$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Mezenchymalne komórki macierzyste (MSC) są atrakcyjnym kandydatem do terapii komórkowych w medycynie regeneracyjnej1,2. Można je pobierać z różnych źródeł tkanek, takich jak szpik kostny, pępowina, łożysko, miazga zębowa i podskórna tkanka tłuszczowa3. Ponieważ jednak dostępność komórek macierzystych u dorosłych jest ograniczona, a procedura ich izolacji jest często inwazyjna (co skutkuje chorobowością w miejscu dawczym), pożądane jest posiadanie alternatywnego źródła komórek macierzystych, które mogłoby obejść te wyzwania.
Staw kolanowy to magazyn różnych typów komórek, takich jak MSC pochodzące z poduszek tłuszczowych podrzepkowych, MSC pochodzące z błony maziowej, MSC pochodzące z płynu maziowego, fibroblasty więzadeł, chondrocyty stawowe, itd4,5,6. Komórki te mają potencjał, aby być szeroko badane w badaniach opartych na inżynierii tkanki mięśniowo-szkieletowej. W związku z tym staw kolanowy może być możliwym i wiarygodnym źródłem wielu rodzajów MSC. Magazyn tłuszczu znajdujący się w stawie kolanowym, znany jako poduszeczka tłuszczowa podrzepkowa (IFP) lub poduszeczka tłuszczowa Hoffy, jest obiecującym i alternatywnym wyborem MSC depot. IFP jest stosunkowo łatwo dostępnym i klinicznie dostępnym źródłem MSC, ponieważ jest rutynowo wycinany i wyrzucany jako odpad chirurgiczny podczas artroskopii kolana lub operacji otwartego kolana. Usunięcie IFP wiąże się z minimalną chorobowością w miejscu dawczym, co również czyni go atrakcyjnym źródłem tkanek. Mając podobny profil fenotypowy, MSC z IFP (IFP-MSC) mają zwiększony potencjał klonogenny w porównaniu z mezenchymalnymi komórkami macierzystymi pochodzącymi ze szpiku kostnego (BM-MSCs)6 i lepszą zdolność proliferacyjną w porównaniu z podskórnymi komórkami macierzystymi pochodzącymi z tkanki tłuszczowej (ADSC)7. Co ciekawe, w porównaniu z MSC POCHODZĄCYMI Z MAZI STAWOWEJ (SF-MSC), IFP-MSC nie tracą swojej zdolności proliferacyjnej w późnych pasażach, ani nie wydłużają się w późnych pasażach. Sugeruje to, że podczas ekspansji komórek IFP-MSC mogą osiągnąć wystarczająco dużą liczbę komórek do zastosowań w inżynierii tkankowej in vitro bez uszczerbku dla ich szybkości proliferacji8. Ostatnie badania sugerują również, że IFP-MSCs mają lepszy potencjał różnicowania chondrogennego w porównaniu z MSCs pochodzącymi ze szpiku kostnego (BMSC) i MSCs pochodzących z tkanki tłuszczowej (ADSC), prawdopodobnie ze względu na ich anatomiczną bliskość do chrząstki stawowej, co wskazuje na ich przydatność do inżynierii tkanki chrzęstnej6,7,9,10. Co więcej, posiadają również niezależny od wieku potencjał różnicowania osteogennego11. Wykazano, że dostawowe wstrzyknięcie IFP-MSCs zmniejsza ból i poprawia funkcje stawu kolanowego u pacjentów z chorobą zwyrodnieniową stawów (OA)12,13. Ponadto odnotowano również silne odpowiedzi immunosupresyjne i ulepszone właściwości immunomodulacyjne IFP-MSCs w obecności cytokin zapalnych w stanach patologicznych6.
IFP-MSCs są obiecującym i alternatywnym źródłem MSC; jednak ich korzyści terapeutyczne w inżynierii tkankowej i medycynie regeneracyjnej są stosunkowo mniej zbadane. Istniejące badania nad IFP-MSC wykorzystywały głównie komórki pochodzące od dawców ludzkich. Wśród nich w kilku ostatnich badaniach analizowano IFP-MSC od zdrowych dawców ludzkich (pacjenci bez artretyzmu, w wieku 17-60 lat)6,14, podczas gdy w większości badań stosowano IFP-MSC od starszych pacjentów poddawanych operacji całkowitej wymiany stawu kolanowego (pacjenci chorzy, w wieku 70-80 lat). Ponieważ wiadomo, że zarówno wiek, jak i choroba zmieniają normalne funkcjonowanie komórek macierzystych (zmniejszona liczba i utrata potencjału funkcjonalnego), może to potencjalnie prowadzić do niespójności w wynikach badań opartych na MSC7,15,16,17. Ponadto stosowanie IFP-MSC od pacjentów ze schorzeniami patofizjologicznymi (np. zapalenie stawów i otyłość) również stwarza trudności w zrozumieniu podstawowych cech zdrowych komórek in vitro, działając tym samym jako czynnik ograniczający w rozwoju terapii opartych na MSCs. Aby przezwyciężyć te problemy, niezbędne jest wykorzystanie IFP-MSC od zdrowych dawców. Ponieważ dostęp do zdrowego ludzkiego dawcy jest trudny, lepszą alternatywą mogą być modele zwierzęce. W związku z tym istnieje kilka badań, w których IFP został wyizolowany od myszy18. Jednak ze względu na mały rozmiar poduszeczki tłuszczowej u normalnych myszy, tkanki tłuszczowe pochodzące od wielu zwierząt zostały połączone, aby uzyskać wystarczającą ilość tkanki do przeprowadzenia skomplikowanych procedur eksperymentalnych19. W związku z tym istnieje zapotrzebowanie na duży model zwierzęcy, który mógłby spełnić wymóg większej liczby komórek i jednocześnie spełniać zasady 3R (udoskonalić, zastąpić i zmniejszyć) w badaniach na zwierzętach20. Wykorzystanie dużych zwierząt ma znaczące implikacje w badaniach translacyjnych. W szczególności w inżynierii tkanki mięśniowo-szkieletowej badano szereg dużych zwierząt, takich jak psy, świnie, owce, kozy i konie21. Koza (Capra aegagrus hircus) jest doskonałym wyborem dla dużych zwierząt, ponieważ jej staw kolanowy ma anatomię najbliższą anatomii ludzkiego stawu kolanowego22,23,24. Struktura beleczkowa kości podchrzęstnej i grubość kości podchrzęstnej kóz są podobne do ludzkich, a proporcja chrząstki do kości jest również zbliżona do ludzkiej21. Ponadto kozy zostały szeroko udomowione na całym świecie, dzięki czemu są łatwo dostępne, gdy są dojrzałe kostnie. Co więcej, niskie koszty utrzymania i łatwa obsługa sprawiły, że są one atrakcyjnym modelem zwierzęcym do badań22.
W niniejszym badaniu pokazano prosty protokół izolacji IFP-MSC ze stawu kolanowego Capra aegagrus hircus (kozy) oraz warunki hodowli in vitro dla ich ekspansji i różnicowania. Wyizolowane komórki są przylegające, mają morfologię podobną do MSC, tworzą kolonie CFU-F (fibroblasty tworzące kolonie) i posiadają potencjał różnicowania adipogennego, chondrogenicznego i osteogennego. W związku z tym IFP-MSC wykazują potencjał jako alternatywne źródło MSC do zastosowań biomedycznych.