Protokół ten umożliwia wyizolowanie wystarczającej liczby chondrocytów pierwotnych w ciągu 6-8 godzin, ułatwiając dalsze dogłębne badania biologii chrząstki i mechanizmów chorób chrząstki.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Protokół ten umożliwia wyizolowanie wystarczającej liczby chondrocytów pierwotnych w ciągu 6-8 godzin, ułatwiając dalsze dogłębne badania biologii chrząstki i mechanizmów chorób chrząstki.
Zniszczenie chrząstki stawowej prowadzi do zmienionej aktywności chondrocytów, która jest głównym czynnikiem sprawczym w różnych chorobach chrząstek, w tym chorobie zwyrodnieniowej stawów (OA) i reumatoidalnym zapaleniu stawów (RZS). Ze względu na to, że chondrocyty są najliczniejszym typem komórek w chrząstce, dogłębne badanie właściwości biologicznych chondrocytów jest niezbędne do opracowania skutecznych strategii leczenia choroby. Izolacja i hodowla pierwotnych chondrocytów dostarczają ważnego materiału doświadczalnego do badania chorób chrząstki i przyczyniają się do rozwikłania mechanizmów uszkodzenia i naprawy chrząstki. Protokół ten zawiera szczegółowy opis metod izolacji i hodowli in vitro pierwotnych chondrocytów pochodzących od myszy. Dzięki zastosowaniu zoptymalizowanego protokołu kolagenazy II, izolację chondrocytów można zakończyć w ciągu 8 godzin w przypadku próbek chrząstki stawu kolanowego noworodków myszy. Wydajność komórek wynosi około 1-2 × 10³ komórek/mg tkanki chrzęstnej, zmieniając się w zależności od świeżości tkanki i początkowej gęstości komórek; Wyizolowane komórki wykazują żywotność >90%. W protokole tym jako przykładzie użyto pierwotnych chondrocytów myszy, pokazując cechy morfologiczne i status adhezji komórek hodowanych przez 1, 2 i 5 dni po izolacji. Ilościowa reakcja łańcuchowa polimerazy z odwrotną transkrypcją (RT-qPCR) i western blot wykazały, że leczenie interleukiną-1β (IL-1β) zmniejszyło ekspresję kolagenu typu II alfa 1 (Col2a1) i zwiększyło ekspresję metallopeptydazy macierzy 13 (Mmp13), potwierdzając, że izolowane chondrocyty reagują na bodźce zapalne. W porównaniu z konwencjonalnymi metodami, protokół ten wykorzystuje wyższe stężenie kolagenazy, aby zmniejszyć wpływ przedłużonego czasu izolacji na żywotność komórek, jednocześnie unikając potencjalnego uszkodzenia komórek w wyniku leczenia trypsyną. Uzyskane chondrocyty pierwotne są czyste i żywotne, nadają się do dogłębnych badań nad mechanizmami związanymi z uszkodzeniem chrząstki, które mają ważne implikacje dla badań in vitro i klinicznego leczenia chorób chrząstki.
Niszczenie chrząstki stawowej jest główną przyczyną różnych chorób chrząstek, takich jak choroba zwyrodnieniowa stawówi RZS 1,2. Chondrocyty, dominujący typ komórek w chrząstce, są niezbędne do utrzymania homeostazy i ułatwienia naprawy w odpowiedzi na uraz3. Zmiany w aktywności chondrocytów nie tylko wpływają na integralność strukturalną chrząstki, ale także wywołują reakcje zapalne i postępującą degenerację tkanek4. Dlatego dogłębne badanie właściwości biologicznych chondrocytów ma kluczowe znaczenie dla wyjaśnienia etiopatogenezy tych chorób.
W ostatnich latach coraz więcej uwagi poświęca się roli chondrocytów w reakcjach zapalnych. Badania wykazały, że cytokiny zapalne, takie jak IL-1β i czynnik martwicy nowotworu α (TNF-α), znacznie upośledzają procesy metaboliczne chondrocytów, powodując zwiększoną ekspresję enzymów rozkładających macierz i zmniejszoną syntezę macierzy 5,6,7. Zmiany te ostatecznie prowadzą do stopniowej degeneracji dysfunkcji chrząstki i stawów. W związku z tym szczególnie konieczne stało się badanie biologicznych zmian chondrocytów w warunkach patologicznych w modelach in vitro. Opierając się na tradycyjnej dwuwymiarowej (2D) hodowli jednowarstwowej, najnowsze postępy w trójwymiarowej (3D) hodowli chondrocytów i technologiach organoidowych są coraz częściej stosowane w badaniach związanych z chrząstkami. Te udoskonalone systemy oferują bardziej fizjologicznie istotne mikrośrodowisko i dostarczają cennych informacji na temat zachowania chondrocytów w kontekście choroby8.
Wybór źródła komórkowego ma decydujące znaczenie dla tego, czy wyniki badań in vitro dokładnie oddają patofizjologię stawów. W przeciwieństwie do unieśmiertelnionych linii chondrocytów lub eksplantatów chrząstek, pierwotne chondrocyty zachowują natywne tło genetyczne, mechanowrażliwe szlaki sygnałowe wapnia i stabilność fenotypową chrząstki stawowej, wykazując w ten sposób lepszą zdolność chondrogenną i zachowania biologiczne, które bardziej odzwierciedlają te z komórek chrząstki rezydentnej9. Udokumentowano systematyczne różnice w źródłach sygnalizacji wapniowej oraz kluczowych kanałach jonowych i dalszych szlakach między pierwotnymi chondrocytami a liniąkomórkową ATDC5 10. W związku z tym, badając fizjologię lub patologię stawów, pierwszorzędowe chondrocyty powinny być traktowane priorytetowo. Dlatego optymalizacja izolacji i hodowli pierwotnych chondrocytów jest niezbędna do dokładnego modelowania biologii związanej z chorobą i badania potencjalnych leków terapeutycznych 11,12,13,14,15. Niemniej jednak istniejące metody zagrażają żywotności komórek lub integralności fenotypu z powodu przedłużonego trawienia16,17.
W tym miejscu opisujemy protokół izolacji in vitro i hodowli pierwotnych chondrocytów pochodzących z tkanki chrzęstnej myszy, która szybko daje wystarczającą ilość komórek. W porównaniu z konwencjonalnymi protokołami przedłużonego trawienia o niskim stężeniu enzymów, badanie to zoptymalizowało warunki trawienia enzymów i etapy wstępnej obróbki tkanek. Ta optymalizacja znacznie skróciła czas trawienia do 6-8 godzin, unikając jednocześnie potencjalnego uszkodzenia komórek w wyniku leczenia trypsyną15,17. Stosując tę metodę, można uzyskać około 1-2 × 103 chondrocytów z każdego mg tkanki chrzęstnej myszy. Protokół ten stanowi wiarygodny przewodnik do izolowania i hodowli pierwotnych chondrocytów in vitro, zapewniając solidny model do badań nad chorobami chrząstki.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie eksperymenty na zwierzętach zostały zatwierdzone przez Komisję Etyki Szpitala Xi'an Honghui (nr 202309009), a procedury eksperymentalne ściśle przestrzegały zasad 3R dotyczących zastępowania, zmniejszania i udoskonalania w eksperymentach na zwierzętach.
Rysunek 1A przedstawia schematyczny schemat przygotowania odczynników i sprzętu. Tabela materiałów zawiera informacje o odczynnikach i sprzęcie użytym w tym protokole.
1. Myszy eksperymentalne
UWAGA: W tym badaniu wykorzystano cztery 3-dniowe myszy C57BL / 6J typu dzikiego.
2. Pobieranie i przetwarzanie próbek chrząstki

Rysunek 1: Uproszczony proces przygotowania materiału i przetwarzania próbek chrząstek. (A) Schemat ideowy konfiguracji odczynników i sprzętu, w tym odczynników, materiałów eksploatacyjnych i głównych instrumentów. (B) Protokół krok po kroku do przetwarzania tkanek chrzęstnych ze stawów kolanowych myszy. Skróty: PBS = sól fizjologiczna buforowana fosforanami. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.
3. Izolacja i hodowla chondrocytów pierwotnych

Rycina 2: Uproszczona procedura trawienia tkanki chrzęstnej, pierwotnej izolacji komórek i hodowli. Chrząstkę mielono i trawiono w sposób ciągły roztworem do wytrawiania kolagenazy II o wysokim stężeniu przez 15 minut, powtórzono raz, a następnie trawiono roztworem do wytrawiania kolagenazy II o niskim stężeniu przez 6-8 godzin w celu wyizolowania komórek. Strawioną tkankę następnie przefiltrowano, a filtrat pobrano i odwirowano. Osad komórkowy przemyto 1x PBS i hodowano w pożywce DMEM/F12 aż do osiągnięcia konfluencji 70%, w którym to momencie komórki były gotowe do kolejnych eksperymentów. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.
4. Weryfikacja funkcjonalna chondrocytów pierwotnych

Rysunek 3: Schemat ideowy programu walidacji funkcjonalnej pierwotnych chondrocytów. Stany zapalne wywołane leczeniem IL-1β; wpływ na fenotypy związane z chrząstką oceniany za pomocą RT-qPCR i Western blot. Skróty: IL-1β = interleukina-1β; RT-qPCR = ilościowa reakcja łańcuchowa polimerazy z odwrotną transkrypcją. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.
| Warunki pracy Western Blotting | |
| Krok | Stan / Odczynnik |
| Preparat żelu SDS-PAGE | 8 % (m/v) żel separujący Tris-HCl |
| Elektroforeza układania w stosy | 80 V, 30–40 min |
| Rozdzielczość elektroforezy | 120 V, 1–1,5 h |
| Przelać | Półsuche, 15 V, 30–60 min |
| Blokowanie | Bufor szybko blokujący, 2 h w temperaturze pokojowej |
Tabela 1: Warunki pracy z Western blot. Podsumowanie warunków western blot, w tym skład SDS-PAGE, parametry elektroforezy, ustawienia transferu i procedura blokowania.
| Mieszanina reakcji odwrotnej transkrypcji | |
| Składnik | Objętość (μL) |
| 5× Bufor reakcji odwrotnej transkryptazy transkryptora | 4 |
| Mieszanka deoksynukleotydów ( 10 mM każdy) | 2 |
| Inhibitor RNazy Protector (40 U/μL) | 0.5 |
| Odwrotna transkryptaza transkryptora (20 U/μL) | 0.5 |
| Woda wolna od nukleaz | do 20 |
| Całkowita objętość | 20 |
Tabela 2: Mieszanina reakcji odwrotnej transkrypcji. Kompozycja reakcji odwrotnej transkrypcji do syntezy cDNA.
| Informacje o starterze dla RT-qPCR pierwszorzędowego chondrocytu myszy | ||||
| Nazwa genu | Sekwencja(5'3 ') | Temperatura wyżarzania (°C) | ||
| mGapdh powiedział: | Naprzód | TGGCCTTCCGTGTTCCTAC powiedział: TGGCCTTGTGTGTTCCTAC powiedział: | 60 | |
| Rewers | GAGTTGCTGTTGAAGTCGCA | |||
| mCol2a1 powiedział: | Naprzód | TGACCTCAACTACATGGTCTACA powiedział: | 60 | |
| Rewers | CTTCCCATTCTCGGCCTTG powiedział: | |||
| mMmp13 powiedział: | Naprzód | CTTCTTCTTGTTGAGCTGGACTC powiedział: | 60 | |
| Rewers | CTGTGGAGGTCACTGTAGACT | |||
Tabela 3: Informacje o starterze dla RT-qPCR pierwotnego chondrocytu myszy. Sekwencje i temperatura wyżarzania (60 °C) starterów stosowanych do ilościowego oznaczania transkryptów Gapdh, Col2a1 i Mmp13 w pierwotnych chondrocytach myszy.
| Mieszanina reakcyjna RT-qPCR | |
| Składnik | Objętość (μL) |
| 2 × SYBR Zielony qPCR Master Mix | 10 |
| Rozcieńczona matryca cDNA | 8 |
| Podkład do przodu (10 μM) | 1 |
| Podkład odwrotny (10 μM) | 1 |
| Całkowita objętość | 20 |
Tabela 4: Mieszanina reakcyjna RT-qPCR. Mieszanina reakcyjna RT-qPCR (20 μl) z mieszanką wzorcową SYBR Green, matrycą i starterami.
| Protokół cykliczny RT-qPCR | ||
| Krok | Temperatura (°C) | Godzina |
| Początkowa denaturacja (×1) | 95 | Czas trwania: 10 min |
| Denaturacja (×40) | 95 | 5 sekund |
| Wyżarzanie/przedłużanie (×40) | 60 | 15 sekund |
| Rozszerzenie (×40) | 72 | 30 sekund |
| Krzywa topnienia (×1) | 95 55 95 | 60 s 30 s 30 s |
Tabela 5: Protokół cykliczny RT-qPCR. Przez 40 cykli przeprowadzono denaturację w temperaturze 95 °C przez 5 s, wyżarzanie/wydłużanie w temperaturze 60 °C przez 15 s oraz końcową analizę krzywej topnienia.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Jak opisano na rycinie 1, rycinie 2 i rycinie 3, przeprowadziliśmy protokół i z powodzeniem wyizolowaliśmy pierwotne chondrocyty ze stawów kolanowych myszy. Z około 10 mg nowonarodzonej chrząstki myszy uzyskaliśmy około 1 × 104 komórek o żywotności >90%. W pierwszym dniu hodowli in vitro pierwotne chondrocyty myszy wykazywały zaokrągloną morfologię, przy czym większość komórek była zawieszona ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Izolacja i hodowla pierwotnych chondrocytów są niezbędne do wyjaśnienia patofizjologii chorób chrząstki22. W pierwotnej hodowli chondrocytów optymalizacja stężenia kolagenazy i czasu trawienia ma kluczowe znaczenie, ponieważ równoważy degradację macierzy zewnątrzkomórkowej, jednocześnie zmniejszając potencjalne uszkodzenie komórek17. W niniejszym artykule opisujemy niezawodną i powtarzalną metodę izolowania pierwotnych chondrocytów z tkanek chrząstki myszy. Stosując tę meto...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy oświadczają, że nie pozostają w konflikcie interesów.
Prace te były wspierane przez Chińską Narodową Fundację Nauk Przyrodniczych (nr 82370909). Rysunki 1, 2 i 3 zostały utworzone za pomocą narzędzia Figdraw.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 1 i razy; PBS w proszku (2 l) | Serwis bio | G0002-2L | |
| Szalki do hodowli komórkowych 100 mm | Serwis bio | Przetwornik CCD-100 | |
| 100 μ m sito komórkowe | Sangon Biotechnologia | F613463-0001 | |
| Stożkowa probówka wirówkowa 15 ml (sterylna, bez enzymów) | Serwis bio | EP-1501-J | |
| Stożkowa probówka wirówkowa 50 ml (sterylna, bez enzymów) | Serwis bio | EP-5001-J | |
| 6-dołkowa płytka do hodowli komórkowej | Serwis bio | CCP-6H | |
| Królicze przeciwciało poliklonalne anty-COL2A1 | Droga immunologiczna | YT1022 powiedział: | Przeciwciała pierwszorzędowe; Kąt obrotu: 1/500 |
| Mysie przeciwciało monoklonalne anty-GAPDH | Technologia białkowa | 60004-1-IG | Przeciwciała pierwszorzędowe; WB: 1/2000 |
| Przeciwciało poliklonalne królika anty-MMP13 | Droga immunologiczna | YT2796 powiedział: | Przeciwciała pierwszorzędowe; Kąt obrotu: 1/1000 |
| Aseptyczne, ultra czyste stanowisko | Rybak termiczny | 51029704 | |
| Inkubator do hodowli komórkowych | Rybak termiczny | 51033782 | |
| Kolagenaza II | Solarbio (Słoneczna Biologia) | Zobacz materiał C8150 powiedział: | |
| Niestandardowe podkłady (Gapdh, Col2a1, Mmp13) | Sangon Biotechnologia | Zaprojektowany przy użyciu Primer BLAST | |
| DMEM/F12 średni | Klon | SH30023.01 | |
| Surowica bydlęca płodu | Komórka ExCell | FCS500 powiedział: | |
| Przeciwciało poliklonalne HRP-Goat Anti-Mouse | Droga immunologiczna | Przekaźnik RS0001 | przeciwciała drugorzędowe; Kąt obrotu: 1/10000 |
| Przeciwciało poliklonalne HRP-Goat Anti-Rabbit | Droga immunologiczna | Przekaźnik RS0002 | przeciwciała drugorzędowe; Kąt obrotu: 1/10000 |
| Mikroskop z odwróconą fazą kontrastu | OLYMPUS | CKX53 powiedział: | |
| Mikropipeta | Rybak termiczny | ||
| Miniaturowa wirówka stołowa | SŁONECZNY | Zobacz materiał SN-TDL-6 | |
| Ostrze chirurgiczne nr 11 | Serwis bio | QXJZ-11 powiedział: | |
| Roztwór penicyliny-streptomycyny (100X) | Beyotime | Zobacz materiał C0222 | |
| Zestaw narzędzi do preparacji małych zwierząt | Serwis bio | QXTZ01 powiedział: |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.