Трехмерная одноаксиальная механическая система стимуляции биореактора является идеальным биореактором для теногенной специфической дифференциации стволовых клеток, полученных из сухожилия, и формирования неопалендров.
Методическая статья
* These authors contributed equally
Трехмерная одноаксиальная механическая система стимуляции биореактора является идеальным биореактором для теногенной специфической дифференциации стволовых клеток, полученных из сухожилия, и формирования неопалендров.
Тендинопатия является распространенным хроническим заболеванием сухожилий, связанных с воспалением и дегенерацией в ортопедической области. При высокой заболеваемости, ограниченных самовостимывающихся мощностях и, самое главное, отсутствии окончательного лечения, тендинопатия по-прежнему негативно влияет на качество жизни пациентов. Стволовые клетки, полученные из тендона (TDSCs), как первичные клетки-предшественники клеток сухожилий, играют важную роль как в развитии тендинопатии, так и в функциональном и структурном восстановлении после тендинопатии. Таким образом, метод, который может in vitro имитировать in vivo дифференциации TDSCs в сухожилия клеток было бы полезно. Здесь, настоящий протокол описывает метод, основанный на трехмерной (3D) uniaxial растяжения системы для стимулирования TDSCs дифференцировать в сухожилия, как ткани. Есть семь этапов настоящего протокола: изоляция мышей TDSCs, культура и расширение мышей TDSCs, подготовка среды культуры стимуляции для формирования клеточного листа, формирование клеточных листов путем культивирования в среде стимуляции, подготовка 3D сухожилия стволовых клеток построить, сборка одноасстекциального растяжения механического стимуляции комплекса, и оценка механических стимулировали в пробирке сухожилия, как ткань. Эффективность продемонстрировала гистология. Вся процедура занимает менее 3 недель. Для содействия внеклеточной матричной о осаждении, 4,4 мг/мл аскорбиновой кислоты был использован в среде культуры стимуляции. Отделенная камера с линейным двигателем обеспечивает точную механическую нагрузку и является портативной и легко регулируется, что применяется для биореактора. Режим загрузки в настоящем протоколе составил 6% напряжения, 0,25 Гц, 8 ч, а затем 16 ч отдыха в течение 6 дней. Этот протокол может имитировать дифференциацию клеток в сухожилии, что полезно для исследования патологического процесса тендинопатии. Кроме того, сухожилия, как ткань потенциально используется для содействия заживлению сухожилий в сухожилия травмы, как инженерии аутологичный трансплантат. Подводя итог, можно сказать, что нынешний протокол прост, экономизен, воспроизводен и действителен.
Тендинопатия является одним из распространенных спортивных травм. Это в основном проявляется боль, местные отеки, снижение мышечного напряжения в пораженной области, и дисфункции. Заболеваемость тендинопатией высока. Присутствие ахиллесовой тендинопатии наиболее распространено у бегунов средней и дальнего следования (до 29%), в то время как наличие у спортсменов волейбола (45%), баскетбола (32%), легкой атлетики (23%), гандбола (15%) и футбола(13%) 1,,2,,3,,4,,5. Однако, из-за ограниченной самовосстановления способности сухожилия, и отсутствие эффективных методов лечения, тендинопатия по-прежнему влияет на жизнь пациентов негативно6,7. Кроме того, патогенез тендинопатии остается неясным. Там было много исследований о его патогенеза, в основном в том числе "теория воспаления", "теория дегенерации", "теория чрезмерного использования", и такдалее 8. В настоящее время многие исследователи считают, что тендинопатия была из-за неудачного саморемонта микро-травм, вызванных чрезмерной механической нагрузкой сухожилия опытом9,10.
Тендоновые стволовые клетки (TDSCs), как основные клетки-предшественники клеток сухожилий, играют важную роль как в развитии тендинопатии, так и в функциональном и структурном восстановлении после тендинопатии11,,12,13. Сообщалось, что механическая стимуляция стресса может вызвать пролиферацию и дифференциацию остеоцитов, остеобластов, гладких мышечных клеток, фибробластов, мезенхимальных стволовых клеток и других чувствительных к силе клеток14,,15,,16,17,18. Таким образом, TDSCs, как один из механосчувствительных и многопотентных клеток, также может быть стимулирован, чтобы дифференцировать по механической нагрузке19,20.
Однако различные параметры механической загрузки (сила загрузки, частота погрузки, тип погрузки и период загрузки) могут вызвать дифференцирование TDSCs в различные ячейки21. Таким образом, эффективный и действительный механический режим загрузки очень важен для теномеза. Кроме того, существуют различные виды биореакторов в качестве систем стимуляции, которые в настоящее время используются для обеспечения механической нагрузки на ТДК. Принципы каждого вида биореактора различны, поэтому параметры механической загрузки, соответствующие различным биореакторам, также отличаются. Поэтому спросом пользуется простой, экономичный и воспроизводимый протокол стимуляции, включающий тип биореактора, соответствующую стимулирую среду и механический режим загрузки.
В настоящей статье описывается метод, основанный на трехмерной (3D) униасивной системы растяжения, чтобы стимулировать TDSCs дифференцировать в сухожилия, как ткани. Есть семь этапов протокола: изоляция мышей TDSCs, культура и расширение мышей TDSCs, подготовка среды культуры стимуляции для формирования клеточного листа, формирование клеточных листов путем культивирования в стимуляции среды, подготовка 3D сухожилия стволовых клеток построить, сборка uniaxial-растяжения механического стимуляции комплекса, и оценка механических стимулировали в пробирке сухожилия, как ткань. Вся процедура занимает менее 3 недель, чтобы получить 3D-клеточную конструкцию, которая намного меньше, чем некоторые существующие методы22,23. Настоящий протокол был доказан, чтобы быть в состоянии побудить TDSCs дифференцировать в сухожилия ткани, и это более надежным, чем в настоящее время обычно используется двумерная (2D) протягивающая система21. Эффективность продемонстрировала гистология. Короче говоря, нынешний протокол прост, экономистителен, воспроизводим и действителен.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Описанные методы были утверждены и осуществлены в соответствии с руководящими принципами и правилами Комитета по этике животных Университета Западной Австралии.
1. Изоляция мышей TDSCs
2. Культура и расширение мышей TDSCs
ПРИМЕЧАНИЕ: Проведите все шаги в стерильной биобезопасности капот.
3. Подготовка среды культуры стимуляции для формирования клеточных листов
ПРИМЕЧАНИЕ: Проведите все шаги в стерильной биобезопасности капот.
4. Формирование клеточных листов путем культивирования в среде стимуляции
ПРИМЕЧАНИЕ: Проведите все шаги в стерильной биобезопасности капот.
5. Подготовка 3D сухожилия стволовых клеток построить
ПРИМЕЧАНИЕ: Проведите все шаги в стерильной биобезопасности капот.
6. Сборка униаксиарного комплекса механической стимуляции в уникально разработанном биореакторе
ПРИМЕЧАНИЕ: Проведите все шаги в стерильной биобезопасности капот.
7. Оценка механической стимулированных в пробирке сухожилия, как ткань
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
До механической стимуляции, TDSCs были выращены до 100% слияния в полной среде и отображается дезорганизованной ультраструктурной морфологии (Рисунок 2A). После 6 дней одноаксиальной растяжения механической нагрузки, внеклеточная матрица (ECM) и выравнивание клеток были хорошо ориентированы(рисунок 2B). Клетки были хорошо заселены и хорошо окутаны ECM после механической загрузки. Морфология клеток была представлена, чтобы быть удлиненной и был больше похож на нормальную клетку сухожилия ...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Сухожилие является механосенцитивной волокнистой соединительной тканью. Согласно предыдущим исследованиям, избыточная механическая нагрузка может привести к остеогенной дифференциации стволовых клеток сухожилий, в то время как недостаточная загрузка приведет к неупорядоченной структуре коллагенового волокна во время дифференциации сухожилий21.
Общее мнение заключается в том, что ключом к идеальному биореактору является способность имитировать в пробирке клеточной микроо...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторам нечего раскрывать.
Исследование проводилось в то время, когда автор получил "Международную стипендию Университета Западной Австралии и премию аспиранта университета в Университете Западной Австралии". Эта работа была поддержана Национальным фондом естественных наук Китая (81802214).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Аскорбиновая кислота | Sigma-aldrich | PHR1008-2G | |
| Фетальная бычья сыворотка (FBS) | Gibcoä от Life Technologies 1908361 | ||
| Гистологический процессор | Leica | TP 1020 | |
| Minimal Essential Medium (Alpha-MEM) | Gibcoä от Life Technologies | 2003802 | |
| Стволовые клетки | , полученные из сухожилий мышиВыделен из ахилловых сухожилий у 6- и 8-недельных мышей C57BL/6. Затем расщепляется коллагеназой I типа (3 мг/мл; MilliporeSigma, Берлингтон, Массачусетс, США) в течение 3 ч и пропускали через сетчатое фильтр с емкостью 70 мм для получения одноклеточных суспензий. | ||
| Параформальдегид | Sigma-aldrich | 441244 | |
| смесь стрептомицина и пенициллина | Gibcoä от Life Technologies | 15140122 | |
| Система трехмерной одноосной механической стимуляции биореактора | Центр ортопедических трансляционных исследований, Медицинская школа, Университет Западной Австралии | Доступно у автора, отвечающего за переписку, по запросу. Или сделайте его по нашему дизайну* *Wang T, Lin Z, Day RE и др. Программируемая механическая стимуляция воздействует на гомеостаз сухожилий в биореакторной системе. Биотехнол Bioeng. 2013; 110(5):1495–1507. doi:10.1002/bit.24809 | |
| Трипсин | Gibcoä от Life Technologies | 1858331 |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE
Запросить разрешение