このプロトコルでは、軟骨細胞、フィブロネクチン接着アッセイ由来軟骨形成因子(FAA-CP)、およびヒト関節軟骨からの移動性軟骨形成因子(MCP)の単離について詳しく説明します。酵素消化、フィブロネクチン接着、およびこれらの細胞を単離および特性評価するための遊走ベースのアッセイをカバーしています。
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このプロトコルでは、軟骨細胞、フィブロネクチン接着アッセイ由来軟骨形成因子(FAA-CP)、およびヒト関節軟骨からの移動性軟骨形成因子(MCP)の単離について詳しく説明します。酵素消化、フィブロネクチン接着、およびこれらの細胞を単離および特性評価するための遊走ベースのアッセイをカバーしています。
軟骨形成細胞(CPC)は、最近、別個の亜集団として同定され、その間葉系特性、軟骨新生の亢進、および肥大形質の制限により、有望な結果を示しています。前駆細胞の濃縮は、フィブロネクチン接着法および遊離体ベースの外植片アッセイによって達成され、フィブロネクチン接着法由来軟骨形成剤(FAA-CP)および移動性軟骨形成剤(MCP)は、軟骨細胞と比較して優れた可能性を示しています。この記事では、常在軟骨由来細胞、すなわち軟骨細胞と軟骨形成細胞の単離について詳しく説明します。軟骨細胞の研究から得られる貴重な知見は、軟骨修復の理解に貢献していますが、軟骨形成薬の使用と、代替治療アプローチとしてのその可能性を探ることに継続的な取り組みが向けられています。さらに、この方法論の記事では、軟骨細胞、FAA-CP、およびMCPの3つの特定の細胞タイプを軟骨から単離するための詳細なステップバイステップのプロトコルを提供します。標準化された手順に従うことにより、このプロトコルはこれらの細胞サブタイプの抽出を容易にします。広範な研究に基づいて、この記事は、さまざまなサブセットを分離するために利用される複雑な技術と、それらの培養を拡大および維持するために必要な最適化された培養条件に焦点を当てています。この方法論には、ヒト関節軟骨由来軟骨細胞の酵素的単離、逐次酵素消化後のフィブロネクチン接着の違い、軟骨常在細胞を得るための遊走ベースの外植片アッセイが含まれます。
細胞ベースの再生治療の出現は、変形性関節症(OA)や軟骨欠損症などの軟骨関連疾患の治療に対する重要なアプローチを表しています1。関節内の軟骨の破壊または損傷を特徴とするこれらの障害は、治療中に大きな課題を提示します。関節軟骨の自己修復は、その非神経構造、無血管性、および低い有糸分裂活動のために限定的であると報告されています2。
軟骨組織の再生に最も利用されている細胞は、間葉系幹細胞(MSC)と軟骨細胞3です。しかし、いくつかの研究では、これらの細胞を再生に使用することには限界があることが報告されています4。これらの制限には、必要な細胞数を達成するための拡張in vitro拡張中の軟骨細胞の末端分化とMSCの肥大傾向が含まれます。これらの要因は、線維軟骨と硝子体5,6,7,8の最適でない組み合わせで修復組織の形成をもたらす可能性があります。
軟骨形成細胞(CPC)の発見は、関節軟骨9における代替細胞の探求から生じました。それらは、MSCに類似していることと優れた軟骨形成能により、大きな関心を集めていますが、10,11の後に求められている不可欠な組み合わせである肥大の減少を示しています。軟骨細胞とは対照的に、これらの前駆細胞集団は、増強された複製活性およびテロメラーゼ活性を示すだけでなく、神経原性遺伝子座ノッチホモログタンパク質1(NOTCH-1)およびSRY-box転写因子9(SOX-9)の発現の増加を示すことが報告されています12,13,14,15。軟骨および半月板の両方からCPCを単離する2つの標準的な方法があり、そのうちの1つはフィブロネクチン接着アッセイを通じて単離されたインテグリン受容体(CD49e / CD29)の発現に基づくもの - フィブロネクチン接着アッセイ由来軟骨形成体(FAA-CP)、もう1つは軟骨外植片からのそれらの高い移動能に基づくもの - 移動性軟骨形成体(MCP)11,13,16,17、18、19。数多くのin vitro研究は、軟骨細胞および骨髄(BM)-MSCsと比較して、FAA-CPCおよびMCPの両方の軟骨形成の優位性および肥大の減少を実証している20,21,22,23。
FAA-CPCとMCPを比較した最近のin vitro研究は、正常な酸素条件下での後者の祖先集団の軟骨再生能力の向上を実証している24。これらの楽観的なin vitroの結果は、硝子体様の再生を示しており、さらなるin vivo実験を後押ししています。それにもかかわらず、CPCの両方の集団は、動物モデル25,26,27,28,29のOAおよび他の骨軟骨障害の軟骨を効率的に修復および再生することが報告されています。
当研究室では、CPC単離技術の標準化や、その表現型特性を軟骨細胞やMSCとの比較に積極的に貢献してきました。この記事では、軟骨常在細胞、すなわち軟骨細胞、FAA-CPC、およびMCPの単離と培養に関与する手順を説明する詳細なプロトコルを提供します。
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このプロトコルは承認されており、治験審査委員会(研究倫理委員会)の適切な規制とガイドラインに準拠しています。書面によるインフォームド コンセントを取得した後、ヒト脛骨大腿関節は、治療の一環として人工膝関節全置換術を必要とする変形性関節症 (OA) 患者 (Kellgren-Lawrence 放射線スコア 4)30 から調達されます。腫瘍、感染症、または炎症性関節炎(関節リウマチや痛風など)の徴候がある患者の関節は、研究から除外されました。すべての手順は無菌条件下で実施され、実験プロセス全体を通じて標準的な実験室プロトコルに準拠していることが保証されています。
1. 脛骨大腿関節の入手
2.収穫したジョイントの処理
3. 軟骨細胞の単離
4. フィブロネクチン接着アッセイ由来軟骨形成剤(FAA-CP)の単離
5. 移動性軟骨形成動物の単離
6. 軟骨細胞、FAA-CPおよびMCPの表現型特性評価
7. qRT-PCR検査
注:遺伝子発現のqRT-PCR解析には、肥大型発現のためのI型コラーゲン(COL1A1)、X型コラーゲン(COL10A1)、およびラント関連転写因子(RUNX2)、および軟骨新生のためのSOX-9、アグリカン(ACAN)、およびII型コラーゲン(COL2A1)の評価が含まれます。
8.多系統の差別化
注:市販の鑑別培地は、脂肪原性、骨原性、および軟骨原性の系統への三系統分化を誘導します。
9. 確認染色
10. GAG/DNA含量の測定
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86.9mgの軟骨スライスから、1.72×105 細胞の軟骨細胞収量が認められた。ロードすると、軟骨細胞はすぐに付着し、最初は丸みを帯びた丸石の外観を示し、さらに拡大すると線維芽細胞状態に変化します(図1 A、B)。これらの軟骨細胞をフィブロネクチンプレートに播種すると、通常、2%の接着が得られ、各細胞はクローン増殖を起こし(図2 C、D)、10〜12日目までに集団が5倍になります(32細胞/クローン)。10 cm²の領域内のクローンは、FAA-CPを生成するために必要な通路に結合され、拡張されます。コラゲナーゼインキュベーション後の培養物で維持される軟骨外植片は、細胞外マトリックスのゆるみを示し、移動は通常、7日目 という早い時期に観察されます(図2E)。FAA-CPとMCPはどちらも、BM-MSCに一般的に関連する特性である紡錘形の構造を示し、合...
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硝子組織を含む関節軟骨の潜在的な再生は、その2つの天然細胞タイプ、すなわち軟骨細胞と軟骨形成細胞の最適化によって達成できる可能性があります。軟骨細胞に関する広範な研究は、軟骨修復における軟骨細胞の役割について貴重な洞察を提供してきましたが、再生組織の性質に関する疑問は、軟骨の表現型を強化し、代替療法を模索する取り組みを促しています3。軟骨形成因子は、比較的最近の細胞亜集団として同定され、その固有の間葉系特性、軟骨形成の亢進、および肥大形質の制限により有望である12。前駆細胞を採取し、増強するための2つの主要な技術には、フィブロネクチンの差接着と遊走ベースの外植片アッセイが含まれます18,32。ヒトFAA-CPの単離は、半月板組織を用いても記載されており、高い増殖性および多能性の可能性が報告されている16,17
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Bhavini Krishnan氏とMerin Mary Zachariah氏には知的意見をいただき、Centre for Stem Cell Research(inStem Bengaluruの一部門)、生理学部、クリスチャン医科大学、ヴェールール、インフラ支援に感謝いたします。進行中のプロジェクトは、バイオテクノロジー省(BT/PR32777/MED/31/415/2019)、インド政府、科学工学研究委員会(CRG/2022/004277)、インド政府、およびヴェールールのクリスチャン医科大学の流体研究助成金によってサポートされています。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 22メス刃 | GLASS VAN | ||
| 6ウェルプレート | コーニング | 3516 | |
| アルシアンブルー | サーモサイエンティフィック | J6012 | |
| アリザリンレッド | SIGMA | 130223 | |
| アムホテリシン-B (2 μg/mL)です。 | GIBCO | 15240062 | |
| アスコルビン酸 (62 μg/mL) | SIGMA ALDRICH | A4544-25G | |
| BC CytoFLEX LX フローサイトメーター | BECKMAN COULTER | CYTExpert Software Version 2.5 | |
| CaCl2 | SIGMA ALDRICH& | nbsp;C34006 | |
| CD105-FITC | BD BIOSCIENCE | ||
| CD106-APC | BD BIOSCIENCE | ||
| CD14-FITC | BD BIOSCIENCE | ||
| CD29-APC | BD BIOSCIENCE | ||
| CD34-PE | BD BIOSCIENCE | ||
| CD45-FITC | BD BIOSCIENCE | ||
| CD49b-FITC | ミルテニルバイオテック | MACS 130/100337 | |
| CD49e-PE | BD BIOSCIENCE | ||
| CD73-PE | BD BIOSCIENCE | ||
| CD90-PE | BD BIOSCIENCE | 561970 | |
| セルカウンター | DE NOVIX | セルドロップ BF | |
| セルストレーナー | HIMEDIA | TCP024 | |
| 遠心分離機 | ベックマン・コールター | アレグラ X-30R | |
| CO2インキュベーター | THERMO SCIENTIFIC | MODEL-371 | |
| コラーゲンX型(COL10A1)、ラント関連転写因子(RUNX2)、SRY-Box転写因子9(SOX-9)、アグリカン(ACAN)、およびコラーゲンII型(COL2A1) | EUROGENTEC, BELGIUM | ||
| コラゲナーゼII型 | WORTHINGTON | LS004176 | |
| DMEM F-12 (Dulbecco's Modified Eagle's Medium F-12) | SIGMA ALDRICH | D8900-1L | |
| ELISAプレートリーダー | MOLECULAR DEVICES | SpectraMax i3x Reader | |
| Fast Green | FISHER SIENTIFIC | 2353459 | |
| Fetal Bovine Serum | GIBCO | 10270106 | |
| FGF2 | CLOUD CLONE CORP | APA551Hu01 | |
| フィブロネクチン (10 µL/mL) | SIGMA ALDRICH | F1141 | |
| First-Strand synthesis system | TAKARA BIO | 6110A | |
| Glutamax | GIBCO | 35050061 | |
| Hematoxylin | QUALIGENS | Q39411 | |
| MgCl2 | SIGMA ALDRICH | M8787 | |
| オイルレッド O | SIGMA | 1320065 | |
| PBS (リン酸緩衝生理食塩水) | GIBCO | 10010023 | |
| PCR サーモサイクラー | APPLIED BIOSYSTEMS | Quantstudio 12K Flex サーモサイクラー | |
| ペニシリン-ストレプトマイシン (100 IU/mL) | GIBCO | 15240062 | |
| Picrosirius Red | ALFA AESAR | 2610108 | |
| 一次抗体 (マウス コラーゲン II 型) | DSHB | DSHB II II6B3 | |
| Pronase | ROCHE | 10165913103 | |
| Quant-iT Picogreen dsDNA 試薬 | THERMO SCIENTIFIC | P7589 | |
| 冷蔵庫 | ELANPRO | ||
| RNeasy MiniKit | QIAGEN | 74104 | |
| Safranin O | QUALIGENS | Q39962 | |
| 二次抗体 (ヤギ抗マウスIgG抗体、HRPコンジュゲート) | THERMO SCIENTIFIC | 31430 | |
| 振とう水浴 | REMI | ||
| StemProの差別化キット | GIBCO | 1007201、A1007001、A1007101 | |
| T-25フラスコ | コーニング | 430639 | |
| タキョンTMローロックスSYBRマスターミックスdTTPブルー | ユーロジェンテック | UF-LSMT-B0701 | |
| TGFΒ | ABCAM | ab277760 | |
| 培養ペトリディッシュ | ターソンズ | 960010 | |
| トルイジン | ブルーQUALIGENS | 2040 | |
| トリファンブルー | GIBCO | 15250061 | |
| トリプシンEDTA | GIBCO | 25200072 |
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