Wzmacniający wpływ stymulacji mechanicznej na funkcję chondrogenną komórek macierzystych poduszeczki tłuszczowej

Summary

Badanie to koncentruje się na opracowaniu technologii multimodalnej łączącej cykliczną mechaniczną stymulację rozciąganiem (10% odkształcenie, 1 Hz) z terapią komórkami macierzystymi pochodzącymi z podrzepkowej poduszeczki tłuszczowej (IPFP-SCs), badając ich synergiczny wpływ na promowanie chondrogennego różnicowania IPFP-SC oraz ustanawiając bardziej wydajną strategię regeneracyjną dla inżynierii tkanki chrzęstnej.

Abstract

Podrzepkowa poduszeczka tłuszczowa (IPFP), wyspecjalizowana struktura włóknisto-tłuszczowa w przednim przedziale stawu kolanowego, charakteryzuje się unikalną mikroarchitekturą z przeplatającymi się wiązkami kolagenu i zrazikami tłuszczowymi, które wspólnie określają jej lepkosprężyste właściwości biomechaniczne. Pojawiające się dowody podkreślają charakterystyczny profil transkrypcyjny IPFP-SC, a w szczególności ich związek z mediatorami degradacji chrząstki podczas progresji choroby zwyrodnieniowej stawów. Ostatnie badania pokazują, że dynamiczna kompresja i ciśnienie hydrostatyczne skutecznie zwiększają różnicowanie chondrogenne mezenchymalnych komórek macierzystych pochodzących zarówno ze szpiku kostnego, jak i IPFP, jednocześnie hamując odkładanie się zwapnień. W badaniu tym wykorzystano system rozciągania komórek do symulacji cyklicznego środowiska naprężeń mechanicznych stawu kolanowego, wykazując, że dynamiczna stymulacja rozciągania (10% odkształcenie, 1 Hz) znacznie zwiększa zdolność różnicowania chondrogennego IPFP-SC. Poprawa ta przejawiała się zwiększoną ekspresją markerów chondrogennych, w tym SOX9 i COMP, co potwierdza, że specyficzne dla stawów mikrośrodowisko mechaniczne odgrywa kluczową rolę regulacyjną w końcowym różnicowaniu mezenchymalnych komórek macierzystych. Wyniki te dostarczają kluczowych dowodów eksperymentalnych dotyczących strategii regeneracji tkanki chrzęstnej, podkreślając znaczenie modulacji biomechanicznej w terapiach regeneracyjnych dla naprawy chrząstki.

Introduction

Regeneracja i naprawa tkanki chrzęstnej stanowią główne wyzwanie w leczeniu choroby zwyrodnieniowej stawów, ponieważ konwencjonalne terapie komórkowe często nie są w stanie zrekonstruować funkcjonalnych matryc chrząstki z powodu nieodpowiedniej regulacji mikrośrodowiska. W ostatnich latach strategie multimodalne łączące fizyczną stymulację mechaniczną z terapią komórkową stały się jednym z obszarów badawczych¹, mających na celu zwiększenie potencjału różnicowania chondrogennego komórek macierzystych poprzez symulację mikrośrodowisk biomechanicznych in vivo . Badanie to koncentruje się na opracowaniu multimodalnej technologii łączącej c....

Protocol

Badanie zostało przeprowadzone zgodnie z wytycznymi instytucjonalnymi i zostało zatwierdzone przez Komisję Etyczną Szpitala Ludowego Regionu Autonomicznego Mongolii Wewnętrznej (SC-07/01KT2024008). Odczynniki i używany sprzęt są wymienione w Tabeli Materiałów.

1. Rozmrażanie i rozszerzanie IPFP-SC

1. Rozmrozić IPFP-SC.
   1. Szybko rozmrozić kriokonserwowane IPFP-SC (P2-P5) w łaźni wodnej o temperaturze 37 °C.
   2. Przenieść komórki do probówki wirówkowej o pojemności 15 ml zawierającej wstępnie podgrzaną kompletną pożywkę wzrostową (α-DMEM + 10% FBS + 1% penicyliny/streptomycyny).
   ....

Results

Reprezentatywne wyniki tego badania pokazują, że cykliczna mechaniczna stymulacja rozciągająca zwiększa chondrogenne różnicowanie IPFP-SC pod wpływem indukcji chondrogennej. W szczególności IPFP-SC poddane 7-dniowemu obciążeniu rozciągającemu wykazywały znaczną regulację w górę markerów chondrogennych na obu poziomach transkrypcji, o czym świadczy zwiększona ekspresja SOX9 i produkcja COMP w porównaniu ze statycznymi grupami kontrolnymi. Te skoordynowane reakcje molekularne i strukturalne potwierdzają, .......

Discussion

Przedstawiony protokół integruje cykliczną mechaniczną stymulację rozciąganiem (10% odkształcenia, 1 Hz) z IPFP-SC w celu zwiększenia różnicowania chondrogennego, rozwiązując krytyczne wyzwania związane z regeneracją chrząstki. Kluczowe etapy obejmują precyzyjną ekspansję komórek, etapową chondrogenną hodowlę wstępną (3 dni), opóźnioną stymulację mechaniczną (rozpoczętą w 3 dniu przez 7 dni) oraz analizę po stymulacji za pomocą immunofluorescencji (SOX9, COMP) i qPCR. Mechaniczna stymulacja protokołu, o.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
4% paraformaldehydu	Ostrze biologiczne	BL539A
Antyfluorescencyjny roztwór blokujący gaszenie (zawierający DAPI)	Beyotime	Zobacz materiał P0131
Rozwiązanie blokujące	Beyotime	Zobacz materiał P0260
Komora do hodowli komórkowych	TECHNOLOGIA LOTNICZA	AZ2020062530
Zbiornik komórkowy	KOMÓRKA & SIŁA
Przeciwciało pierwszorzędowe Col II	Księga Abcam	AB34712
Zestaw E.Z.N.A. HP Total RNA	OMEGA	Przekaźnik R6812-00S
Pierwszorzędowe przeciwciało F-aktyny	Technologia białkowa	PF00001
Surowica bydlęca płodu	Komórka Maks.	Zobacz materiał SA101.02
Koza do Rb IgG	Księga Abcam	AB50077
Hieff qPCR SYBR Green Master Mix (Low Rox Plus)	JASZCZUR	Numer katalogowy 11202ES50
Zestaw do indukcji chondrogennej ludzkich mezenchymalnych komórek macierzystych	Fuyuanbio powiedział:	FY200008
Biomikroskop odwrócony Leica DMi8	LEICA	DMi8 powiedział:
Przyrząd LightCycler 96	Roche	16056
MEM-α	Gibco (firma Gibco)	C12571500BT
PBS	Serwis bio	Zobacz materiał G4202
Penicylina-Streptomycyna-Amfoterycyna B	NCM Biotechnologia	Zobacz materiał C100C8
Przeciwciało pierwszorzędowe Piezo1	Technologia białkowa	15939-1-AP
Zestaw odczynników PrimeScript RT (Perfect Real Time)	Takara	Zobacz materiał RR037A
Przeciwciało pierwszorzędowe SOX9	Księga Abcam	AB185230
Silnik TritonX-100	SZYLD	SG6193 powiedział:
96-dołkowy termocykler Veriti Dx	Rybak termiczny	EN61326