RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
tr_TR
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Yoojun Nam1, Yeri Alice Rim1, Ji Hyeon Ju2
1CiSTEM Laboratory, Convergent Research Consortium for Immunologic Disease, Division of Rheumatology, Seoul St. Mary's Hospital, College of Medicine,The Catholic University of Korea, 2Division of Rheumatology, Department of Internal Medicine, Seoul St. Mary's Hospital, Institute of Medical Science, College of Medicine,The Catholic University of Korea
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Burada, kordon kanı mononükleer hücre kaynaklı insan kaynaklı pluripotent kök hücrelerden kondrojenik farklılaşma için bir protokol önermekteyiz.
İnsan eklem kıkırdağı kendini tamir etme becerisine sahip değildir. Kıkırdak dejenerasyonu bu nedenle tedavi edici değil, konservatif tedaviler ile tedavi edilir. Halen hasar görmüş kıkırdağı ex vivo genişletilmiş kondrositler veya kemik iliği kaynaklı mezenkimal kök hücreler (BMSC) ile yenilemek için çaba sarf edilmektedir. Bununla birlikte, bu hücrelerin kısıtlı canlılığı ve istikrarsızlığı, kıkırdak yeniden yapılandırma alanındaki uygulamalarını sınırlar. İnsan kaynaklı pluripotent kök hücreler (hiPSC'ler), rejeneratif uygulamalar için yeni bir alternatif olarak bilimsel bir ilgi görmüştür. Sınırsız kendi kendini yenileme kabiliyeti ve çok potansiyeli ile hiPSC'ler, kıkırdak onarımı için yeni bir yedek hücre kaynağı olarak vurgulanmıştır. Bununla birlikte, yüksek miktarda yüksek kaliteli kondrojenik pelet elde edilmesi, klinik uygulamaları için büyük bir zorluk oluşturmaktadır. Bu çalışmada, kondrojenik diferansiyasyon için embriyo gövdesi (EB) ile üretilmiş büyüme hücreleri kullanılmıştır. Başarılı kondrojenez PCR ile veD lekelenmesi alsi mavisi, toluidin mavisi ve kolajen tip I ve II'ye karşı antikorlar (sırasıyla COL1A1 ve COL2A1). Kordon kanı mononükleer hücre kaynaklı iPSC'lerin (CBMC-hiPSC'lerin) kondrojenik peletlere diferansiyelleştirilmesi için ayrıntılı bir yöntem sunmaktayız.
HİPSC'lerin kullanımı, çeşitli hastalıkların uyuşturucu taraması ve mekanik çalışmaları için yeni bir stratejiyi temsil etmektedir. Rejeneratif bir perspektiften hiPSC'ler, eklem kıkırdağı 1 , 2 gibi sınırlı iyileştirme kabiliyetine sahip hasarlı dokuların değiştirilmesi için potansiyel bir kaynaktır.
Doğal eklem kıkırdağının rejenerasyonu birkaç on yıl için zor olmuştur. Artiküler kıkırdak, yumuşak beyaz bir dokudur ve kemiklerin ucunu sürtünmeden korur. Bununla birlikte, zarar gördüğünde kendini yenilemek neredeyse imkansız kılan sınırlı rejeneratif kabiliyete sahiptir. Bu nedenle, kıkırdak yenilenmesine odaklanan araştırma, onlarca yıldır devam etmektedir.
Daha önce, in vitro olarak kondrojenik soya diferansiyasyon, genellikle diz eklemi 3'ten izole edilen BMSC'ler veya doğal kondrositler ile gerçekleştirildi. BitmişKondrojenik potansiyelleri, BMSC'ler ve doğal kondrositler, kondrojenezde kullanımlarını destekleyen çok sayıda avantaja sahiptir. Bununla birlikte, sınırlı genişleme ve kararsız fenotip yüzünden, bu hücreler eklem kıkırdak defekti rekonstrüksiyonu konusunda çeşitli sınırlamalarla karşı karşıya kalmaktadır. In vitro kültür koşulları altında, bu hücreler 3-4 geçitten sonra kendi özelliklerini kaybetme eğilimindedir ve bu da sonuçta onların farklılaşma yeteneklerini etkiler 4 . Ayrıca, doğal kondrositler durumunda, bu hücreleri elde ederken diz ekleminde ek hasar kaçınılmazdır.
BMSC'lerin veya doğal kondrositlerden farklı olarak, hiPSC'ler in vitro olarak sınırsız olarak genişleyebilir. Uygun kültür koşullarıyla, hiPSC'lerin kondrojenik farklılaşma için yedek bir kaynak olarak büyük potansiyeli vardır. Bununla birlikte, hiPSC'lerin içsel özelliklerini değiştirmek zordur 5 . Dahası, birkaç karmaşık in vitro süreç gerektirirPs hiPSCs'in kaderini belirli bir hücre türüne yönlendirmek için. Bu komplikasyonlara rağmen, yüksek kendiliğinden yenilenme kabiliyetleri ve kondrositleri de içeren hedeflenen hücrelere ayırma kapasiteleri nedeniyle hiPSC'lerin kullanımı hala önerilmektedir.
Kondrojenik farklılaşma, genellikle MSC benzeri progenitör hücreler kullanılarak pelet kültürü veya mikromüzk kültürü gibi üç boyutlu kültür sistemleri ile yapılır. HiPSC kullanıyorsa, MSC benzeri öncü hücreler üretmek için protokol mevcut protokollerden farklıdır. Bazı gruplar, fenotipi doğrudan MSC benzeri hücrelere dönüştürmek için hiPSC'lerin tek katmanlı kültürü kullanır 7 . Ancak, çoğu çalışma MSC 8 , 9 , 10 , 11'e benzeyen hücre büyümesi üretmek için EB'ler kullanır.
Kondrojayı indüklemek için çeşitli büyüme faktörleri kullanılır.Nesis. Genellikle, BMP ve TGFβ ailesi proteinleri tek başına veya kombinasyon halinde kullanılır. Farklılaşma, GDF5, FGF2 ve IGF1 12 , 13 , 14 , 15 gibi diğer faktörlerle de indüklenmiştir. TGFβ1'in MSC 16'da doza bağımlı bir tarzda kondrojenez uyarısı yaptığı gösterilmiştir. Diğer izotip ile karşılaştırıldığında, TGFβ3, TGFβ1, kıkırdak öncesi mezenşimal hücre yoğunlaşmasını arttırarak kondrojeneze neden olur. TGFβ3, mezenkimal hücre çoğalmasını önemli ölçüde arttırarak kondrojeneze neden olur17. Bununla birlikte, TGFβ3 araştırmacılar tarafından TGFβ1 7 , 10 , 18 , 19'dan daha sık kullanılır. BMP2, insan kondrojenik matris bileşenleri ile ilgili genlerin ekspresyonunu arttırırEklem kondrositlerinde in vitro koşullar altında 20 . BMP2, TGFβ proteinleri 21 ile kombinasyon halinde MSC'lerde kıkırdak oluşumu için kritik olan genlerin ekspresyonunu arttırır. Ayrıca, BMP2'nin Smad ve MAPK yolakları yoluyla TGFβ3'ün etkisini sinerjik olarak arttırdığı gösterilmiştir 22 .
Bu çalışmada CBMC-hiPSC'ler düşük ekli bir Petri kabında EB ortamı kullanılarak EB'lere toplandı. Gelişen hücreler, EB'leri jelatin kaplı bir çanağa tutturarak indüklenmiştir. Hücreleri kullanarak kondrojenik farklılaşma pelet kültürü ile gerçekleştirildi. Hem BMP2 hem de TGFβ3 ile yapılan muamele, hücreleri yoğun bir şekilde yoğunlaştırdı ve kondrojenik pelet oluşumu için hücre dışı matris (ECM) protein birikimine yol açtı. Bu çalışma, CBMC-hiPSC'leri kullanarak basit fakat etkin kondrojenik bir farklılaşma protokolünü önermektedir.
Bu protokol, Katolik Üniversitesi'nin kurumsal gözden geçirme kurulu (KC12TISI0861) tarafından onaylandı. Yeniden programlama için kullanılan CBMC'ler doğrudan Seul St. Mary Hastanesi Kordon Kan Bankası'ndan alındı.
1. iPSC'lerden kondrojenik türev
2. Boyama ile Kondrojenik Pellet Karakterizasyonu
Bu çalışmada, EB'lerden büyümekte olan hücreleri indükleyerek CBMC-hiPSC'lerden kondrojenik peletler oluşturduk. Kondrojenik farklılaşma, doğrulanmış yüksek pluripotensiteli CBMC-hiPSC'ler kullanılarak indüklendi. Protokolümüzün basit bir şeması Şekil 1A'da gösterilmiştir . Farklılaştırmadan önce, iPSC kolonileri genişletildi ( Şekil 1B ). Genişletilmiş iPSC'ler, farklılaşmayı başlatmak için EB'ler olarak toplandı ( Şekil 1C ). Oluşturulan EB'ler jelatin kaplı tabaklara ekim büyümesi hücrelerini uyarmak için tutturuldu ( Şekil 1D ). Daha sonra, büyümekte olan hücreler toplandı ve kondrojenik peletler oluşturmak için kullanıldı. 21 günlük farklılıktan sonra küçük boncuk benzeri kondrojenik peletler elde edildi ve daha ileri karakterizasyon için kullanıldı ( Şekil 1E ). İn vitro üretilen chonun kalitesiDrojeneik pelletler çeşitli deneylerle teyit edildi.
Gün 21'de kondrojenik pelletlerin kalitesini histolojik olarak değerlendirdik. Pozitif kontrol olarak BMSC kondrojenik peletler kullanıldı. Farklı kondrositler tarafından salgılanan ECM proteinlerinin birikimi, Şekil 2A'daki als mavisi ve toluidin mavisi boyaması ile teyit edildi. Lacuna ve proteoglikan üretimi gibi sağlıklı kıkırdağın temel özellikleri, farklılaşma süreci 21 gün boyunca devam ettikçe artmıştır. CBMC-hiPSC'lerden üretilen kondrojenik peletler, sağlıklı kıkırdakta ana ECM bileşeni olan COL2A1'yi ifade etmiştir ( Şekil 2B ). CBMC-hiPSC türevi pelletlerin COL2A1 ekspresyonu, BMSC türevi peletlerinkinden daha yüksekti. Fibrotik kıkırdak için bir markör olan tip I kollajeninin ekspresyonu, COL2A1'in ekspresyonuna kıyasla CBMC-hiPSC'den türetilmiş pelletlerde düşüktür.
Gün-21 kondrojenik pelletlerde kıkırdak ECM proteinlerinin gen ifadesi, gerçek zamanlı PCR ile teyit edildi. CBMC-hiPSC türevi pelletlerin aggrecan (ACAN) ekspresyonu, BMSC türevi pelletlerin agrega (ACAN) ifadesine benzerdi ( Şekil 3A ). COL2A1 ifadesi, CBMC-hiPSC türevi peletlerde ( Şekil 3B ) önemli derecede yüksekti. Cinsiyet belirleyici bölge Y-box 9'un (Sox9), bir kondrojenik progenitör belirteçinin ekspresyonu da değerlendirildi. CBMC-hiPSClerden üretilen peletler yüksek düzeyde Sox9 ifade etmiştir ( Şekil 3C ). Bu genlerin CBMC-hiPSC kondrojenik topaklarda 21. günde BMSC kontrol topaklarla karşılaştırıldığında belirgin şekilde yukarı doğru düzenlendiğini teyit ettik. Bir hipertrofik markör COL1A1'in ekspresyonu değerlendirildi ( Şekil 3D ). CBMC-hiPSC türevi pelletlerde COL1A1 ifadesi, BMSC-deri'ye kıyasla azaldıVed topakları. Farklılaşma etkinliği, COL2A1'in COL1A1'e oranı ile analiz edildi ( Şekil 3E ). CBMC-hiPSC türevi pelletlerde oran artışı, COL1A1'e kıyasla COL2A1'in nispeten yüksek ekspresyonunu ortaya koymuştur. Sonuç olarak, CBMC-hiPSC'lerin kondrojenik farklılaşma kapasitesini teyit ettik. Üretilen CBMC-hiPSC türevi kondrojen peletlerin kalitesi, BMSC'lerin kalitesiyle uyumlu bir kaliteye sahiptir.
Şekil 1: hiPSC'lerin kondrojenik farklılaşması. ( A ) hiPSC'lerden kondrojenik pelet üretimi şeması. ( B ) Oluşturulan CBMC-hiPSC'nin morfolojisi. ( C ) oluşturulan EBs Morfolojisi. ( D ) Jelatin kaplı bir kültür tabakına tutturulmuş EB'lerden türetilen gelişme hücreleri. ( E ) t Görüntüsü 21 günlük farklılaşmadan sonra kondrojenik pelet. Aralıkların birimleri milimetre olarak gösterilir. Ölçek çubukları = 200 μm. Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.

Şekil 2: Kondrojenik pelletin histolojik analizi. ( A ) Güneş 21'de kondrojenik peletlerin histolojik değerlendirmesi, alian mavi ve toluidin mavi boyama. ( B ) COL1A1 ve COL2A1 antikorları ile boyanan kondrojenik peletlerin immünohistokimyasal görüntüsü. Ölçek çubukları = 100 μm. Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.

| Hücre numarası | Gelişen hücre verimi | Topak verimi | |
| hiPSCs | 2 x 10 6 | 2-5 x 10 7 | 70-150 |
| MSC | 2 x 10 6 | - | 6 |
Tablo 1: MSC ve hiPSC'lerin verim karşılaştırması.
| Hedef Adı | yön | Primer Dizisi | Boyut |
| ileri | TTCCGCGACGTGGACAT | 77 bp | |
| Ters | TCAAACTCGTTGACATCGAAGGT | ||
| ACAN | ileri | AGCCTGCGCTCCAATGACT | 107 bp |
| Ters | TAATGGAACACGATGCCTTTCA | ||
| COL2A1 | ileri | GGCAATAGCAGGTTCACGTACA | 79 bp |
| Ters | CGATAACAGTCTTGCCCCACTTA | ||
| COL1A1 | ileri | CCCCTGGAAAGAATGGAGATG | 148 bp |
| Ters | TCCAAACCACTGAAACCTCTG |
Tablo 2: Gerçek zamanlı PCR'de kondrojenik belirteçlere karşı primerler dizileri.
Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.
Burada, kordon kanı mononükleer hücre kaynaklı insan kaynaklı pluripotent kök hücrelerden kondrojenik farklılaşma için bir protokol önermekteyiz.
Bu çalışma Sağlık Bakanlığı, Refah ve Aile İşleri Bakanlığı, Kore Cumhuriyeti (HI16C2177) tarafından yapılan Kore Sağlık Teknolojisi Ar-Ge projesinin bir hibesi tarafından desteklenmiştir.
| 100 mm Çanak | TPP | 93100 | |
| 6 Kuyulu Plaka | TPP | 92006 | |
| 50 mL Kornik Tüp | SPL | 50050 | |
| 15 mL Kornik Tüp | SPL | 50015 | |
| 10 mL Tek Kullanımlık Pipet | Falcon | 7551 | |
| 5 mL Tek Kullanımlık Pipet | Falcon | 7543 | |
| 12 kuyulu Plaka | TPP | 92012 | |
| < güçlü > Adı< / güçlü | > < güçlü > Şirket < / güçlü > | < güçlü > Katalog Numarası< / güçlü > | < güçlü > Açıklama< / güçlü |
| > < güçlü > E8 Orta Malzemeler< / güçlü > | |||
| DMEM / F12, HEPES | Yaşam Teknolojileri | 11330-057 | E8 Orta (500 mL) |
| Sodyum Bikarbonat | Yaşam Teknolojileri | 25080-094 | E8 Orta (Konsantrasyon: 543 μ g / mL) |
| Sodyum Selenit | Sigma Aldrich | S5261 | E8 Orta (Konsantrasyon: 14 ng/mL) |
| İnsan Transfferin | Sigma Aldrich | T3705 | E8 Ortamı (Kapanış: 10.7 μ g/mL) |
| Temel FGF2 | Peprotech | 100-18B | E8 Orta (Konsantrasyon: 100 ng/mL) |
| İnsan İnsülin | Yaşam Teknolojileri | 12585-014 | E8 Ortamı (Konsantrasyon: 20 μ g / mL) |
| İnsan TGF ve beta; 1 | Peprotech | 100-21 | E8 Orta (Konsantre: 2 ng/mL) |
| Askorbik Asit | Sigma Aldrich | A8960 | E8 Ortam (Devamı: 64 μ g / mL) |
| DPBS | Yaşam Teknolojileri | 14190-144 | |
| Vitronektin | Yaşam Teknolojileri | A14700 | |
| ROCK İnhibitörü | Sigma Aldrich | Y0503 | |
| < güçlü > Adı< / güçlü > | < güçlü > Şirket< / güçlü > | < güçlü > Katalog Numarası< / güçlü > | < güçlü > Açıklama< / güçlü> |
| <> Kalite Kontrol Malzemeleri< / güçlü> | |||
| 18 mm Kapak Camı | Üstün | HSU-0111580 | |
| %4 Paraformaldihit | Tech & Yenilik | BPP-9004 | |
| Triton X-100 | BIOSESANG | 9002-93-1 | |
| Sığır Serumu Albümin | Vektör Laboratuvarı | SP-5050 | |
| Anti-SSEA4 Antikor | Milipore | MAB4304 | |
| Anti-Oct4 Antikoru | Santa Cruz | SC9081 | |
| Anti-TRA-1-60 Antikor | Milipore | MAB4360 | |
| Anti-TRA-1-81 Antikor Millipore MAB4381 630801 | |||
| Anti-Klf4 Antikoru | Abcam | ab151733 | |
| Alexa Fluor 488 keçi anti-fare IgG (H + L) antikoru | Moleküler Prob | A11029 | |
| Alexa Fluor 594 keçi anti-tavşan IgG (H + L) antikoru | Moleküler Prob | A11037 | |
| DAPI | Moleküler Prob | D1306 | |
| Uzun süreli altın antifade reaktifi | Invitrogen | P36934 | |
| %4 Paraformaldihit | Tech & Yenilik | BPP-9004 | |
| Tween 20 | BIOSESANG | T1027 | |
| Sığır Serumu Albümin Vektör | Laboratuvarı | SP-5050 | |
| Anti-Kollajen II antikoru | abcam ve nbsp; | ab34712 | 1:100 |
| Alcian mavisi | Sigma Aldrich | A3157-10G | |
| Hızlı Yeşil FCF Sigma | Aldrich | F7252-25G | |
| Safranin O | Sigma Aldrich | 090m0039v | |
| Nükleer hızlı kırmızı | Americanmastertech | STNFR100 | |
| ksilen | Duksan | 115 | |
| Etanol | Duksan | 64-17-5 | |
| Mayer'in hematoksilen çözeltisi | wako saf kimya endüstrileri | LAK7534 | |
| DAP | VEKTÖR LABORATUVARLARI | SK-4100 | |
| Sürgülü Cam, Kaplamalı | Hyun Il Lab-Mate | HMA-S9914 | |
| Trizol | Invitrogen | 15596-018 | |
| Kloroform | Sigma Aldrich | 366919 | |
| İzoprilalkol | Milipore | 109634 | |
| Etanol | Dükkan | 64-17-5 | |
| RevertAid First Strand cDNA Sentez kiti | Thermo Scientfic | K1622 | |
| Name< | strong>Company | Katalog Numarası | Açıklama< / güçlü > |
| < güçlü > Kondrojenik Farklılaşma Malzemeleri< / güçlü > | |||
| DMEM | Yaşam Teknolojileri | 11885 | Kondrojenik ortam bileşeni (500 mL) |
| Penisilin Streptomisin | Yaşam Teknolojileri | P4333 | Kondrojenik ortam bileşeni (Konsantre:% 1) |
| Askorbik Asit | Sigma Aldrich | A8960 | Kondrojenik medya bileşeni (Conc.: 64 μ g/mL) |
| MEM Esansiyel Olmayan Amino Asit Çözeltisi (100x) | Life Technologies | 11140-050 | Kondrojenik ortam bileşeni (Konsantrasyon: 100 mM) |
| rhBMP-2 | R& D | 355-BM-050 | Kondrojenik ortam bileşeni (Konsantrasyon: 100 ng / ml) |
| Rekombinant Hman TGF-beta3 | R& D | 243-B3-002 | Kondrojenik medya bileşeni (Konsantre: 10 ng / ml) |
| KnockOut Serum Replasman Ömrü Teknolojileri | 10828-028 | Kondrojenik medya bileşeni (Konsantre:% 1) | |
| ITS + Premix | BD | 354352 | Kondrojenik medya bileşeni (Konsantre: %1) |
| Deksametazon-Suda Çözünür | Sigma Aldrich | D2915-100MG | Kondrojenik medya bileşeni (Konsantrasyon: 10 < sup>-7 < / sup> M) |
| GlutaMAX Ek Yaşam | Teknolojileri | 35050-061 | Kondrojenik medya bileşeni (Konsantre:% 1) |
| Sodyum piruvat çözeltisi | Sigma Aldrich | S8636 | Kondrojenik medya bileşeni (Konsantre:% 1) |
| L-Prolin | Sigma Aldrich | P5607-25G | Kondrojenik medya Bileşen (40 & mu; g/ml) |