פרוטוקול זה מאפשר בידוד של מספיק כונדרוציטים ראשוניים תוך 6-8 שעות, ומאפשר חקירות מעמיקות נוספות של ביולוגיה של סחוס ומנגנוני מחלת סחוס.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
פרוטוקול זה מאפשר בידוד של מספיק כונדרוציטים ראשוניים תוך 6-8 שעות, ומאפשר חקירות מעמיקות נוספות של ביולוגיה של סחוס ומנגנוני מחלת סחוס.
הרס הסחוס המפרקי מוביל לשינוי בפעילות הכונדרוציטים, המהווה גורם סיבתי עיקרי במגוון מחלות סחוס, כולל דלקת מפרקים ניוונית (OA) ודלקת מפרקים שגרונית (RA). כסוג התאים הנפוץ ביותר בסחוס, מחקר מעמיק של התכונות הביולוגיות של כונדרוציטים חיוני לפיתוח אסטרטגיות יעילות לטיפול במחלות. בידוד ותרבות של כונדרוציטים ראשוניים מספקים חומרי ניסוי חשובים לחקירת מחלות סחוס ותורמים לחשיפת מנגנוני הפגיעה ותיקון הסחוס. פרוטוקול זה מספק תיאור מפורט של שיטות הבידוד והתרבות במבחנה עבור כונדרוציטים ראשוניים שמקורם בעכברים. על ידי שימוש בפרוטוקול קולגנאז II האופטימלי, ניתן להשלים בידוד כונדרוציטים תוך 8 שעות עבור דגימות סחוס מפרק הברך של עכברים יילודים. תפוקת התאים היא כ-1-2 ×-10³ תאים/מ"ג של רקמת סחוס, משתנה בהתאם לטריות הרקמה וצפיפות התאים הראשונית; התאים המבודדים מציגים >90% כדאיות. פרוטוקול זה משתמש בכונדרוציטים ראשוניים של עכברים כדוגמה, המציג את המאפיינים המורפולוגיים ומצב ההדבקה של תאים שגודלו במשך 1, 2 ו-5 ימים לאחר הבידוד. תגובת שרשרת פולימראז כמותית של שעתוק הפוך (RT-qPCR) וכתמים מערביים הראו כי טיפול באינטרלוקין-1β (IL-1β) הפחית את הקולגן מסוג II אלפא 1 (Col2a1) והגביר את ביטוי מטריקס מטאלופפטידאז 13 (Mmp13), מה שמאשר כי כונדרוציטים מבודדים מגיבים לגירויים דלקתיים. בהשוואה לשיטות קונבנציונליות, פרוטוקול זה משתמש בריכוז קולגנאז גבוה יותר כדי להפחית את ההשפעה של זמן בידוד ממושך על כדאיות התא, תוך הימנעות מנזק פוטנציאלי לתאים מטיפול בטריפסין. הכונדרוציטים הראשוניים המתקבלים הם טהורים וברי-קיימא, ומתאימים למחקרים מעמיקים על מנגנונים הקשורים לפגיעות סחוס, שיש להם השלכות חשובות על מחקר במבחנה ועל הטיפול הקליני במחלות סחוס.
הרס סחוס מפרקי הוא גורם עיקרי למחלות סחוס שונות, כגון OA ו-RA 1,2. כונדרוציטים, סוג התאים השולט בסחוס, חיוניים לשמירה על הומאוסטזיס ולהקלה על תיקון בתגובה לפציעה3. שינויים בפעילות הכונדרוציטים לא רק משפיעים על השלמות המבנית של הסחוס אלא גם גורמים לתגובות דלקתיות וניוון רקמות מתקדם4. לכן, חקירה מעמיקה של התכונות הביולוגיות של כונדרוציטים היא חיונית להבהרת האטיופתוגנזה של מחלות אלו.
בשנים האחרונות, תפקידם של כונדרוציטים בתגובות דלקתיות זכה לתשומת לב הולכת וגוברת. מחקרים הראו כי ציטוקינים דלקתיים, כגון IL-1β וגורם נמק גידול-α (TNF-α), פוגעים באופן משמעותי בתהליכים המטבוליים של כונדרוציטים, וכתוצאה מכך ביטוי מוגבר של אנזימים מפרקי מטריצה וירידה בסינתזת המטריצה 5,6,7. שינויים אלה מובילים בסופו של דבר לניוון הדרגתי של הסחוס ולתפקוד לקוי של המפרקים. לכן, חקירת השינויים הביולוגיים של כונדרוציטים בתנאים פתולוגיים בתוך מודלים במבחנה הפכה להכרחית במיוחד. בהתבסס על תרבות חד-שכבתית דו-ממדית מסורתית (2D), ההתקדמות האחרונה בתרבית כונדרוציטים תלת מימדית (3D) וטכנולוגיות אורגנואידים אומצו יותר ויותר במחקר הקשור לסחוס. מערכות מעודנות אלה מציעות מיקרו-סביבה רלוונטית יותר מבחינה פיזיולוגית ומספקות תובנות חשובות לגבי התנהגות כונדרוציטים בהקשרי מחלה8.
בחירת מקור התא קובעת באופן קריטי אם ממצאים במבחנה מסכמים במדויק את הפתופיזיולוגיה של המפרקים. בניגוד לקווי כונדרוציטים אימורטליים או צמחי סחוס, כונדרוציטים ראשוניים שומרים על הרקע הגנטי המקומי, מסלולי איתות סידן רגישים למכניקה ויציבות פנוטיפית של סחוס מפרקי, ובכך מציגים יכולת כונדרוגנית מעולה והתנהגויות ביולוגיות המשקפות יותר את אלה של תאי סחוס תושבים9. הבדלים שיטתיים במקורות איתות סידן ותעלות יונים מרכזיות ומסלולים במורד הזרם תועדו בין כונדרוציטים ראשוניים לקו התאיםATDC5 10. כתוצאה מכך, כאשר חוקרים פיזיולוגיה או פתולוגיה של המפרקים, יש לתת עדיפות לכונדרוציטים ראשוניים. לכן, אופטימיזציה של הבידוד והתרבות של כונדרוציטים ראשוניים חיונית למידול מדויק של ביולוגיה הקשורה למחלות ולחקר תרופות טיפוליות פוטנציאליות 11,12,13,14,15. עם זאת, השיטות הקיימות פוגעות בכדאיות התא או בשלמות הפנוטיפ עקב עיכול ממושך16,17.
כאן, אנו מתארים פרוטוקול לבידוד ותרבות במבחנה של כונדרוציטים ראשוניים שמקורם ברקמת סחוס של עכבר, המניב במהירות מספיק תאים. בהשוואה לפרוטוקולי עיכול ממושכים קונבנציונליים בריכוז אנזימים נמוך, מחקר זה ייעל את תנאי עיכול האנזימים ושלבי הטיפול המקדים ברקמות. אופטימיזציה זו הפחיתה משמעותית את זמן העיכול ל-6-8 שעות תוך הימנעות מנזק פוטנציאלי לתאים מטיפול בטריפסין15,17. בשיטה זו ניתן להשיג כ-1-2 ×10-3 כונדרוציטים מכל מ"ג רקמת סחוס של עכבר. פרוטוקול זה מציע מדריך אמין לבידוד וטיפוח כונדרוציטים ראשוניים במבחנה, ומספק מודל חזק למחקרי מחלות סחוס.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כל הניסויים בבעלי חיים אושרו על ידי ועדת האתיקה של בית החולים שיאן הונג-הווי (מס' 202309009), ונהלי הניסוי דבקו בקפדנות בעקרונות 3R של החלפה, הפחתה וליטוש לניסויים בבעלי חיים.
איור 1A ממחיש תרשים סכמטי של הכנת ריאגנטים וציוד. טבלת החומרים כוללת מידע על הריאגנטים והציוד המשמשים בפרוטוקול זה.
1. עכברי ניסוי
הערה: במחקר זה נעשה שימוש בארבעה עכברים בני 3 ימים מסוג C57BL/6J.
2. איסוף ועיבוד דגימות סחוס

איור 1: זרימת עבודה פשוטה יותר של הכנת חומרים ועיבוד דגימות סחוס. (A) דיאגרמה סכמטית של הגדרת ריאגנטים וציוד, כולל ריאגנטים, חומרים מתכלים ומכשירים עיקריים. (B) פרוטוקול צעד-אחר-צעד לעיבוד רקמות סחוס ממפרקי ברכיים של עכברים. קיצורים: PBS = מי מלח חוצץ פוספט. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
3. בידוד ותרבות של כונדרוציטים ראשוניים

איור 2: הליך פשוט עבור עיכול רקמת סחוס, בידוד תאים ראשוניים ותרבית. הסחוס נטחן ועוכל ברציפות עם תמיסת עיכול קולגנאז II בריכוז גבוה למשך 15 דקות, חזר על עצמו פעם אחת, ולאחר מכן עוכל עם תמיסת עיכול קולגנאז II בריכוז נמוך למשך 6-8 שעות כדי לבודד את התאים. לאחר מכן הרקמה המעוכלת סוננה, והפילטר נאסף וצנטריפוגה. כדור התא נשטף עם PBS 1x ותורבת במדיום DMEM/F12 עד שהמפגש הגיע ל-70%, ואז התאים היו מוכנים לניסויים הבאים. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
4. אימות פונקציונלי של כונדרוציטים ראשוניים

איור 3: דיאגרמה סכמטית של תוכנית האימות הפונקציונלי של כונדרוציטים ראשוניים. מצבים דלקתיים הנגרמים על ידי טיפול ב-IL-1β; השפעות על פנוטיפים הקשורים לסחוס שהוערכו על ידי RT-qPCR וכתמים מערביים. קיצורים: IL-1β = אינטרלוקין-1β; RT-qPCR = תגובת שרשרת פולימראז כמותית של שעתוק הפוך. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
| תנאי זרימת עבודה של Western Blotting | |
| צעד | מצב / מגיב |
| הכנת ג'ל SDS-PAGE | 8% (w/v) ג'ל הפרדה Tris-HCl |
| אלקטרופורזה בערימה | 80 וולט, 30-40 דקות |
| פתרון אלקטרופורזה | 120 וולט, 1–1.5 שעות |
| העברה | חצי יבש, 15 וולט, 30-60 דקות |
| חסימת | חוצץ חסימה מהיר, שעתיים בטמפרטורת החדר |
טבלה 1: תנאי זרימת עבודה של Western Blotting. סיכום תנאי הכתם המערבי, כולל הרכב SDS-PAGE, פרמטרים של אלקטרופורזה, הגדרות העברה והליך חסימה.
| תערובת תגובת שעתוק הפוך | |
| רכיב | נפח (μL) |
| 5× מאגר תגובת טרנסקריפטאז הפוך של טרנסקריפטור | 4 |
| תערובת דאוקסינוקלאוטידים (10 מ"מ כל אחד) | 2 |
| מעכב RNase מגן (40 U/μL) | 0.5 |
| טרנסקריפטור טרנסקריפטאז הפוך (20 U/μL) | 0.5 |
| מים ללא נוקלאז | עד 20 |
| נפח כולל | 20 |
טבלה 2: תערובת תגובת שעתוק הפוכה. הרכב תגובת שעתוק הפוך לסינתזת cDNA.
| מידע ראשוני עבור RT-qPCR של כונדרוציט ראשי של עכבר | ||||
| שם הגן | רצף (5'3 ') | טמפרטורת חישול (°C) | ||
| mGapdh | קדימה | TGGCCTTCCGTGTTTCTAC | 60 | |
| הפוך | GAGTTGCTGTTGAAGTCGCA | |||
| mCol2a1 | קדימה | TGACCTCAACTACATGGTCTACA | 60 | |
| הפוך | CTTCCCATTCTCGGCCTTG | |||
| מממ13 | קדימה | CTTCTTCTTGTTGAGCTGGACTC | 60 | |
| הפוך | CTGTGGAGGTCACTGTAGACT | |||
טבלה 3: מידע ראשוני עבור RT-qPCR של כונדרוציט ראשוני של עכבר. רצפים וטמפרטורת חישול (60 מעלות צלזיוס) של פריימרים המשמשים לכימות תעתיקי Gapdh, Col2a1 ו-Mmp13 בכונדרוציטים ראשוניים של עכברים.
| תערובת תגובות RT-qPCR | |
| רכיב | נפח (μL) |
| 2 × SYBR ירוק qPCR מאסטר מיקס | 10 |
| תבנית cDNA מדוללת | 8 |
| פריימר קדמי (10 μM) | 1 |
| פריימר הפוך (10 μM) | 1 |
| נפח כולל | 20 |
טבלה 4: תערובת תגובות RT-qPCR. תערובת תגובה RT-qPCR (20 מיקרוליטר) עם תערובת מאסטר SYBR Green, תבנית ופריימרים.
| פרוטוקול רכיבה על אופניים RT-qPCR | ||
| צעד | טמפרטורה (°C) | זמן |
| דנטורציה ראשונית (×1) | 95 | 10 דק' |
| דנטורציה (×40) | 95 | 5 שניות |
| חישול / הארכה (×40) | 60 | 15 שניות |
| הארכה (×40) | 72 | 30 שניות |
| עקומת התכה (×1) | 95 55 95 | 60 שניות 30 שניות 30 שניות |
טבלה 5: פרוטוקול רכיבה על אופניים RT-qPCR. דנטורציה ב-95 מעלות צלזיוס למשך 5 שניות, חישול/הארכה ב-60 מעלות צלזיוס למשך 15 שניות, וניתוח עקומת התכה סופי בוצעו במשך 40 מחזורים.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כפי שמתואר באיור 1, איור 2 ואיור 3, ביצענו את הפרוטוקול ובודדנו בהצלחה כונדרוציטים ראשוניים ממפרקי ברכיים של עכברים. מכ-10 מ"ג של סחוס עכברים יילודים, קיבלנו כ-1 ×-10-4 תאים עם >90% כדאיות. ביום הראשון של תרבית במבחנה, כונדרוציטים ראשוניים של עכברים הפגינו מורפולוגיה מעוגלת, כאשר רוב התאים בתרחיף ועדיין לא נדבקו במלואם לתחתית צלחת התרבית. ביום השני, חלק מהתאים החלו להיצמד לצלחת התרבות והסתגלו...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בידוד ותרבית של כונדרוציטים ראשוניים חיוניים להבהרת הפתופיזיולוגיה של מחלות סחוס22. בתרבית כונדרוציטים ראשונית, אופטימיזציה של ריכוז הקולגנאז וזמן העיכול היא קריטית, מכיוון שהיא מאזנת את הפירוק של המטריצה החוץ-תאית תוך הפחתת נזק תאי פוטנציאלי17. כאן, אנו מתארים שיטה אמינה וניתנת לשחזור לבידוד כונדרוציטים ראשוניים מרקמות סחוס של עכברים. בשיטה זו ניתן להשיג כ 1-2 × 103 כונדרוציטים מכל 1 מ"ג של רקמת סחוס עכבר. גישה זו מאפשרת בידוד מהיר של מספר מספיק של כונדרוציטים ר...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחברים מצהירים שאין להם ניגודי אינטרסים.
עבודה זו נתמכה על ידי הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (מס' 82370909). איור 1, איור 2 ואיור 3 נוצרו עם Figdraw.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| 1 ופעמים; אבקת PBS (2 ליטר) | סרוויסביו | G0002-2L | |
| צלחות תרבית תאים 100 מ"מ | סרוויסביו | CCD-100 | |
| 100 μ מסננת תא M | סנגון ביוטק | F613463-0001 | |
| צינור צנטריפוגה חרוטי 15 מ"ל (סטרילי, ללא אנזימים) | סרוויסביו | EP-1501-J | |
| צינור צנטריפוגה חרוטי 50 מ"ל (סטרילי, ללא אנזימים) | סרוויסביו | EP-5001-J | |
| צלחת תרבית תאים 6 בארות | סרוויסביו | מק"ס-6H | |
| נוגדן רב-שבטי נגד COL2A1 ארנב | אימונוויי | YT1022 | נוגדנים ראשוניים; WB: 1/500 |
| נוגדן חד שבטי לעכבר נגד GAPDH | פרוטאינטק | 60004-1-IG | נוגדנים ראשוניים; WB: 1/2000 |
| נוגדן רב-שבטי נגד MMP13 ארנב | אימונוויי | YT2796 | נוגדנים ראשוניים; WB: 1/1000 |
| ספסל אספטי נקי במיוחד | תרמו פישר | 51029704 | |
| חממת תרבית תאים | תרמו פישר | 51033782 | |
| קולגנאז II | סולארביו | C8150 | |
| פריימרים מותאמים אישית (Gapdh, Col2a1, Mmp13) | סנגון ביוטק | מעוצב באמצעות Primer BLAST | |
| DMEM/F12 בינוני | שיקלון | SH30023.01 | |
| סרום בקר עוברי | אקססל | FCS500 | |
| נוגדן רב-שבטי HRP-עז נגד עכבר | אימונוויי | RS0001 | נוגדנים משניים; WB: 1/10000 |
| HRP-עז נגד ארנב נוגדן רב-שבטי | אימונוויי | RS0002 | נוגדנים משניים; WB: 1/10000 |
| מיקרוסקופ ניגודיות פאזה הפוך | אולימפוס | CKX53 | |
| מיקרופיפטה | תרמו פישר | ||
| צנטריפוגה מיניאטורית על ספסל | סונה | SN-TDL-6 | |
| להב כירורגי מס' 11 | סרוויסביו | QXJZ-11 | |
| תמיסת פניצילין-סטרפטומיצין(100X) | ביוטיים | ג0222 | |
| סט מכשירי נתיחה לבעלי חיים קטנים | סרוויסביו | QXTZ01 |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.