Een 3D-systeem voor het kweken van menselijke articulaire chondrocyten in gewrichtsvloeistof
In dit werk hebben we ingekapseld menselijke articulaire chondrocyten in alginaat kralen met behulp van een aangepaste productie-stelde voor inkapseling protocol (Lonza, en 31). Met behulp van deze 3D-constructies, hebben we een systeem ontwikkeld voor het kweken van cellen in een kweekmedium met uiteenlopende percentages van de menselijke gewrichtsvloeistof en hebben tevens deze 3D-constructen voor kraakbeen genexpressie.
1. Bereid menselijke articulaire chondrocyten (HAC) voor drie-dimensionale (3D) het inkapselen
- Dooi een injectieflacon (1 ml) van de menselijke articulaire chondrocyten (HAC) (Lonza) (Passage 2) in 37 ° C waterbad gedurende 1 minuut.
- Meng met 1 ml van chondrocyten groei media (Lonza) en gecentrifugeerd bij 3000 rpm gedurende 3-5 minuten om de cellen te verzamelen. Verwijder het supernatant.
- Resuspendeer celpellet in chondrocyten groei media (Lonza).
- Plaat cellen in een 10 cm weefselcultuur plaat (BD Biosciences), en cultuur in chondrocyten groei media (Lonza) tot de cellen confluent. HACs moet worden gebruikt bij een passage nummer niet hoger dan 3 of 4 (P3 of P4).
- Was HACs op de plaat met 155mm NaCl in plaats van de standaard PBS, gevolgd door trypsinzation aan cellen voor alginaat kraal inkapseling te verzamelen. Zodra cellen zijn vrijstaand, spin down de cellen op 3000rpm voor 5min. De cellen zijn nu klaar voor 3D-inkapseling.
2. Kapselen HACs in 3D kralen
Resuspendeer de HACs in 1,2% alginaat-oplossing (Sigma) met een dichtheid van 8x10 5 cellen / ml. Cel aantallen werden voorafgaand aan de inkapseling bepaald, met behulp van een standaard mobiele teller. Het is heel belangrijk om goed te mengen tot een gelijkmatige verdeling van de cellen in de kralen te verzekeren.
- Pipetteer de HAC / alginaat-oplossing mengsel in een 12 ml spuit bevestigd aan een 22-gauge naald (Tyco Healthcare, Inc.)
- Ondertussen bereiden een 50 mL bekerglas met 102 mM CaCl 2 bij een volume 5 maal die van de HAC / aginate oplossing. Plaats een roerstaafje in het bekerglas en roer langzaam de 102 mM CaCl 2-oplossing (op ca. 150 tpm).
- Houd de spuit ongeveer 6 centimeter boven het oppervlak van de CaCl 2-oplossing en voeg de HAC / alginaat mengsel in de CaCl 2-oplossing druppelsgewijs. In het algemeen, de resulterende alginaat kralen zijn 2mm in diameter met een inkapseling dichtheid van ongeveer 10 4 cellen / kraal. Opmerking: De hoogte van de spuit over de CaCl 2-oplossing is belangrijk. Kortere afstand zal resulteren in tear-drop in plaats vorm van sferische vorm van kralen, waardoor ongelijke mechanische integriteit en cel-inkapseling.
- Laat de kralen roer de CaCl 2-oplossing gedurende 20-25 minuten. Terwijl andere alginaat inkapseling protocollen wijzen op een veel kortere incubatietijd van 10 minuten vonden we dat langere incubatietijd met de CaCl 2-oplossing de integriteit van de worden verbeterdadvertenties.
- Verwijder de CaCl 2-oplossing, was de kralen 2-3 keer in 2-3 volumes van NaCl, en dan eens in de chondrocyten differentiatie medium (Lonza). Terwijl andere alginaat bead inkapseling protocollen betrekking hebben op het gebruik van een filter voor de bovenstaande wassen procedures, vonden we dat de alginaat kralen worden vaak gevangen in het filter en uitdrogen, waardoor de efficiëntie van de inkapseling. We vonden het meest efficiënte om de kralen naar de bodem van de beker af te wikkelen voordat gooi de oplossing.
- Gebruik een standaard spatel om de kralen te zetten in de cultuur gerechten. We meestal cultuur 12 korrels per 3 cm goed voor 2 dagen in chondrocyten groeimedium om chondrocyten naar de inkapseling proces aan te passen op de middellange ze werden gekweekt in voordat u tot chondrocyten differentiatie medium (Lonza) met gewrichtsvocht.
3. Cultuur chondrocyten in gewrichtsvloeistof kweekmedium
- Verse gewrichtsvocht kan worden verkregen bij een outpatient kliniek (We verkregen synoviavocht van Tufts Medical Center). Het gewrichtsvocht kan worden overgedragen in 15 ml falcon buisjes naar het laboratorium, en onmiddellijk gecentrifugeerd bij 3000 rpm voor 15 min tot cel vuil te verwijderen. Aliquot celvrije synoviale vloeistof in 1,5 ml microcentrifuge buizen, om te voorkomen dat herhaaldelijk bevriezen en ontdooien. Supernatant kan worden opgeslagen bij -80 ° C tot gebruik.
- Voorafgaand aan het kweken, meng de synoviale vloeistof met chondrocyten differentiatie medium (CDM, Lonza) op verschillende volumetrische verhoudingen, met een constante concentratie van 100mm ascorbinezuur en 9 mM CaCl 2 (dit spoor hoeveelheid CaCl 2 is om te zorgen voor de integriteit van de alginaat kralen).
- Houd de plaat op een rockend platform in een 37 ° C incubator (schommelen frequentie: ongeveer 75 keer / min) om de distributie te helpen voedingsstoffen binnen het alginaat kralen, en te verminderen klontering van de korrels. Dit is vooral belangrijk omdat we de cultuur van deze chondrocyten voor een langere periode (tot 4 weken). Noot: Terwijl de chondrocyten groei en differentiatie media (Lonza) bevatten twee meest gebruikte antibiotica gentamycine en amfotericine, hebben we niet een aanvulling op alle antibiotica, wanneer we gebruik van verschillende percentage van de gewrichtsvloeistof voor de chondrocyten kweken. Geen vervuiling was ooit is waargenomen.
- Verandering media mengsels om de 2-3 dagen. De viscositeit van de gewrichtsvloeistof is een belangrijke hindernis in het kweken van chondrocyten ingekapseld in alginaat kralen tijdens lange-termijn culturen. We vonden het meest effectief om gewrichtsvloeistof-medium aangevuld verdunnen met 102mm CaCl 2 (50% V / V), die versterkt ook de integriteit van de alginaat kralen. Op deze manier kan het medium langzaam worden verwijderd met een pipet, zonder beschadiging van de kralen.
4. Oogst HACs in alginaat kralen voor de analyse van genexpressie
Speciale aandacht moet worden genomen bij het oogsten van de HACs van de alginaat kralen voor genexpressie analyse.
- Was de alginaat kralen 3 times in 102 mM CaCl 2 voor ongeveer 5 minuten per keer.
- Haal de chondrocyten door de toevoeging van 55 mM NaCitrate op een volume 4-5 keer die van de kralen. Het is belangrijk dat de alginaat kralen volledig worden ondergedompeld in de NaCitrate oplossing. Schud of rock voor 20-30 minuten.
- Spin down van de cellen en gooi het supernatant.
- Voor de RT-PCR-analyse, resuspendeer de celpellet in cel lysis buffer (Qiagen RNA isolatie kit), en ga verder met RNA-zuivering.
5. Fix HACs in alginaat kralen voor histologische analyse
Speciale aandacht dient te worden genomen om de HACs oogst van de 3D kralen voor histologische analyse.
- Was de alginaat kralen 3 keer in 102 mM CaCl 2 voor ongeveer 5 minuten per keer. Om volledig wegspoelen de viskeuze synoviale vloeistof, vonden we het meest effectief om 's nachts wassen met chondrocyten differentiatie medium (Lonza), schommelen in een 37 ° C incubator (schommelen frequentie: ongeveer 75 keers / min). De chondrocyten groeimedium werd gebruikt om de chondrocyten te overleven in deze langdurige wassen te waarborgen en om een maximale penetratie van de vaststelling middel mogelijk te maken.
- Bevestig de kralen in 70% ethanol 's nachts, en ga verder met histologische analyse. Voor het uitvoeren van DAPI kleuring, incubeer alginaat kralen met DAPI oplossing (500ng/ml) voor 1 uur onder zachte wiegen, en was voor de 3 keer met 102mm CaCl 2 voor 15 minuten per keer. DAPI beelden kunnen dan worden bekeken onder een fluorescentiemicroscoop. De kralen kunnen ook coupes voor Alcian blauw en H & E kleuring.
6. Representatieve resultaten
Onze 3D-methode voor het kweken van menselijke chondrocyten in hoge percentages van gewrichtsvocht is afgebeeld in het schema weergegeven in figuur 1. Na het menselijke chondrocyten werden ingekapseld in alginaat kralen, werden zij kunnen groeien in medium aangevuld met verschillende verhoudingen van de gewrichtsvloeistof. Omwille van de viscositeit van het gewrichtsvocht, is het essentieel omcultuur chondrocyten onder constante rocken voorwaarden aan het klonteren van het kraakbeen constructies te voorkomen en een gelijkmatige verdeling van de voedingsstoffen te garanderen. Het is ook essentieel om uitgebreid te wassen het alginaat kralen voor het ophalen van de chondrocyten, zodat de vaststelling of de lysis buffer kan de kralen doordringen (Fig.1). Bright veld (BF) beelden van chondrocyten in de alginaat kralen worden weergegeven in figuur 2. DAPI kleuring werd uitgevoerd om usniform verdeling van de cellen binnen de kralen (afb. 2) te bevestigen. Aan het eind van de 21-dagen cultuur periode, werd de analyse van genexpressie uitgevoerd door qRT-PCR. De referentie-gen GAPDH werd gebruikt voor normalisatie voor alle PCR's, zoals het was vastbesloten om een van de meest betrouwbare referentie genen voor qPCR analyse op chondrocyten 32. Een voorbeeld hiervan is te zien in Fig. 3, waar we analyseerden de resultaten van menselijke articulaire chondrocyten gekweekt in gewrichtsvloeistof samengevoegd uit zes patiënten met artrose. In overeenstemming met het feit dat de chondrocyten van deLonza is uitgebreid in 2D culturen, die onvermijdelijk zou leiden tot de-differentiatie 33, vonden we dat Day 0 chondrocyten uitgedrukt minimale niveaus van kraakbeen matrix genen (afb. 3). 3D kweken van chondrocyten met chondrocyten differentiatie medium (Lonza) of medium aangevuld met gewrichtsvloeistof aanzienlijk meer kraakbeen genexpressie van collageen, aggrecan en MMP13, die chondrocyten re-differentiatie duidt op dag 21 (figuur 3) 34. Verhoging van het percentage van het gewrichtsvocht in de media heeft geleid tot een vergelijkbaar niveau van het kraakbeen matrix markers collageen II en aggrecan mRNA expressie (Fig.3A en 3B). Bovendien, chondrocyten gekweekt in 100% gewrichtsvloeistof zelfs vertoonden een daling van het kraakbeen afbrekend enzym MMP13 mRNA-expressie in vergelijking met die gekweekt in medium alleen (Fig.3C). Interessant is dat de expressie van celdood indicator caspase 3 geleidelijk af met toenemende verhoudingen van gewrichtsvocht, wat suggereert dat synovial vloeistof kweken heeft geleid tot een verminderde apoptose niveaus (fig. 3D). Daarom is onze resultaten laten zien dat het kweken van menselijke articulaire chondrocyten in hoge mate van synoviaal vocht in een 3D-omgeving is een haalbare technologie.
Tabellen en Figuren

Figuur 1. Schematische weergave van de methode om de menselijke cultuur articulaire chondrocyten in hoge percentages van gewrichtsvocht in 3D alginaat kralen. Eerst worden chondrocyten en alginaat-oplossing gemengd. Wanneer toegepast druppelsgewijs naar de CaCl 2-oplossing, worden chondrocyten geïmmobiliseerd binnen de verknoopte Ca-alginaat hydrogel kralen. Deze 3D-constructies worden vervolgens gekweekt in de chondrocyten differentiatie medium (Lonza) met verschillende verhoudingen van het menselijk gewrichtsvloeistof. Na 21 dagen van het kweken onder een rockende voorwaarde, zijn alginaat kralen bevattende cellen uitgebreid gewassen, waarna de cellen worden opgehaald voor gentherapieexpressie analyse.

Figuur 2. Bright veld (BF) en DAPI afbeeldingen van de menselijke articulaire chondrocyten ingekapseld culturen met 0%, 30%, 50%, 70% en 100% gewrichtsvocht. Chondrocyten zijn bolvormig in alle kweekomstandigheden. Beelden van heldere veld (BF) en DAPI waren bedekt om de locatie en de verdeling van chondrocyten te bevestigen. Inzetstukken, vergrote beelden. Pijlpunten, colocalization van chondrocyten in BF en DAPI kleuring beelden.

Figuur 3. QRT-PCR analyse van ingekapselde menselijke articulaire chondrocyten op dag 0 (D0), een na 21 dagen van het kweken van (D21) in medium aangevuld met verschillende verhoudingen van synoviaal vocht (SF) (0%, 30%, 50%, 70 % en 100%). Resultaten van vier onafhankelijke steekproeven worden hier weergegeven. GAPDH werd gebruikt als interne referentie voor alle PCR's. Een. Collageen II-mRNA-expressie. B. Aggrecan mRNA expressie. C. MMP13 mRNA expressie. D. Caspase-3-mRNA-expressie. Statistische significantie werd beoordeeld op dag 0 monsters en Dag 21 monsters van 0% en 100% synoviaal vocht (SF) kweken, met behulp van INSTAT software. * Geeft P <0,05.