O uso de animais neste estudo foi aprovado pelo comitê de ética de cuidados e bem-estar de animais experimentais do Hospital da Amizade China-Japão (No. zryhyy21-21-05-16). Os reagentes e os equipamentos utilizados estão listados na Tabela de Materiais.
1. Animais de experimentação e trabalhos preparatórios
NOTA: A cartilagem das articulações de ratos, coelhos e humanos após artroplastia total do joelho pode ser usada para isolamento de condrócitos. No entanto, devido à sua maior viabilidade, ratos lactentes foram utilizados para extração de condrócitos neste estudo.
- Transporte de ratos lactentes da instalação de produção animal experimental para o laboratório usando recipientes de transferência especializados.
- Eutanasiar ratos lactentes por asfixia por CO2 (seguindo protocolos aprovados institucionalmente) e enxaguar suas superfícies corporais com solução estéril.
- Mergulhe os ratos lactentes eutanasiados em etanol a 75% por 10 min para desinfetar os contaminantes da superfície.
- Transfira os ratos lactentes desinfetados para um armário de biossegurança e coloque-os em placas de Petri estéreis.
NOTA: A limpeza completa da superfície e a imersão em etanol de ratos lactentes são etapas críticas para evitar a contaminação bacteriana ou fúngica, que pode afetar adversamente os experimentos subsequentes.
2. Isolamento do tecido da cartilagem articular
NOTA: A cartilagem neonatal aparece como uma camada translúcida, branco-azulada, cobrindo a epífise óssea. Técnicas assépticas rigorosas devem ser seguidas durante esta etapa para evitar contaminações que possam comprometer experimentos subsequentes.
- Isole a articulação do joelho do rato em lactação com bisturi e tesoura oftálmica e, em seguida, remova o tecido cutâneo sobrejacente.
- Transfira a articulação do joelho dissecada para uma nova placa de Petri estéril e substitua o bisturi e a tesoura oftálmica.
- Colha a cartilagem articular da articulação do joelho usando um bisturi e, em seguida, corte completamente o tecido conjuntivo circundante com uma tesoura oftálmica.
3. Digestão do tecido cartilaginoso
NOTA: Use tripsina para digerir os tecidos conjuntivos ao redor da cartilagem, seguida de colagenase II a 0,2% para digestão da matriz cartilaginosa.
- Adicione a cartilagem colhida a 3 volumes de tripsina a 0,25% e incube em um agitador termostático a 37 ° C com agitação por 30 min.
- Termine a digestão adicionando PBS contendo 10% de soro fetal bovino (FBS). Remova os tecidos aderentes da cartilagem usando uma tesoura oftálmica. Centrifugar (4 °C, 500 × g, 5 min) e rejeitar o sobrenadante.
- Ressuspenda o tecido cartilaginoso em PBS, centrifugue (4 °C, 500 × g, 5 min) e descarte o sobrenadante. Repita esta etapa de lavagem 3 vezes.
- Adicionar colagenase II a 0,2% ao tecido cartilaginoso processado e digerir num agitador termostático a 37 °C com agitação durante 4 h.
4. Isolamento e cultura de condrócitos
NOTA: Todos os procedimentos devem ser realizados em condições estéreis em um gabinete de biossegurança. Luvas estéreis devem ser usadas durante a dissociação mecânica do tecido cartilaginoso usando um êmbolo de seringa no filtro de células para evitar contaminação experimental. Em condições de cultura padrão, os condrócitos primários normalmente requerem aproximadamente 2-3 dias para atingir 80%-90% de confluência para a primeira passagem.
- Colocar um filtro de células de 200 μm sobre uma placa de cultura estéril e filtrar a suspensão de cartilagem digerida através da tela.
- Triture os fragmentos de cartilagem residual no filtro usando um êmbolo de seringa estéril e, em seguida, enxágue o filtro com meio DMEM completo.
- Recolher todos os filtrados, centrifugar (4 °C, 500 × g, 5 min) e rejeitar o sobrenadante.
- Ressuspenda o pellet em PBS, centrifugue (4 °C, 500 × g, 5 min) e descarte o sobrenadante.
- Ressuspender as células em meio DMEM completo e transferir para um balão de cultura T25.
- Incubar o balão numa incubadora humidificada (37 °C, 5% CO2).
- Células de passagem nesta confluência usando tripsina-EDTA e subcultura na proporção de 1:2.
5. Coloração de imunofluorescência de colágeno tipo II para identificação de condrócitos
NOTA: Os condrócitos aderidos são caracterizados por uma morfologia fusiforme e poligonal. Todas as análises de biomarcadores apresentadas neste estudo foram realizadas usando células na Passagem 2. Os condrócitos na passagem 3 começam a exibir uma desdiferenciação mais pronunciada, caracterizada por uma mudança em direção a uma morfologia fusiforme, semelhante a fibroblastos, e uma desaceleração na taxa de proliferação. Essa mudança fenotípica torna-se mais evidente após a passagem 4. Na passagem 6, a grande maioria das células adota uma forma alongada, semelhante a fibroblastos. As diluições de anticorpos foram determinadas com base na recomendação do fabricante e validadas por nossos experimentos preliminares para garantir a especificidade e a intensidade do sinal ideais.
- Semeie os condrócitos em uma placa de 24 poços e cultive por 24 h para permitir a adesão celular.
- Descarte o meio de cultura e lave as células 3 vezes com PBS (adicione PBS a cada poço, incube por 5 min e depois aspire).
- Fixe as células com paraformaldeído a 4% por 10 min e lave 3 vezes com PBS.
- Permeabilize as células com 0,3% de Triton X-100 (preparado em PBS) por 10 min.
- Lave as células 3 vezes com PBS e, em seguida, bloqueie com solução de bloqueio sem animais (150 μL / poço, diluído 5× em PBS) à temperatura ambiente por 1 h.
- Remover a solução de bloqueio e incubar com anticorpo primário (anti-Col II, diluição 1:200) durante a noite a 4 °C.
- Recupere o anticorpo primário e lave as células 3 vezes com PBS.
- Adicione o anticorpo secundário IgG de coelho conjugado com Alexa Fluor 488 (diluição 1:50) e incube a 37 °C por 1,5 h no escuro.
- Remova o anticorpo secundário e lave as células 3 vezes com PBS.
- Monte com meio antidesbotamento contendo DAPI e seque no escuro por 10 min.
- Observe e capture imagens usando um microscópio de fluorescência invertida.
6. Análise por citometria de fluxo da pureza dos condrócitos
NOTA: Os condrócitos são caracterizados por sua capacidade de sintetizar e secretar colágeno tipo II, que serve como um marcador definitivo para identificação. A linhagem celular de condrossarcoma SW1353, embora exiba algumas características condrocíticas, carece de capacidade de secreção de colágeno tipo II e, portanto, serve como controle negativo neste experimento.
- Digerir os condrócitos e as células SW1353 usando tripsina livre de EDTA.
- Neutralize a digestão com meio DMEM completo e ressuspenda as células em PBS.
- Incube as células com solução de fixação/permeabilização por 15 min e, em seguida, adicione 1 mL de tampão de lavagem.
- Centrifugue (500 × g, 5 min), descarte o sobrenadante e incube com 100 μL de anticorpo anti-colágeno tipo II (diluição 1:100) por 15 min protegido da luz, seguido pela adição de 1 mL de tampão de lavagem.
- Centrifugue (500 × g, 5 min), descarte o sobrenadante e incube com anticorpo secundário IgG de coelho conjugado com Alexa Fluor 488 por 30 min protegido da luz e, em seguida, adicione 1 mL de tampão de lavagem.
- Centrifugar (500 × g, 5 min), descartar o sobrenadante, ressuspender cada amostra em tampão de lavagem de 200 μL e analisar por citometria de fluxo.
7. Estimulação de condrócitos por IL-1β
NOTA: A produção de metaloproteinases da matriz (MMPs) em resposta à estimulação da IL-1β é uma característica marcante dos condrócitos. Portanto, este estudo emprega a estimulação de IL-1β para validar essa característica fenotípica em condrócitos isolados.
- Digerir os condrócitos dos frascos de cultura e ressuspender em meio DMEM completo.
- Conte as células e ajuste a concentração para 5 × 105 células/mL usando DMEM completo.
- Semeie células em uma placa de 6 poços (24 poços no total), com 12 poços designados como grupo de controle em branco e 12 poços como grupo de estimulação de IL-1β.
- Incubar a placa numa incubadora de cultura de células durante 12 h.
- Adicione 10 ng/mL de IL-1β ao grupo de estimulação após a adesão celular completa.
- Colete sobrenadantes de cultura de células após 24 h para análise do ensaio de imunoabsorção enzimática (ELISA).
- Lave as células duas vezes com PBS.
- Lyse 6 poços de controle e 6 poços estimulados por IL-1β com tampão RIPA para análise subsequente de Western blot.
- Extraia RNA de 6 poços de controle e 6 poços estimulados por IL-1β usando TRIzol para análise de qPCR.
8. Análise quantitativa de PCR em tempo real (qRT-PCR)
NOTA: Todos os experimentos relacionados ao RNA foram realizados usando consumíveis tratados com DEPC. Resumidamente, os tubos e pontas foram embebidos em DEPC a 0,1% por 12h, autoclavados (121 °C, 20 min) para inativar as RNases e o DEPC residual e secos em estufa antes do uso.
- Adicione 1 mL de Trizol ao pellet celular e homogeneize usando um homogeneizador. Incubar em temperatura ambiente por 5 min.
- Adicione 0,2 mL de clorofórmio e vórtice vigorosamente por 30 s. Incube em temperatura ambiente por 3 min.
- Centrifugar a 4 °C, 12.000 × g durante 15 min. Transferir a fase aquosa incolor para um novo tubo de microcentrífuga e adicionar um volume igual de isopropanol.
- Misture bem e incube em temperatura ambiente por 10 min. Centrifugar a 4 °C, 12.000 × g durante 10 min. Descarte o sobrenadante e retenha o pellet de RNA.
- Adicione 1 mL de etanol 75% pré-resfriado ao pellet de RNA. Agitar completamente e centrifugar a 4 °C, 12.000 × g durante 5 min. Descarte o sobrenadante e retenha o pellet de RNA.
- Seque ao ar o pellet de RNA em um gabinete de biossegurança. Dissolva o RNA em 20 μL de água livre de RNase.
- Meça a concentração e a qualidade do RNA usando um espectrofotômetro Nanodrop.
- Transcreva reversamente o RNA total em cDNA usando um kit de transcrição reversa.
- Prepare a mistura de reação contendo 1 μg de RNA total, 4 μL de solução de cloreto de magnésio, 2 μL de mistura de dNTP, 0,5 μL de inibidor de RNase, 0,6 μL de transcriptase reversa de AMV, 1 μL de primers aleatórios e água livre de RNase para ajustar o volume final para 20 μL.
- Incubar a reação a 42 °C durante 15 min, seguida de 95 °C durante 5 min. Arrefecer a 4 °C durante 5 min e, em seguida, diluir o ADNc com água isenta de RNase.
- Prepare a mistura de reação de PCR contendo 2 μL de cDNA, 10 μL de SYBR Green Real-time PCR Master Mix, primers diretos e reversos (Tabela 1) a uma concentração final de 0,2 μmol/L cada e água livre de RNase até um volume final de 20 μL.
- Defina as condições de PCR da seguinte forma: pré-desnaturação a 95 °C por 1 min, seguida por 40 ciclos de 95 °C por 15 s, 60 °C por 15 s e 72 °C por 45 s. Colete dados de fluorescência durante a etapa de extensão de 72 °C.
- Após a reação, registre os valores de TC para cada amostra e a referência interna. Calcular os níveis de expressão relativa dos genes-alvo utilizando o método 2-ΔΔCT.
9. Ensaio ELISA
NOTA: Prepare a solução de trabalho de anticorpos biotinilados e a solução de trabalho do conjugado enzimático antes de usar.
- Retire o kit ELISA da geladeira com 30 minutos de antecedência e deixe-o equilibrar à temperatura ambiente.
- Prepare todas as soluções necessárias de acordo com as instruções do kit.
- Adicionar 100 μL de amostras ou soluções-padrão (com concentrações variáveis) aos alvéolos designados (os poços zero contêm apenas tampão de diluição padrão/amostra). Selar a placa com película adesiva e incubar a 37 °C durante 90 min (excluir os alvéolos de controlo em branco).
- Descarte o líquido e lave cada poço com tampão de lavagem de 350 μL. Incube por 30 s, descarte o líquido e seque em papel absorvente grosso. Repita a lavagem 4 vezes.
- Adicione 100 μL de solução de trabalho de anticorpos biotinilados a cada poço. Selar a placa e incubar a 37 °C durante 60 min (excluir os alvéolos de controlo em branco).
- Descarte o líquido e lave cada poço 4 vezes, conforme descrito na etapa 4.
- Adicione 100 μL de solução de trabalho de conjugado enzimático a cada poço. Selar a placa e incubar a 37 °C durante 30 min (excluir os alvéolos de controlo em branco).
- Descarte o líquido e lave cada poço 4 vezes, conforme descrito na etapa 4.
- Adicione 100 μL de solução de substrato a cada poço. Proteger da luz e incubar a 37 °C durante 15 min.
- Adicione 100 μL de solução de parada a cada poço, misture bem e meça a densidade óptica (OD) a 450 nm imediatamente.
- Gere uma curva padrão usando o software CurveExpert e calcule as concentrações da amostra.
10. Análise de Western blot
NOTA: Antes do experimento, prepare o tampão de eletroforese, o tampão de transferência, TBST, 5% de leite desnatado e corte a membrana de PVDF no tamanho apropriado com antecedência. Posteriormente, capture os sinais quimioluminescentes usando um sistema de imagem por quimioluminescência. Defina o instrumento para o modo automático ou manual para exposição de gradiente, que normalmente varia de 10 s a 5 min, para garantir que os sinais sejam capturados dentro da faixa dinâmica linear e para evitar a saturação de pixels. Após a captura do sinal, selecione a imagem de exposição onde as bandas alvo estão claras e o fundo é baixo para análise quantitativa subsequente.
- Prepare o tampão de lise RIPA (contendo 1% de PMSF e 1% de inibidor de fosfatase) e adicione o tampão de lise RIPA na proporção de 250 μL por alvéolo de uma placa de 6 poços.
- Lise as células usando um disruptor ultrassônico (3 ciclos, 7-10 s cada) e incube no gelo por 30 min.
- Centrifugar o lisado a 4 °C,12.000 × g durante 10 min e, em seguida, recolher o sobrenadante para quantificação das proteínas.
- Determine a concentração de proteína usando o ensaio de ácido bicinconínico (BCA).
- Ajuste as concentrações de proteína para o mesmo nível usando o tampão de lise RIPA.
- Adicione 5× Buffer de carregamento às amostras na proporção de 4:1 (amostra: buffer).
- Ferver as amostras durante 10 min, centrifugar a 4 °C, 12 000 × g durante 10 min e recolher o sobrenadante para electroforese.
- Monte o gel SDS-PAGE na câmara de eletroforese e encha com tampão de eletroforese até que o pente esteja submerso.
- Remova o favo, carregue amostras em poços e adicione uma escada de proteína às pistas de referência.
- Execute a eletroforese até que o corante azul de bromofenol atinja o fundo do gel, desmonte o aparelho e recupere o gel.
- Monte o "sanduíche" de transferência e execute a transferência úmida em tensão constantetage.
- Bloqueie a membrana de PVDF com 5% de leite desnatado em TBST por 1 h em temperatura ambiente.
- Incubar com anticorpo primário diluído durante a noite a 4 °C.
- Recupere o anticorpo primário e lave a membrana com TBST (5 × 5 min).
- Incubar com anticorpo secundário conjugado com HRP por 90 min em temperatura ambiente.
- Recupere o anticorpo secundário e lave a membrana com TBST (5 × 5 min).
- Prepare a solução de substrato ECL e armazene-a protegida da luz.
- Aplique o substrato ECL na membrana e capture sinais quimioluminescentes usando um sistema de imagem com exposição gradiente.
- Analise as intensidades das bandas usando o software ImageJ e calcule os níveis relativos de expressão de proteínas para análise posterior.