon les produits.

4. Étiquetage magnétique des billes

REMARQUE : Gardez tous les réactifs sur de la glace avant utilisation et remettez-les immédiatement dans la glace après chaque ajout pour maintenir l’activité et la régularité.

  1. Ajoutez 10 μL de cocktail de sélection par 1 × 107 cellules (voir le tableau des matériaux). Mélangez doucement et faites couver à température ambiante pendant 15 minutes.
  2. Ajouter 5 μL de billes magnétiques par 1 × 107 cellules (voir le tableau des matériaux). Mélangez doucement et faites couver à température ambiante pendant 10 minutes.
    REMARQUE : Faites vibrer vigoureusement les billes magnétiques pendant 30 secondes avant utilisation pour assurer une dispersion uniforme.

5. Séparation magnétique

  1. Placez un tube à fond rond en polystyrène de 5 mL contenant l’échantillon de cellule marquée dans le support de séparation magnétique (voir le tableau des matériaux).
  2. Ajoutez un tampon au tube pour porter le volume total à 2,5–3 mL. Incubez pendant 5 minutes à température ambiante.
  3. Effectuez la séparation : En tenant l’aimant et le tube ensemble comme une seule unité, inversez-les pour verser le surnageant dans un nouveau tube de collecte. Cette fraction collectée contient les cellules PDPN négatives ; Garde ce tube sur glace.
    REMARQUE : Ne retirez pas le tube du support magnétique pendant cette étape, car cela perturberait la séparation et provoquerait l’échec de la procédure.
  4. Répétez les étapes 5.1–5.3 3 fois. À chaque fois, ajoutez du tampon au tube d’origine de l’aimant, attendez 5 minutes, puis versez le surnageant dans le même tube de collecte de fractions négatives utilisé à l’étape 5.4.
  5. Après le lavage final, retirez le tube contenant les cellules liées magnétiquement du support. Ce tube contient la fraction cellulaire positive au PDPN.
  6. Ajoutez 3 mL de tampon pour resuspendre les cellules positives. Transférez cette suspension dans un tube neuf et étiqueté (le tube à fraction positive).

6. Collecte, culture et validation des cellules cibles

  1. Comptez les cellules provenant des tubes à fraction positive et négative. Enregistrez le rendement des cellules pour chaque fraction.
  2. Centrifugez la suspension à cellule de fraction positive à 300 × g pendant 3 minutes. Jetez le surnageant.
  3. Resuspendez le pellet cellulaire dans un milieu de culture Alpha MEM contenant 16,5 % de FBS. Ajustez la densité cellulaire selon les besoins et ensemencez les cellules en plaques de culture ou en flasques.
  4. Incubez les cellules à 37 °C dans un incubateur à 5 % de CO₂.

7. Préparation de l’échantillon pour la pureté et la validation fonctionnelle

  1. Comptez les cellules et ensemencez-les sur un bol de culture de 100 mm à une densité de 3 × 106 cellules par bol dans 12 mL de milieu de culture. Vingt-quatre heures après le semis, observez l’attachement des cellules. Remplacez le milieu de culture par un nouveau substrat pour éliminer les billes magnétiques résiduelles et les cellules non adhérentes.
  2. Prélèvez les cellules par trypsinisation. Pipettez doucement de haut en bas 10 à 15 fois pour déloger et retirer les billes magnétiques et les anticorps résiduels.
  3. Évaluer le pourcentage de cellules PDPN-PE positives par cytométrie en flux (voir Fichier Supplémentaire 1 pour le protocole détaillé).
  4. Collectez les cellules pendant la phase de croissance logarithmique. Ensemenz-les dans une plaque de 96 puits. À différents moments (0 h, 24 h, 48 h, 72 h), ajoutez un réactif CCK-8 (voir le tableau des matériaux) et mesurez l’absorbance selon les instructions du fabricant. Tracez une courbe de prolifération à partir des données.

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Résultats

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Le principe global et le flux de travail de l’expérience sont illustrés à la Figure 1. Toutes les données expérimentales ultérieures sont basées sur des cellules du passage 5. Après séparation magnétique, les cellules PDPN+ obtenues ont été cultivées pendant 24 à 48 heures. Après avoir remplacé le milieu de culture pour éliminer les cellules non adhérentes et les billes magnétiques résiduelles potentielles (Figure 2A)...

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Discussion

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Dans cette étude, nous avons établi un protocole basé sur des billes magnétiques pour isoler les cellules PDPN+ des MSC dérivées de la moelle osseuse. Cette approche permet un enrichissement efficace de la sous-population positive au PDPN tout en maintenant une prolifération/activité métabolique basée sur le CCK-8 dans les conditions testées.

Comparée aux méthodes conventionnelles de tri immunomagnétique direct, l’avantage le plus significatif de cette stratég...

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Déclarations de divulgation

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Les auteurs n’ont aucun conflit d’intérêts à déclarer.

Remerciements

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Nous tenons à exprimer notre gratitude au professeur Bian Liming et au professeur Zhang Kunyu de l’École des sciences biomédicales et du génie, campus international, Université de technologie de Chine du Sud, pour leur fourniture de cette plateforme expérimentale et de leurs orientations. Ce travail a été financé par la Fondation chinoise des sciences postdoctorales (2023M734022), la Fondation de recherche fondamentale et appliquée du GuangDong (2023A151111162) et la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (82502983).

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
Kit d'essai de viabilité cellulaire 7-AADKeyGENKGD1202-50
Bloqueur anti-humain CD32 (bloqueur Fc gamma RII)STEMCELL Technologies18520
TamponSTEMCELL Technologies20104Tampon
CCK-8MeilunbioMA0218-5
Particules magnétiques de dextranSTEMCELL Technologies50100Particules magnétiques
Sérum bovin fœtalGibco16050-122
MagnetSTEMCELL Technologies18000support de séparation magnétique
Médium Alpha MEMGibcoC12571500BTMédium Alpha MEM (82,5%) + FBS (16,5%) + Penicillin-Streptomycin (1,0%)
CMSKeyGENKGG5575-1Cellules souches mésenchymateuses dérivées du moelle osseuse humaine
Anticorps anti-humain PDPN conjugué à la PEABclonalA26770PDPN-PE
Cocktail de sélection PESTEMCELL Technologies18151Cocktail de sélection
Penicillin-StreptomycinGibco15140122
Trypsine-EDTAGibco25200-072

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Mots-clés

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