Per questo protocollo, cartilagine ginocchio equina è stata ottenuta da cavalli che erano morto da altre cause di osteoartrite. Tessuto è stato ottenuto con il permesso dei proprietari, in linea con i regolamenti etici istituzionali.
Nota: Questo protocollo descrive la fabbricazione di impalcature da decellularizzati cartilagine equina, che può essere utilizzato per applicazioni come le piattaforme di coltura di tessuti in vitro o in vivo l'impianto nelle strategie di medicina rigenerativa. La procedura di trattamento enzimatico deve essere eseguita nell'ordine cronologico descritto.
1. raccolta di cartilagine articolare da donatore (cadaverico) giunti
- Avanti del passo raccolto, preparare 1 L di cartilagine soluzione di lavaggio, consistente in sterile tampone fosfato salino (PBS), completato con penicillina 100 U/mL, 100 µ g/mL di streptomicina e 1% (v/v) amfotericina b.
- Indossare un camice da laboratorio e guanti durante l'intera procedura di raccolta, poiché il donatore può trasportare gli agenti patogeni.
- Ottenere un giunto intatto (cadaverico) per l'isolamento di cartilagine.
Nota: A questo punto, la pelle intorno all'articolazione è ancora intatta. Cartilagine equina soffocare ottenuta da cavallo è stata usata in questo protocollo, ma possono essere utilizzati anche altri giunti da altre specie.
- Togliere la pelle che si trova intorno alla zona comune di interesse usando un bisturi e una pinzetta chirurgica. Inoltre, è possibile rimuovere eccessivo tessuto grasso e muscolo, se necessario, senza danneggiare il giunto sottostante. Facoltativamente, è possibile trasferire il cadavere preparato a una cappa di sicurezza biologica.
- Per eseguire un'artrotomia, vale a dire, una separazione del giunto, innanzitutto definire la posizione in cui l'articolazione si articola mediante l'esecuzione di estensione e flessione dell'articolazione.
- Rimuovere con attenzione più strati di grasso, muscoli e tendini con un bisturi e pinzette chirurgiche per aprire la zona comune.
- Fare un'incisione per raggiungere la cavità articolare.
Nota: La cavità articolare è riempita di liquido sinoviale, che può gocciolare dalla cavità quando si esegue un'incisione corretta.
- Continuare ad aprire completamente il giunto di taglio attraverso i tendini che tengono insieme l'articolazione.
- Ispezionare la cartilagine per eventuali danni macroscopici.
Nota: Se la cartilagine articolare non ha un aspetto lucido e liscio o evidente formazione di vesciche, fessure o difetti sono presenti, eliminare la cartilagine.
- Utilizzare un bisturi sterile per rimuovere la cartilagine dall'osso subcondrale. Tagliare tutta la strada fino all'osso subcondrale anche rimuovere la zona profonda della cartilagine (Figura 1). Per impedire che la cartilagine seccarsi, regolarmente gocciolare cartilagine soluzione di lavaggio sulla cartilagine.
Nota: In questo momento, non importa la dimensione delle fette della cartilagine.
- Raccogliere le fette di cartilagine in provette da 50 mL contenente precedentemente preparato della cartilagine (Figura 2A) di soluzione di lavaggio.
- Dopo aver raccolto la cartilagine da tutte le aree di interesse, snap congelare le fette di cartilagine in azoto liquido per 5 min.
- Trasferire le fettine di cartilagine in provette da 50 mL e lyophilize immediatamente le fette di cartilagine per 24 h in un congelamento essiccatore. Impostare il congelamento essiccatore a circa 0.090 mbar mentre il condensatore di ghiaccio è da-51 ° C (Figura 2B).
- Memorizzare le fette di cartilagine in un luogo asciutto a temperatura ambiente fino al successivo utilizzo.
Nota: Fino al punto di formazione del patibolo, le soluzioni e la cartilagine non è necessario essere preparati e trattati in modo sterile.
2. creazione di Decellularized particelle di cartilagine
- Immergere le fette di cartilagine liofilizzato in azoto liquido.
- Macinare direttamente i campioni manualmente o mediante una fresatrice. Durante la molatura a mano le fette di cartilagine, utilizzare un mortaio e pestello e macinare le fette per circa 45 min fino a quando essi sono polverizzati (Figura 2 e 2D). Durante la molatura automaticamente, è possibile utilizzare una fresatrice alla sua velocità pre-impostati per pochi secondi fino a un minuto, fino a quando le fette di cartilagine snap-congelati sono polverizzate.
Nota: Pre-raffreddare il mortaio o il macinacaffè della fresatrice con l'aggiunta di azoto liquido. Quando si utilizza una fresatrice, assicurarsi che tutte le particelle sono terra, e che le particelle non soggiorno nella parte inferiore del vano di macinazione.
- Passare al setaccio le particelle di cartilagine per sbarazzarsi di più grandi parti utilizzando un setaccio con maglie di dimensioni 0.71 mm.
- Memorizzare le particelle in un luogo asciutto a temperatura ambiente.
3. enzimatica decellularizzati con tripsina 0.25%-EDTA
- Preparare la soluzione di digestione, costituito da 0,25% tripsina con EDTA completato con penicillina 100 U/mL, 100 μg/mL di streptomicina e 1% (v/v) amfotericina B. Store la soluzione a 4 ° C.
Nota: Trypin è una proteasi che degrada le proteine residenti nel tessuto della cartilagine. Questo passaggio enzimatico aprirà la struttura densa della cartilagine.
- Riempire le provette da 50 mL con le particelle di cartilagine polverizzato fino ad un volume di circa 7,5 mL per tubo.
-
Incubare le particelle di cartilagine con la soluzione preparata digestione a 37 ° C per 24 h in totale, durante l'aggiornamento la soluzione di digestione ogni 4 h.
- In primo luogo, aggiungere 30 mL di soluzione di digestione per ogni provetta da 50 mL contenente particelle di cartilagine.
- Quindi, risospendere le particelle utilizzando un vortice o una pipetta in modo che tutte le particelle sono esposti a soluzione enzimatica.
- Incubare i campioni per 4 h a 37 ° C su un rullo.
- Per aggiornare la soluzione di digestione, centrifugare le provette per 20 min a 3113 x g per provocare la sedimentazione delle particelle di cartilagine. Scartare il surnatante.
Nota: Il surnatante diventerà più chiaro con ogni periodo di incubazione di tripsina.
- Ripetere il passaggio 3.3.1–3.3.4 fino a quando le particelle sono state incubate con la soluzione di digestione per 6 cicli di 4 h.
- Dopo l'ultimo ciclo, rimuovere il supernatante dopo centrifugazione e lavare le particelle in 30 mL di soluzione di lavaggio due volte della cartilagine. Centrifugare le particelle per 20 min a 3113 x g tra ciascuno dei lavaggi.
4. enzimatica decellularizzati con nucleasi trattamento
- Preparare un 10 mM Tris-HCl soluzione a pH 7.5 in acqua deionizzata.
- Aggiungere 50 desossiribonucleasi U/mL e 1 ribonucleasi U/mL al buffer di Tris-HCl, per ottenere la soluzione di nucleasi.
Nota: Questo passaggio viene eseguito per degradare specificamente desossiribonucleasi e ribonucleasi.
- Per rimuovere la cartilagine soluzione dalle particelle della cartilagine (punto 3.4) di lavaggio, centrifuga per 20 min a 3.113 x ge rimuovere il surnatante.
- Aggiungere 30 mL di soluzione di nucleasi le particelle di cartilagine e mescolare le particelle attraverso la soluzione, assicurandosi che tutte le particelle sono esposti alla soluzione di nucleasi.
- Incubare i campioni su un rullo per 4 h a 37 ° C.
- Rimuovere la soluzione di nucleasi mediante centrifugazione le particelle di cartilagine per 20 min a 3.113 x g e scartare il surnatante.
- Lavare i campioni con l'aggiunta di 30 mL di 10 mM Tris-HCl soluzione senza la desossiribonucleasi e ribonucleasi alle particelle di cartilagine. Risospendere le particelle e lasciare i campioni su un rullo per 20 h a temperatura ambiente.
5. detergente decellularizzazione
- Rendere la soluzione detergente sciogliendo 1% (v/v) octoxynol-1 in PBS.
- Rimuovere la soluzione di Tris-HCl dalle particelle di cartilagine di centrifugazione per 20 min a 3.113 x g e scartare il surnatante.
- Aggiungere 30 mL di soluzione detergente preparata 1% per le particelle di cartilagine. Risospendere le particelle di cartilagine delicatamente per evitare la formazione di schiuma della soluzione.
Nota: Questo passaggio si rompe le membrane cellulari.
- Incubare i campioni su un rullo per 24 h a temperatura ambiente su un rullo.
- Rimuovere la soluzione detergente mediante centrifugazione per 20 min a 3.113 x g e scartare il surnatante.
-
Per rimuovere tutti i resti delle soluzioni decellularizzazione, lavare le particelle di cartilagine in 6 cicli di 8 h in 30 mL di soluzione di lavaggio della cartilagine. Eseguire lavaggio su un rullo a temperatura ambiente.
- Per modificare il lavaggio successivo, centrifugare la sospensione per 20 min a 3.113 x g, scartare il surnatante e aggiungere cartilagine fresca soluzione di lavaggio.
- Lasciare l'ultimo lavaggio nei tubi e memorizzare le particelle di cartilagine decellularizzati a-80 ° C.
6. creazione di ponteggi dalle particelle decellularizzate
- Se le particelle sono state conservate a-80 ° C, scongelare i tubi chiusi che contengono le particelle di cartilagine in acqua calda prima di creare i ponteggi.
- Trasferire le particelle di cartilagine con un piccolo mestolo in uno stampo cilindrico, ad esempio, un flaconcino di plastica con un diametro di 8 mm e un'altezza di 2 cm.
- Quando si posizionano le particelle di cartilagine nello stampo plastica, premere le bolle d'aria-fuori per evitare di cavità sul patibolo e riempire lo stampo fino al bordo.
Nota: Sarà più difficile prendere i ponteggi fuori uno stampo di metallo dopo la formazione dell'impalcatura, che può portare a crepe nell'impalcatura.
- Congelare gli stampi con particelle di cartilagine per 10 min a-20 ° C.
- Lyophilize i ponteggi di cartilagine all'interno di loro stampi per 24 h in un congelamento essiccatore.
- Dopo liofilizzazione, prendere l'impalcatura fuori dallo stampo (Figura 3) e loro legame incrociato con ultravioletto (UV) luce a distanza di 30 cm e 365 nm durante la notte.
- Per poter utilizzare i ponteggi per la coltura cellulare in vitro o in vivo dell'impianto, sterilizzare le impalcature con, ad esempio, di etilene ossido (EtO).
Nota: La Sterilizzazione EtO è eseguita da una parte esterna.
7. caratterizzazione delle impalcature decellularizzate con colorazioni istologiche
Nota: Per garantire la completa decellularizzazione e di visualizzare il carattere naturale rimanente della cartilagine, eseguire stainings istologici diversi prima di utilizzare i ponteggi in qualsiasi esperimento, compresi ematossilina ed eosina (H & E) colorazione per garantire decellularizzazione, Safranina-O macchiatura per visualizzare presenza residua di GAG, collagene di tipo I immunohistochemistry per distinguere tra il contenuto di collagene e collagene tipo II immunohistochemistry per distinguere tra il contenuto di collagene.
- Tagliare i ponteggi a fettine di circa 3 mm con un bisturi.
Nota: Se i ponteggi sono tagliati in dimensioni più grandi o più piccole, le durate dei cicli di disidratazione devono essere adattati.
- Incorporare i ponteggi in un calo del 4% (p/v) alginato e indurre il cross-linking aggiungendo un simile volume di formalina tamponata non 3,7% che contiene 20 mM CaCl2.
Nota: Incorporamento di alginato rende le fette di impalcature e più rigido rispetto alla procedura di lavaggio prima dell'inclusione in paraffina. Nel caso che i ponteggi sono cellula-seminato o in vivo impiantato, alginato incorporamento non è necessario, come la composizione di impalcature sarà abbastanza resistente a causa di incorporazione di ECM da parte delle cellule.
- Disidratare i campioni da inserendoli in una serie di etanolo graduato, a partire con un'ora cicli del 70%, 96%, etanolo 96%, 100% e 100%, seguiti da due cicli di 1h di xilene e termina con due cicli di 1h di paraffina a 60 ° C.
- Dopo la disidratazione, paraffina-incorporare i campioni in uno stampo e raffreddare i campioni.
- Tagliare i campioni con un microtomo a fette spesse di 5 μm.
- Prima della colorazione, reidratare i campioni ponendoli in una serie di etanolo graduato restituito. Iniziare con due lavaggi di xilene per 5 min, seguita da 2 lavaggi di etanolo 100%, 95% e 70% per 3 min a lavaggio. Infine, lavare i campioni 3 volte in acqua per 2 min.
Nota: In caso di utilizzo di alginato per processare i campioni per inclusione a paraffina, assicuratevi di lavare via l'alginato con acido citrico 10 mM prima della reidratazione delle sezioni di paraffina.
- Macchiare i campioni con ematossilina ed eosina, Safranina-O, collagene I ed il collagene II come precedente descritto11.
8. caratterizzazione delle impalcature decellularizzate con analisi Quantitative
- Ottenere il digest di papaina delle impalcature come descritto in precedenza11.
- Eseguire un test con un kit di quantificazione del DNA fluorescenza-basata per misurare il contenuto di DNA double-strand di impalcature per garantire completa decellularizzati. Seguire il protocollo fornito dal produttore. Esprimere la quantità di DNA per peso a secco dell'impalcatura.
- Eseguire un'analisi di metilmetilene blu per quantificare il resto delle gag all'interno il patibolo, come descritto in precedenza11. Esprimere la quantità in GAG al DNA.
9. semina la chiodatura decellularizzati
- Tagliare scaffold sterilizzati dal passaggio 6.7 in 3mm fette spesse.
- Trasferire le impalcature in pozzetti separati di una piastra a 6 pozzetti.
- Reidratare impalcature con mezzo di coltura cellulare di pipettaggio 1 mL di terreno in cima al patibolo e lasciare in ammollo per 30 min. utilizzare chondrocyte o medio di espansione delle cellule staminali mesenchimali (MSC).
Nota: Utilizzare lo stesso mezzo per reidratazione dell'impalcatura per quanto riguarda la coltura delle cellule delle cellule che verrà effettuato il seeding. Medio di espansione di condrociti è costituito da supporti di Dulbecco modificati (DMEM) con 10% inattivati siero bovino fetale (FBS), 100 U/mL di penicillina, 100 μg/mL di streptomicina e 10 ng/mL del fibroblasto (FGF-2) fattore di crescita-2. Medio di espansione di MSC è costituito da minimo essenziale medio alfa (a-MEM) con 10% calore-inattivati FBS, 0,2 mM 2-fosfato dell'acido L-ascorbico, 100 U/mL di penicillina, 100 μg/mL di streptomicina e 10 ng/mL FGF-2.
- Preparare 3 x 106 cellule in 100 μL di mezzo, che è il volume richiesto per ogni ponteggio con un diametro di 8 mm e un'altezza di 3 mm.
Nota: Più tipi di cellule appartenenti a specie diverse possono essere utilizzati per la semina. Quando si utilizza condrociti o cellule stromali mesenchimali, isolare le celle come descritto in precedenza11. Quando si utilizza condrociti, assicurarsi che essi sono stati espansi non passato il passaggio P1 al fine di ridurre al minimo il numero dei chondrocytes dedifferentiated. Quando si utilizza cellule stromali mesenchimali, essi devono essere testati sulla loro capacità per differenziazione multi-lignaggio, come descritto in precedenza14.
- Pipettare 50 μL di sospensione cellulare in cima al patibolo pre-impregnato di preparato e incubare il patibolo per 1h a 37 ° C.
- Attentamente girare il patibolo testa in giù, dispensare il restante 50 µ l di sospensione cellulare su questo lato dell'impalcatura e incubare per 1h a 37 ° C.
- Dopo l'incubazione, aggiungere 3 mL di mezzo di pozzetti e cultura i ponteggi cella-seminato a 37 ° C. Gestire la piastra di coltura con delicatezza per evitare il distacco delle cellule.
- I ponteggi della cultura per il periodo di tempo necessario per l'esperimento e cambiare il mezzo di 2 – 3 volte a settimana. Pipettare lentamente e quanto lontano dal patibolo come possibile.
- Dopo la coltura dell'impalcatura delle cellule seminate, tagliare i ponteggi a metà ed elaborarli per istologia e analisi biochimiche.