Method Article

슬개골하 지방 패드 줄기 세포의 연골 형성 기능에 대한 기계적 자극의 증진 효과

DOI:

10.3791/68846

⸱

October 21st, 2025

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Orthopedic Center (Sports Medicine Center), Inner Mongolia Autonomous Region People's Hospital, 2Inner Mongolia Academy of Medical Sciences, Inner Mongolia Autonomous Region People's Hospital, 3Shanghai Key Laboratory of Orthopaedic Implants, Department of Orthopaedic Surgery, Shanghai Ninth People's Hospital, Shanghai Jiaotong University School of Medicine

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

본 연구는 순환 인장 기계적 자극(10% 변형률, 1Hz)과 슬개골하 지방 패드 유래 줄기 세포(IPFP-SC) 요법을 결합한 다중 모드 기술 개발, IPFP-SC의 연골 형성 분화 촉진에 대한 시너지 효과를 조사하고 연골 조직 공학을 위한 보다 효율적인 재생 전략을 확립하는 데 중점을 둡니다.

Abstract

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슬개골하 지방 패드(IPFP)는 무릎 관절의 전방 구획 내에 있는 특수한 섬유지방 구조로, 점탄성 생체역학적 특성을 집합적으로 확립하는 산재된 콜라겐 다발과 지방 소엽을 특징으로 하는 독특한 미세 구조를 특징으로 합니다. 새로운 증거는 IPFP-SC의 독특한 전사 프로필, 특히 골관절염 진행 중 연골 분해 매개체와의 연관성을 강조합니다. 최근 연구에 따르면 동적 압축과 정수압은 석회화 침착을 억제하면서 골수 유래 및 IPFP 유래 중간엽 줄기 세포의 연골 형성 분화를 효과적으로 향상시키는 것으로 나타났습니다. 이 연구는 무릎 관절의 주기적 기계적 응력 환경을 시뮬레이션하기 위해 세포 스트레칭 시스템을 활용하여 동적 인장 자극(10% 변형률, 1Hz)이 IPFP-SC의 연골 형성 분화 능력을 크게 향상시킨다는 것을 입증했습니다. 이러한 향상은 SOX9 및 COMP를 포함한 연골 형성 마커의 상향 조절된 발현에 의해 나타났으며, 이는 관절 특이적 기계적 미세 환경이 중간엽 줄기 세포의 말단 분화에서 중요한 조절 역할을 한다는 것을 확인했습니다. 이러한 결과는 연골 조직 재생 전략에 대한 중요한 실험적 증거를 제공하며, 연골 복구를 위한 재생 요법에서 생체역학적 조절의 중요성을 강조합니다.

Introduction

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연골 조직의 재생과 복구는 골관절염 치료의 핵심 과제를 나타내는데, 기존의 세포 요법은 부적절한 미세 환경 조절로 인해 기능적 연골 매트릭스를 재구성하지 못하는 경우가 많기 때문입니다. 최근 몇 년 동안 생체 내 생체역학적 미세 환경을 시뮬레이션하여 줄기 세포의 연골 형성 분화 잠재력을 향상시키는 것을 목표로 하는 물리적 기계적 자극과 세포 치료를 통합하는 다중 모드 전략이 연구 핫스팟1로 부상했습니다. 본 연구는 순환 인장 기계적 자극(10% 변형률, 1Hz)과 IPFP-SC 요법을 결합한 다중 모드 기술 개발, IPFP-SC의 연골 형성 분화 촉진에 대한 시너지 효과를 조사하고 연골 조직 공학을 위한 보다 효율적인 재생 전략을 확립하는 데 중점을 둡니다.

이 연구의 핵심 목적은 동적 인장 자극을 통해 IPFP-SC의 연골 형성 능력을 향상시키는 것입니다. 이전 연구에서는 기계적 신호가 세포골격 재구성, 이온 채널 활성화(예: Piezo1) 및 다운스트림 신호 전달 경로(예: YAP-SOX9 축)를 조절함으로써 중간엽 줄기 세포(MSC)의 연골 형성 분화를 유도할 수 있음을 입증했....

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Protocol

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본 연구는 기관 지침에 따라 수행되었으며 내몽골자치구 인민병원 윤리위원회(SC-07/01KT2024008)의 승인을 받았습니다. 사용된 시약과 장비는 재료표에 나와 있습니다.

1. IPFP-SC의 해동 및 확장

  1. IPFP-SC를 해동합니다.
    1. 냉동 보존된 IPFP-SC(P2-P5)를 37°C 수조에서 빠르게 해동합니다.
    2. 세포를 예열된 완전 성장 배지(α-DMEM + 10% FBS + 1% 페니실린/스트렙토마이신)가 들어 있는 15mL 원심분리기 튜브로 옮깁니다.
    3. 실온에서 300× g 에서 5분 동안 원심분리합니다. 상청액을 버리고 세포 펠릿을 신선한 성장 배지에 재현탁합니다.
  2. 셀을 확장합니다.
    1. 세포를 5,000-8,000 cells/cm2의 밀도로 두 개의 10cm 배양 접시에 파종합니다. 세포를 37°C에서 5% CO2와 함께 배양합니다.
    2. 세포가 80-90% 합류에 도달할 때까지 2-3일마다 배지를 교체합니다.

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Results

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이 연구의 대표적인 결과는 순환 인장 기계적 자극이 연골 유도 하에서 IPFP-SC의 연골 형성 분화를 향상시킨다는 것을 보여줍니다. 구체적으로, 7일간의 인장 하중을 받은 IPFP-SC는 정적 대조군에 비해 증가된 SOX9 발현 및 COMP 생산으로 입증된 바와 같이 두 전사 수준 모두에서 연골 형성 마커의 상당한 상향 조절을 나타냈습니다. 이러한 조정된 분자 및 구조적 반응은 생체역학적 자극이 생화학적 단서와 시너지 효과를 발휘하여 연골 기질 합성을 강화한다는 것을 확인시켜 연골 조직 공학 및 재생 의학에서 기계생물학 기반 전략을 개발하는 데 중요한 통찰력을 제공합니다(그림 1).

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Discussion

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설명된 프로토콜은 순환 인장 기계적 자극(10% 변형률, 1Hz)을 IPFP-SC와 통합하여 연골 형성 분화를 강화하고 연골 재생의 중요한 문제를 해결합니다. 주요 단계에는 정확한 세포 확장, 단계적 연골 형성 전배양(3일), 지연된 기계적 자극(3일째에 7일 동안 시작), 면역형광(SOX9, COMP) 및 qPCR을 통한 자극 후 분석이 포함됩니다. 이전의 기계생물학적 연구에서 정보를 얻은 프로토콜의 기계적 자극은 매트릭스 증착을 촉진하면서 분화의 조기 억제를 방지합니다 3,4,7,8. 재현성을 보장하기 위해 엄격한 매개변수 제어(변형률, 빈도, 지속 시간)와 환경 일관성(무균, CO2, .......

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Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

저자에게는 이해 상충이 없습니다.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

이 작업은 중국 내몽골 자치구 자연과학재단(2024ZD32 및 2024LHMS08015)과 수도권 공립병원 고수준 임상 전문 건설을 위한 과학 기술 프로젝트(2024SGGZ015)의 지원을 받았습니다.

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
4% 파라포름알데히드바이오샤프BL539A
형광 방지 담금질 차단 용액(DAPI 함유)비요타임P0131
차단 솔루션비요타임P0260
세포 배양 챔버에어텍AZ2020062530
셀 탱크셀 & 포스
Col II 1차 항체아브캠AB34712
E.Z.N.A. HP 총 RNA 키트오메가R6812-00S
F-액틴 1차 항체프로틴테크PF00001
태아 소 세럼셀맥스SA101.02
염소에서 Rb IgG로  아브캠AB50077
Hieff qPCR SYBR 그린 마스터 믹스(Low Rox Plus)예센11202ES50 시리즈
인간 중간엽 줄기 세포 연골 유도 키트푸위안바이오FY200008
라이카 DMi8 도립 생체현미경라이카 디미8
LightCycler 96 기기로슈16056
MEM-&알파;깁코C12571500BT
PBS서비스바이오지4202
페니실린-스트렙토마이신-암포테리신 B엔씨엠바이오텍C100C8 시리즈
Piezo1 1차 항체프로틴테크15939-1-AP
PrimeScript RT 시약 키트(Perfect Real Time)타카라RR037A
SOX9 1차 항체아브캠AB185230
트리톤X-100시지SG6193
Veriti Dx 96웰 열 순환기써모 피셔EN61326

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Schätti, O., et al. A combination of shear and dynamic compression leads to mechanically induced chondrogenesis of human mesenchymal stem cells. Eur Cell Mater. 22, 214-225 (2011).
  2. Yan, W., et al.

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Mechanical StimulationChondrogenic DifferentiationInfrapatellar Fat PadStem CellsDynamic CompressionHydrostatic PressureCartilage RegenerationMesenchymal Stem CellsBiomechanical ModulationCartilage Repair

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