מערכת 3D עבור chondrocytes culturing האדם במפרק של נוזל סינוביאלי
בעבודה זו, אנו במארז chondrocytes במפרק האדם חרוזים אלגינט באמצעות ייצור שונה, הציע אנקפסולציה פרוטוקול (Lonza, ו 31). באמצעות אלה בונה 3D, פיתחנו מערכת של תאים culturing במדיום תרבות המכיל אחוזי מגוונת של נוזל סינוביאלי אנוש העריכו אלה בונה 3D עבור ביטוי גנים הסחוס.
1. הכן chondrocytes במפרק האנושי (HAC) אנקפסולציה (3D) תלת מימדי
- הפשירי בקבוקון (1 מ"ל) של כונדרוציטים במפרק האנושי (HAC) (Lonza) (מעבר 2) ב 37 ° C אמבט מים במשך דקות 1.
- מערבבים עם 1ml של התקשורת צמיחה chondrocyte (Lonza) ו צנטריפוגות בסל"ד 3000 3-5 דקות כדי לאסוף את התאים. בטל supernatant.
- Resuspend תא גלולה בתקשורת צמיחה chondrocyte (Lonza).
- פלייט תאים ברקמות 10 ס"מצלחת תרבות (BD Biosciences), והתרבות בתקשורת צמיחה chondrocyte (Lonza) עד התאים ומחוברות. HACs יש להשתמש במספר המעבר לא יותר מאשר 3 או 4 (P3 או P4).
- לשטוף HACs בצלחת בקוטר 155 מ"מ עם NaCl במקום PBS סטנדרטי, ואחריו trypsinzation לאסוף תאים אנקפסולציה אלגינט חרוז. ברגע תאים מנותקים, ספין למטה את התאים ב 3000rpm עבור 5min. התאים מוכנים כעת אנקפסולציה 3D.
2. לתמצת HACs לתוך חרוזים 3D
Resuspend HACs בפתרון אלגינט 1.2% (Sigma) בצפיפות של 5 8x10 תאים / מ"ל. מספרים סלולריים נקבעו לפני אנקפסולציה, באמצעות דלפק תא רגיל. חשוב מאוד לערבב היטב על מנת להבטיח אפילו חלוקת התאים החרוזים.
- פיפטה HAC / פתרון אלגינט התערובת לתוך מזרק 12 מ"ל מצורף מחט 22-מד (Tyco הבריאות, Inc).
- בינתיים, להכין כוס 50 מ"ל עם 102 מ 'M CaCl 2 בהיקף 5 פעמים כי הפתרון HAC / aginate. מניחים פס ומערבבים פנימה כוס ו לבחוש 102 mM CaCl 2 פתרון לאט (בסל"ד כ 150).
- החזק את קצה המזרק על 6 סנטימטרים מעל פני השטח של הפתרון CaCl 2 ומוסיפים את תערובת HAC / אלגינט לתוך dropwise 2 CaCl פתרון. באופן כללי, חרוזים אלגינט וכתוצאה מכך הם בקוטר 2 מ"מ עם צפיפות אנקפסולציה של כ 10 4 תאים / חרוז. הערה: גובה המזרק על פתרון 2 CaCl חשוב. מרחק קצר תגרום נפתח בצורת דמעה במקום חרוזים בצורת כדורי, גרימת שלמות מכני אחיד אנקפסולציה התא.
- בואו החרוזים ומערבבים בפתרון CaCl 2 דקות 20-25. בעוד אחרים אנקפסולציה פרוטוקולים אלגינט מצביעים על זמן דגירה קצרה בהרבה של 10min, מצאנו כי זמן דגירה ארוך עם פתרון 2 CaCl משופרת על שלמות להיותמודעות.
- הסר את הפתרון CaCl 2, לשטוף את חרוזים 2-3 פעמים 2-3 כרכים של NaCl, ואז פעם אחת בינוני בידול chondrocyte (Lonza). בעוד אחרים חרוז אלגינט פרוטוקולים אנקפסולציה לערב באמצעות מסנן עבור הנהלים כביסה לעיל, מצאנו כי חרוזים אלגינט נעשים לעתים קרובות לכודים את המסנן יבש, ובכך להקטין את היעילות של אנקפסולציה. מצאנו את זה היעילה ביותר כדי לאפשר החרוזים להתיישב לתחתית הכוס לפני השלכת הפתרון.
- השתמש מרית תקן להעברת חרוזים לתוך כלים התרבות. אנחנו בדרך כלל 12 חרוזים תרבות לכל 3 ס"מ גם עבור 2 ימים במדיום הגידול chondrocyte לאפשר chondrocytes להסתגל לתהליך אנקפסולציה במדיום הם גדלו לפני המעבר בינוני בידול chondrocyte (Lonza) עם הנוזל הסינוביאלי.
3. תרבות chondrocytes במדיום נוזל סינוביאלי תרבות
- הנוזל הסינוביאלי טריים ניתן להשיג oמרפאה utpatient (קיבלנו נוזל סינוביאלי מן המרכז הרפואי טאפטס). הנוזל הסינוביאלי ניתן להעביר צינורות 15ml בז למעבדה, ואת centrifuged מיד 3000 סל"ד במשך 15 דקות כדי להסיר את פסולת התא. Aliquot תא ללא נוזל סינוביאלי לתוך צינורות microcentrifuge 1.5 מ"ל, כדי למנוע חזרה להקפיא הפשרה. Supernatant ניתן לאחסן ב -80 ° C עד השימוש.
- לפני culturing, לערבב את נוזל סינוביאלי עם בידול בינוני chondrocyte (CDM, Lonza) בשעה משתנים יחסי נפח, עם ריכוז קבוע של חומצה אסקורבית 100mm ו - 9 מ"מ CaCl 2 (סכום זה זכר CaCl 2 היא להבטיח את תקינותו של אלגינט חרוזים).
- שמור את הצלחת על פלטפורמה נדנדה 37 ° C חממה (תדר נדנדה: כ 75 פעמים / min) כדי לסייע הפצה מזין בתוך חרוזים אלגינט, ולהפחית clumping של החרוזים. זה חשוב במיוחד כאשר אנו תרבות chondrocytes אלה במשך תקופה ארוכה של זמן (עד 4 שבועות). פתק: למרות צמיחה chondrocyte ומדיה בידול (Lonza) מכילים שני סוגי אנטיביוטיקה נפוץ gentamycin ו amphotericin, אנחנו לא כל תוספת אנטיביוטיקה כאשר השתמשנו אחוז שונות של נוזל סינוביאלי עבור culturing chondrocyte. זיהום לא נצפתה מעולם.
- שינוי בתקשורת תערובות כל 2-3 ימים. הצמיגות של הנוזל הסינוביאלי כבר משוכה גדולה chondrocytes culturing הגלום חרוזים אלגינט במהלך לטווח ארוך תרבויות. מצאנו את זה היעיל ביותר לדלל נוזל סינוביאלי בינוני בתוספת 102mm CaCl 2 (50% V / V), אשר גם מחזקת את היושרה של חרוזים אלגינט. בדרך זו, המדיום יכול לאט יוסר עם pipet, מבלי לפגוע חרוזים.
4. קציר HACs בחרוזים אלגינט ניתוח ביטוי גנים
טיפול מיוחד יש לנקוט כאשר קצירת HACs מן החרוזים אלגינט ניתוח ביטוי גנים.
- שטפו את החרוזים אלגינט 3 טיmes ב 102 mM CaCl 2 במשך כ 5 דקות בכל פעם.
- אחזר את chondrocytes ידי הוספת 55 NaCitrate mM בהיקף 4-5 פעמים כי החרוזים. חשוב כי חרוזים אלגינט שקועים לחלוטין בפתרון NaCitrate. Shake או רוק דקות 20-30.
- ספין מטה את התאים להתעלמות supernatant.
- לניתוח RT-PCR, resuspend התא גלולה במאגר תמוגה תא (Qiagen RNA הבידוד בערכה), ולהמשיך עם טיהור RNA.
5. תקן HACs בחרוזים אלגינט לניתוח היסטולוגית
טיפול מיוחד צריך להילקח לקצור את HACs מן החרוזים 3D לניתוח היסטולוגית.
- שטפו את החרוזים אלגינט 3 פעמים 102 mM CaCl 2 עבור כל פעם כ 5 דקות. כדי לחלוטין לשטוף את נוזל סינוביאלי צמיגה, מצאנו אותו היעיל ביותר כדי לשטוף עם בידול בינוני chondrocyte (Lonza) בן לילה, נדנדה תדר 37 ° C חממה נדנדה (: על 75 זמןs / min). מדיום הגידול chondrocyte שימש כדי להבטיח הישרדות chondrocyte בכביסה זה ממושך כדי לאפשר חדירה מקסימלית של הסוכן לתקן.
- תקן את החרוזים באתנול 70% בין לילה, וכדי להמשיך ניתוח היסטולוגית. כדי לבצע מכתים Dapi, דגירה חרוזים אלגינט עם Dapi פתרון (500ng/ml) עבור 1 שעות תחת נדנדה עדין ולשטוף עבור 3 פעמים עם 102mm CaCl 2 במשך 15 דקות בכל פעם. תמונות Dapi אז יכול להיות מתחת למיקרוסקופ ניאון. החרוזים יכול גם להיות מחולק על alcian הכחול ו-H & E מכתים.
6. נציג תוצאות
שיטה culturing 3D שלנו chondrocytes אדם באחוזים גבוהים של הנוזל הסינוביאלי מתואר בתרשים סכימטי שמוצג תמונה 1. לאחר chondrocytes האדם היו ארוזים בחרוזים אלגינט, הותר להם לגדול בינוני בתוספת משתנים יחסי של נוזל סינוביאלי. בגלל הצמיגות של הנוזל הסינוביאלי, זה הכרחיchondrocytes תרבות בתנאים נדנדה מתמדת כדי למנוע ובהצטברויות בונה סחוס כדי להבטיח אפילו הפצה של חומרים מזינים. חשוב גם לשטוף את החרוזים אלגינט בהרחבה לפני אחזור chondrocytes, כך לתקן או חיץ תמוגה יכולים לחדור את החרוזים (תמונה 1). מוארת (BF) בשדה תמונות של כונדרוציטים של חרוזים אלגינט מוצגים Fig.2. מכתים Dapi בוצעה לאשר הפצה usniform של תאים בתוך החרוזים (איור 2). בתום תקופת 21 הימים, תרבות, ניתוח ביטוי גנים בוצע על ידי qRT-PCR. הגן התייחסות GAPDH שימש נורמליזציה עבור PCRs כל, כפי שהוא היה נחוש בדעתו להיות אחד הגנים הפניה הכי אמין לניתוח qPCR על chondrocytes 32. דוגמה לכך היא באיור. 3, שם ניתחנו את תוצאות chondrocytes במפרק אדם בתרבית נוזל סינוביאלי ונקווה מתוך שישה חולים עם דלקת מפרקים ניוונית. בקנה אחד עם העובדה chondrocytes מLonza הורחבו בתרבויות 2D, אשר יוביל באופן בלתי נמנע בידול דה 33, מצאנו כי יום 0 chondrocytes הביעו רמות מינימלי של גנים סחוס מטריצה (איור 3). Culturing 3D של כונדרוציטים בינוני עם בידול chondrocyte (Lonza) או בינוני בתוספת נוזל סינוביאלי הגדילה משמעותית ביטוי סחוס הגן של קולגן, aggrecan ו MMP13, אשר מציין chondrocyte מחדש על ידי בידול יום 21 (Fig.3) 34. הגדלת אחוז נוזל סינוביאלי בתקשורת הביא רמות דומות של סחוס מטריצה סמנים קולגן השנייה ביטוי aggrecan mRNA (Fig.3A ו 3B). יתר על כן, chondrocytes בתרבית נוזל סינוביאלי 100% אפילו הציג ירידה סחוס משפיל MMP13 ביטוי אנזים ה-mRNA, לעומת אלה בתרבית בינוני בלבד (Fig.3C). מעניין לציין, את רמת הביטוי של מוות של תאים אינדיקטור caspase 3 בהדרגה ירדה עם הגדלת יחס של נוזל סינוביאלי, טוען כי sculturing נוזל ynovial הובילה לירידה ברמות אפופטוזיס (איור 3D). לכן, התוצאות שלנו מראות כי האדם culturing במפרק chondrocytes ברמות גבוהות של נוזל סינוביאלי בסביבה 3D היא טכנולוגיה אפשרית.
טבלאות ומספרים

באיור 1. תרשים סכמטי של השיטה על התרבות האנושית chondrocytes במפרק באחוזים גבוהים של הנוזל הסינוביאלי בחרוזים אלגינט 3D. ראשית, chondrocytes פתרון אלגינט מעורבבים. כאשר מוחל ירידה מבחינת לפתרון CaCl 2, chondrocytes הם משותקים בתוך CA-אלגינט חרוזים crosslinked הידרוג'ל. מבנים אלה הם 3D תרבותי אז עם יחס משתנה של נוזל סינוביאלי האדם במדיום בידול chondrocyte (Lonza). לאחר 21 ימים של culturing בתנאי נדנדה, חרוזים אלגינט המכיל תאים נשטפים בהרחבה לאחר מכן התאים מאוחזרות עבור הגןהביטוי ניתוח.

באיור 2. שדה מוארת (BF) ותמונות Dapi של כונדרוציטים במפרק האנושי בתרבויות במארז עם 0%, 30%, 50%, 70% ו 100% נוזל סינוביאלי. Chondrocytes היו כדורי בצורת בכל תנאי התרבות. תמונות של שדה בהיר (BF) ו Dapi היו מעולף כדי לאשר את המיקום והפצה של כונדרוציטים. ריבועי, התמונות המוגדלות. ראשי חץ, colocalization של כונדרוציטים של BF ותמונות Dapi מכתים.

באיור 3. QRT-PCR ניתוח במפרק האנושי הגלום chondrocytes ביום 0 (D0) לאחר 21 ימים של culturing (D21) במדיום להשלים עם יחס משתנה של נוזל סינוביאלי (SF) (0%, 30%, 50%, 70 % ו 100%). תוצאות של ארבע דגימות עצמאית מוצגים כאן. GAPDH שימש התייחסות פנימית עבור כל PCRs. . קולגן II ביטוי ה-mRNA. B. Aggrecan ביטוי ה-mRNA. ג. MMP13 ביטוי ה-mRNA. ד. Caspase 3 mRNA הביטוי. משמעות סטטיסטיים הוערכה ליום 0 דגימות יום 21 דגימות של 0% ו 100% נוזל סינוביאלי (SF) culturing, באמצעות תוכנה INSTAT. * מציין p <0.05.