Этот протокол позволяет выделить достаточное количество первичных хондроцитов в течение 6-8 часов, что способствует дальнейшим углубленным исследованиям биологии хряща и механизмов заболевания хряща.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Этот протокол позволяет выделить достаточное количество первичных хондроцитов в течение 6-8 часов, что способствует дальнейшим углубленным исследованиям биологии хряща и механизмов заболевания хряща.
Разрушение суставного хряща приводит к изменению активности хондроцитов, что является основным причинным фактором при различных заболеваниях хряща, включая остеоартрит (ОА) и ревматоидный артрит (РА). Поскольку хондроциты являются наиболее распространенным типом клеток в хрящах, углубленное изучение биологических свойств хондроцитов имеет важное значение для разработки эффективных стратегий лечения заболеваний. Выделение и культивирование первичных хондроцитов обеспечивают важный экспериментальный материал для исследования заболеваний хряща и способствуют разгадке механизмов повреждения и восстановления хряща. Этот протокол содержит подробное описание методов выделения in vitro и культивирования первичных хондроцитов, полученных от мышей. Используя оптимизированный протокол коллагеназы II, выделение хондроцитов может быть завершено в течение 8 ч для образцов хряща коленного сустава новорожденных мышей. Выход клеток составляет примерно 1-2 × 10³ клеток/мг хрящевой ткани, варьируясь в зависимости от свежести ткани и исходной плотности клеток; Выделенные клетки демонстрируют жизнеспособность >90%. В качестве примера в этом протоколе используются первичные хондроциты мыши, показывающие морфологические характеристики и статус адгезии клеток, культивируемых в течение 1, 2 и 5 дней после выделения. Количественная полимеразная цепная реакция с обратной транскрипцией (ОТ-кПЦР) и вестерн-блоттинг показали, что лечение интерлейкином-1β (IL-1β) снижает коллаген II типа альфа 1 (Col2a1) и увеличивает экспрессию матриксной металлопептидазы 13 (Mmp13), подтверждая, что изолированные хондроциты реагируют на воспалительные стимулы. По сравнению с традиционными методами, в этом протоколе используется более высокая концентрация коллагеназы, чтобы уменьшить влияние длительного времени изоляции на жизнеспособность клеток, избегая при этом потенциального повреждения клеток в результате лечения трипсином. Полученные первичные хондроциты являются чистыми и жизнеспособными, пригодными для углубленных исследований механизмов, связанных с повреждением хряща, которые имеют важное значение для исследований in vitro и клинического лечения заболеваний хряща.
Разрушение суставного хряща является основной причиной различных заболеваний хрящей, таких как ОА и РА 1,2. Хондроциты, преобладающий тип клеток в хрящах, необходимы для поддержания гомеостаза и облегчения восстановления в ответ на травму3. Изменения в активности хондроцитов не только влияют на структурную целостность хряща, но и вызывают воспалительные реакции и прогрессирующую дегенерацию тканей4. Поэтому углубленное изучение биологических свойств хондроцитов имеет решающее значение для выяснения этиопатогенеза этих заболеваний.
В последние годы роль хондроцитов в воспалительных реакциях привлекает все большее внимание. Исследования показали, что воспалительные цитокины, такие как IL-1β и фактор некроза опухоли-α (TNF-α), значительно нарушают метаболические процессы хондроцитов, что приводит к увеличению экспрессии ферментов, разрушающих матрикс, и снижению синтеза матрикса 5,6,7. Эти изменения в конечном итоге приводят к постепенной дегенерации хряща и дисфункции суставов. Поэтому исследование биологических изменений хондроцитов в патологических условиях в рамках моделей in vitro стало особенно актуальным. Основываясь на традиционной двумерной (2D) монослойной культуре, последние достижения в трехмерной (3D) культуре хондроцитов и органоидных технологиях все чаще используются в исследованиях, связанных с хрящом. Эти усовершенствованные системы обеспечивают более физиологически релевантную микросреду и дают ценную информацию о поведении хондроцитовв контексте заболевания.
Выбор источника клеток критически определяет, точно ли результаты in vitro повторяют патофизиологию суставов. В отличие от иммортализированных линий хондроцитов или хрящевых эксплантов, первичные хондроциты сохраняют нативный генетический фон, механочувствительные кальциевые сигнальные пути и фенотипическую стабильность суставного хряща, тем самым демонстрируя превосходную хондрогенную способность и биологическое поведение, которое более точно отражает поведение резидентных хрящевых клеток.. Были задокументированы систематические различия в источниках передачи сигналов кальция и ключевых ионных каналах и нисходящих путях между первичными хондроцитами и клеточной линией ATDC510. Следовательно, при исследовании физиологии или патологии суставов приоритет следует отдавать первичным хондроцитам. Таким образом, оптимизация выделения и культивирования первичных хондроцитов имеет важное значение для точного моделирования биологии, связанной с заболеванием, и изучения потенциальных терапевтических препаратов 11,12,13,14,15. Тем не менее, существующие методы ставят под угрозу жизнеспособность клеток или целостность фенотипа из-за длительного пищеварения16,17.
В данной статье мы описываем протокол выделения in vitro и культивирования первичных хондроцитов, полученных из хрящевой ткани мыши, что позволяет быстро получить достаточное количество клеток. По сравнению с обычными протоколами с низкой концентрацией ферментов и длительным пищеварением, это исследование позволило оптимизировать условия переваривания ферментов и этапы предварительной обработки тканей. Такая оптимизация позволила значительно сократить время переваривания до 6-8 часов, предотвратив при этом потенциальное повреждение клеток при лечении трипсином15,17. С помощью этого метода можно получить примерно 1-2 × 10-3 хондроцитов из каждого мг хрящевой ткани мыши. Этот протокол является надежным руководством по выделению и культивированию первичных хондроцитов in vitro, обеспечивая надежную модель для исследований заболеваний хрящей.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Все эксперименты на животных были одобрены Комитетом по этике больницы Сиань Хунхуэй (No 202309009), а экспериментальные процедуры строго соответствовали принципам 3R по замене, сокращению и уточнению для экспериментов на животных.
На рисунке 1А показана принципиальная схема приготовления реагентов и оборудования. Таблица материалов содержит информацию о реагентах и оборудовании, используемых в данном протоколе.
1. Подопытные мыши
Примечание: В этом исследовании использовались четыре 3-дневные мыши дикого типа C57BL/6J.
2. Сбор и обработка образцов хряща

Рисунок 1: Упрощенный рабочий процесс подготовки материала и обработки образцов хряща. (A) Принципиальная схема настройки реагентов и оборудования, включая реагенты, расходные материалы и основные инструменты. (Б) Пошаговый протокол обработки хрящевых тканей из коленных суставов мыши. Сокращения: PBS = фосфатно-солевой буфер. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
3. Выделение и культивирование первичных хондроцитов

Рисунок 2: Упрощенная процедура переваривания хрящевой ткани, выделения первичных клеток и культивирования. Хрящи измельчали и непрерывно расщепляли раствором для разложения коллагеназы II в высокой концентрации в течение 15 мин, повторяли один раз, затем расщепляли раствором для разложения коллагеназы II в низкой концентрации в течение 6-8 ч для выделения клеток. Затем переваренную ткань фильтровали, а фильтрат собирали и центрифугировали. Клеточную гранулу промывали 1x PBS и культивировали в среде DMEM/F12 до тех пор, пока слияние не достигало 70%, после чего клетки были готовы к последующим экспериментам. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
4. Функциональная верификация первичных хондроцитов

Рисунок 3: Принципиальная схема программы валидации функции первичного хондроцита. Воспалительные состояния, вызванные лечением IL-1β; влияние на хрящевые фенотипы, оцененные с помощью ОТ-кПЦР и вестерн-блоттинга. Сокращения: IL-1β = интерлейкин-1β; ОТ-кПЦР = количественная полимеразная цепная реакция с обратной транскрипцией. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
| Условия рабочего процесса Western Blotting | |
| Шаг | Состояние / Реагент |
| Подготовка геля SDS-PAGE | 8 % (мас./об.) Разделительный гель Tris-HCl |
| Стекинговый электрофорез | 80 В, 30–40 мин |
| Рассасывающий электрофорез | 120 В, 1–1,5 ч |
| Перенос | Полусухой, 15 В, 30–60 мин |
| Блокировка | Буфер для быстрой блокировки, 2 ч при комнатной температуре |
Таблица 1: Условия рабочего процесса вестерн-блоттинга. Краткое описание условий вестерн-блоттинга, включая состав SDS-PAGE, параметры электрофореза, настройки переноса и процедуру блокирования.
| Смесь реакций обратной транскрипции | |
| Компонент | Объем (μл) |
| 5× Буфер для реакции обратной транскриптазы | 4 |
| Дезоксинуклеотидная смесь (по 10 мМ) | 2 |
| Протекторный ингибитор РНКазы (40 Ед/мкл) | 0.5 |
| Обратная транскриптаза транскриптора (20 Ед/мкл) | 0.5 |
| Вода без нуклеаз | до 20 |
| Общий объем | 20 |
Таблица 2: Смесь реакций обратной транскрипции. Композиция реакции обратной транскрипции для синтеза кДНК.
| Информация о праймере для ОТ-кПЦР первичных хондроцитов мыши | ||||
| Название гена | Последовательность(5'3 ') | Температура отжига (°C) | ||
| mGapdh | Вперёд | TGGCCTTCCGTTCCTAC | 60 | |
| Обратный | GAGTTGCTGTTGAAGTCGCA | |||
| mCol2a1 | Вперёд | TGACCTCAACTACATGGTCTACA | 60 | |
| Обратный | CTTCCCATTCTCGGCCTTG | |||
| мМмп13 | Вперёд | CTTCTTCTTGTTGAGCTGGACTC | 60 | |
| Обратный | CTGTGGAGGTCACTGTAGACT | |||
Таблица 3: Информация о праймере для ОТ-кПЦР первичных хондроцитов мыши. Последовательности и температура отжига (60 °C) праймеров, используемых для количественного определения транскриптов Gapdh, Col2a1 и Mmp13 в первичных хондроцитах мышей.
| Реакционная смесь ОТ-кПЦР | |
| Компонент | Объем (μл) |
| 2 × SYBR Green кПЦР мастер-микс | 10 |
| Разбавленная матрица кДНК | 8 |
| Прямой праймер (10 μM) | 1 |
| Обратный праймер (10 μM) | 1 |
| Общий объем | 20 |
Таблица 4: Реакционная смесь ОТ-кПЦР. Реакционная смесь ОТ-кПЦР (20 мкл) с мастер-смесью SYBR Green, матрицей и праймерами.
| Протокол циклирования ОТ-кПЦР | ||
| Шаг | Температура (°C) | Время |
| Первичная денатурация (×1) | 95 | 10 мин |
| Денатурация (×40) | 95 | 5 с |
| Отжиг/удлинитель (×40) | 60 | 15 с |
| Добавочный номер (×40) | 72 | 30 с |
| Кривая расплава (×1) | 95 55 95 | 60 с 30 с 30 с |
Таблица 5: Протокол циклического анализа ОТ-кПЦР. Денатурация при 95 °C в течение 5 с, отжиг/растяжение при 60 °C в течение 15 с и окончательный анализ кривой расплава были выполнены в течение 40 циклов.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Как описано на рисунках 1, 2 и 3, мы выполнили протокол и успешно выделили первичные хондроциты из коленных суставов мышей. Из примерно 10 мг неонатального хряща мышей мы получили около 1 × 104 клеток с жизнеспособностью >90%. В первый день культивирования in vitro первичные хондроциты мышей демонстрировали округлую морфологию, при этом большинство клеток находились во взвешенном состоянии и е...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Выделение и культивирование первичных хондроцитов имеют важное значение для выяснения патофизиологии заболеваний хряща22. В культуре первичных хондроцитов оптимизация концентрации коллагеназы и времени переваривания имеет решающее значение, поскольку это уравновешивает деградацию внеклеточного матрикса при одновременном снижениипотенциального повреждения клеток. В данной работе мы описываем надежный и воспроизводимый метод выделения первичных хондроцитов из хрящевых тканей ...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.
Работа выполнена при поддержке Национального фонда естественных наук Китая (No 82370909). Рисунки 1, 2 и 3 были созданы с помощью Figdraw.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 1&раз; Порошок PBS (2 л) | Сервисбио | Г0002-2Л | |
| Чашки для клеточных культур 100 мм | Сервисбио | ПЗС-100 | |
| 100 μ Сито с ячейками М | Сангон Биотех | F613463-0001 | |
| Коническая центрифужная трубка 15 мл (стерильная, без ферментов) | Сервисбио | ЭП-1501-Дж | |
| Коническая центрифужная пробирка объемом 50 мл (стерильная, без ферментов) | Сервисбио | ЭП-5001-Дж | |
| 6-луночный планшет для культивирования клеток | Сервисбио | CCP-6H | |
| Поликлональное антитело к кролику Anti-COL2A1 | Иммуновей | YT1022 | Первичные антитела; ББ: 1/500 |
| Моноклональное антитело мыши против GAPDH | Протеинтек | 60004-1-ИГ | Первичные антитела; ВБ: 1/2000 |
| Поликлональное антитело к кролику Anti-MMP13 | Иммуновей | YT2796 | Первичные антитела; ББ: 1/1000 |
| Асептическая ультрачистая скамья | Термо Фишер | 51029704 | |
| Инкубатор для клеточных культур | Термо Фишер | 51033782 | |
| Коллагеназа II | Соларбио | С8150 | |
| Грунтовки на заказ (Gapdh, Col2a1, Mmp13) | Сангон Биотех | Разработано с использованием Primer BLAST | |
| Средний DMEM/F12 | Гиклон | SH30023.01 | |
| Фетальная бычья сыворотка | ЭксСелл | ФКС500 | |
| HRP-Goat Антимышиное поликлональное антитело | Иммуновей | РС0001 | вторичные антитела; ВБ: 1/10000 |
| HRP-Goat Anti-Rabbit поликлональные антитела | Иммуновей | РС0002 | вторичные антитела; ББ: 1/10000 |
| Инвертированный фазово-контрастный микроскоп | ОЛИМП | СКХ53 | |
| Микропипетка | Термо Фишер | ||
| Миниатюрная настольная центрифуга | САННЕ | СН-ТДЛ-6 | |
| Хирургическое лезвие No 11 | Сервисбио | QXJZ-11 | |
| Раствор пенициллин-стрептомицина (100X) | Бейотим | С0222 | |
| Набор инструментов для вскрытия мелких животных | Сервисбио | КХТЗ01 |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.