Dit protocol maakt het mogelijk om binnen 6-8 uur voldoende primaire chondrocyten te isoleren, waardoor verder diepgaand onderzoek naar de kraakbeenbiologie en kraakbeenziektemechanismen mogelijk wordt.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Dit protocol maakt het mogelijk om binnen 6-8 uur voldoende primaire chondrocyten te isoleren, waardoor verder diepgaand onderzoek naar de kraakbeenbiologie en kraakbeenziektemechanismen mogelijk wordt.
Vernietiging van gewrichtskraakbeen leidt tot veranderde activiteit van chondrocyten, wat een belangrijke oorzakelijke factor is bij een verscheidenheid aan kraakbeenaandoeningen, waaronder artrose (OA) en reumatoïde artritis (RA). Als het meest voorkomende celtype in kraakbeen, is een diepgaande studie van de biologische eigenschappen van chondrocyten essentieel voor de ontwikkeling van effectieve strategieën voor de behandeling van ziekten. Isolatie en kweek van primaire chondrocyten leveren belangrijk experimenteel materiaal voor het onderzoek naar kraakbeenaandoeningen en dragen bij aan het ontrafelen van de mechanismen van kraakbeenbeschadiging en -herstel. Dit protocol geeft een gedetailleerde beschrijving van de in vitro isolatie- en kweekmethoden voor primaire chondrocyten afkomstig van muizen. Door gebruik te maken van het geoptimaliseerde collagenase II-protocol kan de isolatie van chondrocyten binnen 8 uur worden voltooid voor neonatale kraakbeenmonsters van het kniegewricht van muizen. De celopbrengst is ongeveer 1-2 × 10³ cellen/mg kraakbeenweefsel, variërend afhankelijk van de versheid van het weefsel en de initiële celdichtheid; De geïsoleerde cellen vertonen een levensvatbaarheid van >90%. Dit protocol gebruikt primaire chondrocyten van muizen als voorbeeld, en toont de morfologische kenmerken en adhesiestatus van cellen die gedurende 1, 2 en 5 dagen na isolatie zijn gekweekt. Reverse transcriptie kwantitatieve polymerasekettingreactie (RT-qPCR) en western blotting toonden aan dat behandeling met interleukine-1β (IL-1β) collageen type II alfa 1 (Col2a1) verminderde en de expressie van matrix metallopeptidase 13 (Mmp13) verhoogde, wat bevestigt dat geïsoleerde chondrocyten reageren op inflammatoire stimuli. In vergelijking met conventionele methoden maakt dit protocol gebruik van een hogere collagenaseconcentratie om de impact van langere isolatietijd op de levensvatbaarheid van cellen te verminderen, terwijl mogelijke celbeschadiging door behandeling met trypsine wordt vermeden. De verkregen primaire chondrocyten zijn zuiver en levensvatbaar, geschikt voor diepgaande studies naar mechanismen die verband houden met kraakbeenletsel, die belangrijke implicaties hebben voor in vitro onderzoek en de klinische behandeling van kraakbeenaandoeningen.
Vernietiging van gewrichtskraakbeen is een belangrijke oorzaak van verschillende kraakbeenaandoeningen, zoals artrose en RA 1,2. Chondrocyten, het overheersende celtype in kraakbeen, zijn essentieel voor het behoud van de homeostase en het vergemakkelijken van herstel als reactie op letsel3. Veranderingen in de activiteit van chondrocyten beïnvloeden niet alleen de structurele integriteit van kraakbeen, maar veroorzaken ook ontstekingsreacties en progressieve weefseldegeneratie4. Daarom is een diepgaand onderzoek naar de biologische eigenschappen van chondrocyten cruciaal voor het ophelderen van de etiopathogenese van deze ziekten.
In de afgelopen jaren heeft de rol van chondrocyten bij ontstekingsreacties steeds meer aandacht gekregen. Studies hebben aangetoond dat inflammatoire cytokines, zoals IL-1β en tumornecrosefactor-α (TNF-α), de metabolische processen van chondrocyten aanzienlijk in gevaar brengen, wat resulteert in een verhoogde expressie van matrixafbrekende enzymen en verminderde matrixsynthese 5,6,7. Deze veranderingen leiden uiteindelijk tot de geleidelijke degeneratie van kraakbeen en gewrichtsdisfunctie. Daarom is het onderzoeken van de biologische veranderingen van chondrocyten onder pathologische omstandigheden in in-vitromodellen bijzonder noodzakelijk geworden. Voortbouwend op de traditionele tweedimensionale (2D) monolaagcultuur, zijn recente ontwikkelingen in de driedimensionale (3D) chondrocytencultuur en organoïdetechnologieën in toenemende mate toegepast in kraakbeengerelateerd onderzoek. Deze verfijnde systemen bieden een meer fysiologisch relevante micro-omgeving en bieden waardevolle inzichten in het gedrag van chondrocyten in ziektecontexten8.
De selectie van een celbron bepaalt in belangrijke mate of in vitro bevindingen de pathofysiologie van gewrichten nauwkeurig samenvatten. In tegenstelling tot onsterfelijke chondrocytenlijnen of kraakbeenexplantaten, behouden primaire chondrocyten de oorspronkelijke genetische achtergrond, mechanogevoelige calciumsignaalroutes en fenotypische stabiliteit van gewrichtskraakbeen, waardoor ze een superieure chondrogene capaciteit en biologisch gedrag vertonen dat beter aansluit bij dat van residente kraakbeencellen9. Systematische verschillen in calciumsignaleringsbronnen en belangrijke ionkanalen en stroomafwaartse routes zijn gedocumenteerd tussen primaire chondrocyten en de ATDC5-cellijn10. Bijgevolg moeten bij het onderzoeken van gewrichtsfysiologie of pathologie primaire chondrocyten prioriteit krijgen. Daarom is het optimaliseren van de isolatie en kweek van primaire chondrocyten essentieel voor het nauwkeurig modelleren van ziektegerelateerde biologie en het verkennen van potentiële therapeutische geneesmiddelen 11,12,13,14,15. Desalniettemin brengen bestaande methoden de levensvatbaarheid van cellen of de integriteit van het fenotype in gevaar als gevolg van langdurige spijsvertering16,17.
Hier beschrijven we een protocol voor de in vitro isolatie en kweek van primaire chondrocyten afkomstig van kraakbeenweefsel van muizen, dat snel voldoende cellen oplevert. Vergeleken met conventionele protocollen met een lage enzymconcentratie en langdurige spijsvertering, heeft deze studie de enzymverteringsomstandigheden en de stappen voor de voorbehandeling van het weefsel geoptimaliseerd. Deze optimalisatie heeft de spijsverteringstijd aanzienlijk verkort tot 6-8 uur, terwijl mogelijke celbeschadiging door behandeling met trypsine wordt vermeden15,17. Met deze methode kunnen ongeveer 1-2 × 103 chondrocyten worden verkregen uit elke mg kraakbeenweefsel van muizen. Dit protocol biedt een betrouwbare gids voor het isoleren en kweken van primaire chondrocyten in vitro en biedt een robuust model voor onderzoeken naar kraakbeenaandoeningen.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Alle dierproeven werden goedgekeurd door de ethische commissie van het Xi'an Honghui-ziekenhuis (nr. 202309009) en de experimentele procedures hielden zich strikt aan de 3R-principes van vervanging, vermindering en verfijning voor dierproeven.
Figuur 1A illustreert een schematisch diagram van de bereiding van reagentia en apparatuur. De Materiaaltabel bevat informatie over de reagentia en apparatuur die in dit protocol worden gebruikt.
1. Experimentele muizen
OPMERKING: In deze studie werden vier 3 dagen oude, wildtype C57BL/6J-muizen gebruikt.
2. Verzameling en verwerking van kraakbeenspecimens

Afbeelding 1: Vereenvoudigde workflow voor materiaalvoorbereiding en verwerking van kraakbeenmonsters. (A) Schematisch diagram van de opstelling van reagentia en apparatuur, inclusief reagentia, verbruiksartikelen en belangrijke instrumenten. (B) Stapsgewijs protocol voor het verwerken van kraakbeenweefsel uit kniegewrichten van muizen. Afkortingen: PBS = fosfaatgebufferde zoutoplossing. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
3. Isolatie en kweek van primaire chondrocyten

Figuur 2: Vereenvoudigde procedure voor de vertering van kraakbeenweefsel, primaire celisolatie en kweek. Kraakbeen werd gedurende 15 minuten continu fijngehakt en verteerd met een hoge concentratie collagenase II-digestieoplossing, eenmaal herhaald en vervolgens gedurende 6-8 uur verteerd met een lage concentratie collagenase II-digestieoplossing om de cellen te isoleren. Het verteerde weefsel werd vervolgens gefilterd en het filtraat werd verzameld en gecentrifugeerd. De celpellet werd gewassen met 1x PBS en gekweekt in DMEM/F12-medium totdat de samenvloeiing 70% bereikte, waarna de cellen klaar waren voor volgende experimenten. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
4. Functionele verificatie van primaire chondrocyten

Figuur 3: Schematisch diagram van het functionele validatieprogramma voor primaire chondrocyten. Ontstekingsaandoeningen veroorzaakt door IL-1β-behandeling; effecten op kraakbeen-geassocieerde fenotypes beoordeeld door RT-qPCR en Western blotting. Afkortingen: IL-1β = interleukine-1β; RT-qPCR = Reverse transcriptie kwantitatieve polymerasekettingreactie. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
| Voorwaarden voor de Western Blotting-workflow | |
| Stap | Toestand / Reagens |
| SDS-PAGE gel preparaat | 8 % (m/v) Tris-HCl scheidingsgel |
| Elektroforese stapelen | 80 V, 30-40 min |
| Elektroforese oplossen | 120 V, 1-1,5 uur |
| Overdracht | Halfdroog, 15 V, 30-60 min |
| Blokkeren | Snelle blokkeerbuffer, 2 uur bij kamertemperatuur |
Tabel 1: Omstandigheden van de Western blotting-workflow. Samenvatting van de omstandigheden van western blotting, inclusief SDS-PAGE-samenstelling, elektroforeseparameters, overdrachtsinstellingen en blokkeringsprocedure.
| Reverse transcriptie reactiemix | |
| Bestanddeel | Inhoud (μL) |
| 5× Transcriptor Reverse Transcriptase Reactiebuffer | 4 |
| Deoxynucleotide-mix (elk 10 mM) | 2 |
| Beschermer RNase-remmer (40 E/μL) | 0.5 |
| Transcriptor Reverse Transcriptase (20 U/μL) | 0.5 |
| Nucleasevrij water | tot 20 |
| Totaal volume | 20 |
Tabel 2: Reverse transcriptie reactiemix. Reverse transcriptiereactiesamenstelling voor cDNA-synthese.
| Primer informatie voor RT-qPCR van muis primaire chondrocyt | ||||
| Naam van het gen | Reeks (5'3 ') | Gloeitemperatuur (°C) | ||
| mGapdh | Voorwaarts | TGGCCTTCCGTGTTCCTAC | 60 | |
| Omkeren | GAGTTGCTGTTGAAGTCGCA | |||
| mCol2a1 | Voorwaarts | TGACCTCAACTACATGGTCTACA | 60 | |
| Omkeren | CTTCCCATTCTCGGCCTTG | |||
| mMmp13 | Voorwaarts | CTTCTTCTTGTTGAGCTGGACTC | 60 | |
| Omkeren | CTGTGGAGGTCACTGTAGACT | |||
Tabel 3: Primer-informatie voor RT-qPCR van primaire chondrocyten van muizen. Sequenties en gloeitemperatuur (60 °C) van primers die worden gebruikt om Gapdh-, Col2a1- en Mmp13-transcripten in primaire chondrocyten van muizen te kwantificeren.
| RT-qPCR reactiemix | |
| Bestanddeel | Inhoud (μL) |
| 2 × SYBR Groene qPCR Master Mix | 10 |
| Verdund cDNA-sjabloon | 8 |
| Voorwaartse primer (10 μM) | 1 |
| Omgekeerde primer (10 μM) | 1 |
| Totaal volume | 20 |
Tabel 4: RT-qPCR-reactiemix. RT-qPCR reactiemix (20 μL) met SYBR Green mastermix, sjabloon en primers.
| RT-qPCR het cirkelen protocol | ||
| Stap | Temperatuur (°C) | Tijd |
| Initiële denaturatie (×1) | 95 | 10 minuten |
| Denaturatie (×40) | 95 | 5 seconden |
| Gloeien/uitbouwen (×40) | 60 | 15 s |
| Uitbreiding (×40) | 72 | jaren 30 |
| Smeltcurve (×1) | 95 55 95 | 60 s 30 s 30 s ![]() |
Tabel 5: RT-qPCR fietsprotocol. Denaturatie bij 95 °C gedurende 5 s, gloeien/uitzetten bij 60 °C gedurende 15 s en een laatste smeltcurve-analyse werden uitgevoerd gedurende 40 cycli.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Zoals beschreven in Figuur 1, Figuur 2 en Figuur 3, hebben we het protocol uitgevoerd en met succes primaire chondrocyten geïsoleerd uit de kniegewrichten van muizen. Uit ongeveer 10 mg neonataal muizenkraakbeen verkregen we ongeveer 1 × 104 cellen met een levensvatbaarheid van >90%. Op de eerste dag van de in vitro kweek vertoonden primaire chondrocyten van muiz...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Isolatie en kweek van primaire chondrocyten zijn essentieel voor het ophelderen van de pathofysiologie van kraakbeenziekten22. In de primaire chondrocytencultuur is het optimaliseren van de collagenaseconcentratie en de verteringstijd cruciaal, omdat het de afbraak van de extracellulaire matrix in evenwicht brengt en tegelijkertijd mogelijke cellulaire schade vermindert17. Hierin beschrijven we een betrouwbare en reproduceerbare methode voo...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs verklaren dat zij geen belangenconflicten hebben.
Dit werk werd ondersteund door de National Natural Science Foundation of China (nr. 82370909). Figuur 1, Figuur 2 en Figuur 3 zijn gemaakt met Figdraw.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 1× PBS Powder (2 L) | Servicebio | G0002-2L | |
| 100 mm celkweefselschotels | Servicebio | CCD-100 | |
| 100 μm celzeef | Sangon Biotech | F613463-0001 | |
| 15mL Conische Centrifugeerbuis (Steriele, Enzym-Vrij) | Servicebio | EP-1501-J | |
| 50mL Conische Centrifugeerbuis (Steriele, Enzym-Vrij) | Servicebio | EP-5001-J | |
| 6-well celkweefselplaat | Servicebio | CCP-6H | |
| Anti-COL2A1 konijn polyklonaal antilichaam | Immunoway | YT1022 | Primary Antibodies; WB: 1/500 |
| Anti-GAPDH muis monoklonaal antilichaam | Proteintech | 60004-1-IG | Primary Antibodies; WB: 1/2000 |
| Anti-MMP13 konijn polyklonaal antilichaam | Immunoway | YT2796 | Primary Antibodies; WB: 1/1000 |
| Aseptische ultra schone werkbank | Thermo Fisher | 51029704 | |
| Celkweefsel incubator | Thermo Fisher | 51033782 | |
| Collagenase II | Solarbio | C8150 | |
| Aangepaste primers (Gapdh, Col2a1, Mmp13) | Sangon Biotech | Ontworpen met behulp van Primer BLAST | |
| DMEM/F12 medium | Hyclone | SH30023.01 | |
| Foetaal runderserum | ExCell | FCS500 | |
| HRP-Geit Anti-Muis polyklonaal antilichaam | Immunoway | RS0001 | Secondary Antibodies; WB: 1/10000 |
| HRP-Geit Anti-Konijn polyklonaal antilichaam | Immunoway | RS0002 | Secondary Antibodies; WB: 1/10000 |
| Invers fasecontrastmicroscoop | OLYMPUS | CKX53 | |
| Micropipet | Thermo Fisher | ||
| Miniatuur tafelcentrifuge | SUNNE | SN-TDL-6 | |
| Chirurgisch mesje nr. 11 | Servicebio | QXJZ-11 | |
| Penicilline-Streptomycine Oplossing(100X) | Beyotime | C0222 | |
| Set dissectie-instrumenten voor kleine dieren | Servicebio | QXTZ01 |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.