ここでは、非透明なチタン足場に細胞生存率を検出するだけでなく、足場不純物の見え隠れを検出するためのフルオロフォアベースのイメージング技術を提示します。このプロトコルは、非透明の足場上のイメージング細胞 - 細胞または細胞 - 金属相互作用の欠点をトラブルシューティングします。
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ここでは、非透明なチタン足場に細胞生存率を検出するだけでなく、足場不純物の見え隠れを検出するためのフルオロフォアベースのイメージング技術を提示します。このプロトコルは、非透明の足場上のイメージング細胞 - 細胞または細胞 - 金属相互作用の欠点をトラブルシューティングします。
椎間板変性症と椎間板ヘルニアは、腰痛の主な原因の一つです。細胞外マトリックスの枯渇は、髄核(NP)の押し出しで最高潮に達し、椎間板の破壊につながります。現在利用可能な外科的治療は痛みを軽減しますが、脊椎の機械的機能を回復させるものではありません。脊椎の機械的特徴を維持するために、椎間板または核の全置換は広く関心を集めました。しかし、この関節形成術の時代は、既存の製品がいずれも臨床的に評価されていないため、まだ未成熟な状態にあります。
この研究は、ニットチタンワイヤーで作られた新しい核インプラントの生体適合性をテストすることを目的としています。すべての機械的な利点にもかかわらず、この材料には、結果として得られるインプラントが不透明であるため、従来の光学分析には限界があります。ここでは、足場上の骨軟骨前駆細胞のin vitroでの可視化、追跡、および生存率試験を説明する戦略を紹介します。このプロトコルは、洗浄プロトコルの効率を視覚化するだけでなく、これらおよび他の不透明な足場の生体適合性を調査するために使用できます。さらに、このプロトコルは、細胞の接着パターン、ならびに足場上/足場内の細胞生存率および増殖速度を示すために使用できます。このin vitro生体適合性試験アッセイは、不透明および不透明な足場における細胞材料相互作用を分析するための適切なツールを提供します。
慢性腰痛は多因子疾患です。椎間板変性疾患に対する低侵襲性治療の選択肢への関心は、1950年代から成長してきました。今日まで、脊柱のマルチセグメントの融合は、最も広く使用されている治療法です。以来、この方法は、多くの場合、影響を受けたセグメント1,2の移動度の制限につながり、関節形成術の時代の探査は、広い関心となりました。総椎間板置換および核置換における重要な進歩は、慢性腰痛1を治療するための良い代替となっています。巨大な進歩にもかかわらず、方法のいずれも臨床的に評価されていません。低剛性核インプラントは、総椎間板置換に有望な代替を表す線維輪が3,4無傷であることを条件とします。しかし、現在市場に存在する核インプラントは、多くの場合、椎体の変化、脱臼、椎間板の垂直高さ損失およびトンなどの合併症に関連付けられています必要に応じて、関連する機械的剛性5の彼が欠如。現在の欠点を克服するために、編みチタンワイヤからなる新規な核移植に成功6開発されています。ユニークなニット構造のために、この新たに開発された足場は、 例えば著名な生体力学的特性、減衰機能、細孔サイズ、積載能力と信頼性7を示しています。この小説核インプラントの生体適合性をテストするために目指して、インプラントの非透明な性質に起因する(光)解析技術に厳しい制限を描きました。
生体適合性を試験するために、細胞-金属相互作用が重要な役割を果たしている8-10。細胞および骨格の間の相互作用は、ホストシステム内のより良いインプラント統合のための安定化、したがって、必要です。しかし、増加内方成長の深さは、足場の機械的特性を変化させる可能性があります。 invesに目指して足場表面は細胞の付着、増殖および分化、またはのための基盤を提供しているかどうかtigate金属は、細胞の生存率に影響を与えるかどうか、それは非透明と不透明の足場に/上の細胞を画像化する一般的な周知の問題のトラブルシューティングを行うことが重要です。この制限を克服するために、いくつかの蛍光に基づく技術を調査しました。企業は生きている細胞、細胞区画、あるいは特定の細胞状態11を可視化する蛍光体の大規模な範囲を提供します。この実験のためのフルオロフォアは、最高の我々の蛍光顕微鏡に適合するために、オンラインツールスペクトル視聴者の助けによって選択しました。
上の細胞の追跡を可能にするためにosteochondro-前駆細胞の1)蛍光(緑色蛍光タンパク質/ GFP)の標識:非透過ニットチタン足場内/上の接着細胞の挙動の分析のための開発戦略は、以下を含み、足場、2)の生存率を測定する(水戸市chondrial細胞の活性)、および3)足場内の細胞 - 細胞および細胞 - 材料相互作用を可視化します。手順は、簡単に他の付着細胞および他の非透明または不透明な足場に転送することができるという利点を有します。さらに、生存率および内部成長パターンが数日間にわたって監視することができ、したがって、足場材料又は細胞の限られた量で使用することができます。
本研究は、細胞生存率を測定し、非透過ニットチタン足場に/上osteochondro-前駆細胞の内部成長パターンを可視化するために私たちの現在のプロトコルの使用の成功を示しています。また、開発されたプロトコルは、足場の不純物を決定するために、洗浄プロトコルを確認するために使用され得ます。
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注:不死化ヒト間葉系間質前駆細胞(SCP-1細胞)を実験に使用しました。 SCP-1細胞は、教授マティアスSchieker 12によって提供されました。
SCP-1細胞の1拡大
SCP-1細胞の2カウント

SCP-1細胞の3 GFPトランスフェクション
注:上で、我々は緑色蛍光タンパク質(GFP)で細胞をマークし、特定の培養期間にわたってニットチタン足場にSCP-1細胞の成長を観察するために。 GFPの過剰発現は、GFPをコードするアデノウイルス粒子で感染することにより達成されます。緑色蛍光タンパク質(GFP)をコードする複製不能(-E1 / -E3)アデノウイルス粒子は、SCP-1細胞を感染させました。ウイルス粒子は、組換えアデノウイルス(Ad5の-GFP)トランスフェクトされたHEK293T細胞(バイオセーフティラボII)の培養上清を収集することによって教授スティーブンドゥーリー13から得ました。 3回の繰り返しの凍結(-80℃)および解凍(水浴中で37°C)サイクルなしHEことが確実にK293T細胞は、新しいウイルス粒子を生成するために実行可能なままです。このアデノウイルスシードストックを使用することにより、効率的に新しいウイルス粒子を生成することなく、SCP-1細胞に感染することができます。従って、感染した細胞は、バイオセーフティ・ラボIに取り扱うことができます
ニットチタン足場の4クリーニング
間接蛍光5.イメージング足場構造
注:現在のプロトコルは、586分の565ナノメートルの元/全角波長で明るい赤色蛍光を与える蛍光体スルホローダミンBを用いた間接蛍光によって足場構造のイメージングを説明します。しかし、フルオロフォアは、与えられた顕微鏡の設定や足場の可能な自家蛍光のためのより良いフィットに変更することができます。
6. インビトロ生体適合性アッセイ

図5:in vitroアッセイのタイムライン (A)細胞をプレーティングのための実験のセットアップ。。 (B この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
7.レサズリン変換測定
注:レサズリン変換アッセイは、細胞増殖のミトコンドリア活性を測定し、間接的に使用されます。レゾルフィンにレザズリンの減少は、生存細胞数( 図7A)に関連付けられたミトコンドリア活性に基づいて蛍光信号を生成します。
8.ライブデッド染色
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予備的な結果は、記載の新規核インプラントだけでなく、良好な減衰特性を持っているだけでなく、SCP-1細胞を用いた生体適合性であることを示しました。インプラントの製造プロセスの間、それは強い腐食性及び有害物質(潤滑剤、媒染剤、電解研磨液)に接触します。間接蛍光染色技術の助けを借りて、我々は残りの不純物を可視化し、その結果、足場の物質負荷の有意な減少を示した洗浄プロトコルを最適化することができた。 図3は、確立された洗浄プロトコルの効率を示す図 。
関節形成術の処置のために使用インプラントの成功は、細胞材料界面で起こる事象によって決定される。プロトコル部6重要なトランスで説明したように、図4は 、めっきの24時間後に、足場に付着した細胞を示しますSCP-1細胞のフェクション効率は、我々は、足場( 図2参照 )の画像間葉系間...
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足場の表面は、それによってインプラントに機能的な耐久性を決定するインビボで周囲組織との相互作用において重要な役割を果たしています。したがって、足場の生体適合性の足場上に播種する細胞を用いたin vitroアッセイ(SCP1細胞株)によって研究されています。
薄く、光学的に透明な足場で良好な性能を発揮顕微鏡技術は十分に生体適合性を研究するための非透過足場に適しています。これは、非透明な足場は有意な歪み15ずに侵入する光を妨げる主な理由です。部分的にこれらの問題を克服するために、我々はこれと共に、様々なフルオロフォアを使用して編まれたチタン製足場中/上の細胞の評価方法を確立します。
チタンワイヤの折り畳み、続いて編成を可能にするために、材料が強い腐食性及び有害物質(潤滑剤、媒染剤、エレクトロと接触しますトレースが足場/上に残っている場合、足場の生体適合性を変えるかもしれない溶液)、-polishing。開発した間接蛍光プロトコル(プロトコル5)の助けを借りて、我々は、骨格構...
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著者は、彼らが競合する利害を持っていないことを宣言します。仕事のいかなる部分も行われていないか、パブリケーションのために検討中であるか、他の場所で公開されているいます。
プロジェクトは、部分的にZentrales Innovationsprogrammミッテルシュタント(ZIM)デBundesministeriumsエリーゼWirtschaftウントエナジー-KF3010902AJ4によって運営されています。公開手数料は、BG外傷病院テュービンゲン、ドイツによってカバーされています。
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| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| 6/24/48ウェルプレート、T25/ T75培養フラスコ | Greiner Bio-One GmbH | * | |
| * 24ウェルプレート | Greiner Bio-One GmbH | CELLSTAR 662 160 | |
| * 48ウェルプレート | Corning Incorporated USA | 3548 | |
| * 6ウェルプレート | Falcon | 353046 | |
| * T25 | Greiner Bio-One GmbH | 690 175 | |
| * T75 | Greiner Bio-One GmbH | 658 175 | |
| 酢酸、プルム ≥ 99.0% | Carl Roth | 3738.4 | |
| アセトン | Carl Roth | 5025.1 | |
| Axioplan-2 | Carl Zeiss, Germany | ||
| 生物学的安全キャビネット | Thermo Scientific | safe 2020 | |
| Calcein acetoxymethyl ester (calcein AM) | Sigma | 17783 | |
| Cell Culture Incubtator | Binder, Tuttlingen, Germany | 9040-0078 | |
| フィルターユニット (0.22 µm) | ミリポア、IRL | SLGP033RS | |
| 遠心分離機 5810 R および 5417 R | サーモフィッシャーサイエンティフィック、NY | Megafuge 40R | |
| ジメチルスルフォキシド (DMSO) | カール・ロス | 4720.2 | |
| ダルベッコ'CaなしのPBS &Mg | Sigma | H15-002 | |
| エタノール 99% | SAV液体製品。GmBH | 475956 | |
| エチジウムホモダイマー | Sigma | 46043 | |
| EVOS 蛍光イメージングシステム | Life technologies | AMF4300 | |
| Fetal Bovine Serum (FCS) | Gibco | 10270-106 | |
| Hemocytometer | Hausser Scientific, PA, USA | ||
| Hoechst 33342 | Sigma | 14533-100MG | |
| ニットチタン核インプラント | バックco&KG、ドイツ | ||
| グルタミンによるMEMアルファ修飾 ヌクレオシドなし | シグマ | E15-832 | |
| オメガマイクロプレートリーダー | BMGラボテック、ドイツ | FLUOstar オメガ | |
| ペニシリン/ストレプトマイシン | シグマ | P11-010 | |
| レサズリンナトリウム塩 | シグマ | 199303-1G | |
| スルフォロダミンBナトリウム塩 | シグマ | S1402-1G | |
| 試験管回転子 | Labinco B.V.,オランダ | モデル LD-76 | |
| TRIS (ヒドロキシメチル) アミノメサン | カール・ロス | AE15.1 | |
| トリトン | カール・ロス | 3051.2 | |
| トリパンブルー 0.5% | カール・ロス | CN76.1 | |
| トリプシン/EDTA | シグマ | L11-004 |
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