关节软骨和骨软骨病变进展关节退行性变,导致骨关节炎,导致潜在的必要性TJR [
由于关节软骨的生理结构,没有血管或神经末梢,其内在的再生能力是有限的
自体软骨细胞移植是一种深刻的研究治疗方法来满足这一需求(
msc的焦点一直在研究在过去几年再生和联合防腐剂应用程序主要是由于他们的(i)分化潜力成chondrogenic tissue-amongst等脂肪和成骨的组成——和以及(2)
msc存在于各种组织如骨髓和脂肪组织(
在关节镜或open-knee手术,各种脂肪来源可能产生AD-MSCs可(图
矢状膝MRI与periarticular脂肪来源(yellow-subcutaneous脂肪;red-prefemoral / supratrochlear囊脂肪;blue-infrapatellar脂肪垫/霍法的脂肪垫)。
2011年第一个临床试验结合AD-MSCs与自体血液产品为了进一步增加治疗效果的可能性(
血液制品最近成为一个广泛使用的再生医学治疗(
监管障碍有关的使用等“nonhomologous组织”“移植”组件的皮下脂肪组织到关节让这些有前途的战略越来越有挑战性
临床数据表明,血液产品支持细胞增殖的维护,以及干细胞体外设置属性和分化特点(
此外,文学提供了数据显示更好的chondrogenic分化潜力的关节内的“同源”霍法等脂肪组织的脂肪垫与皮下组织相比AD-MSCs展示收获位置选择的重要性(
临床数据处理脂肪中提取干细胞及其在软骨再生的影响并不关注比较从不同的位置,但只有AD-MSCs调查皮下组织来源(
本研究的基本原理是同源AD-MSCs在脂肪组织被认为是“外科废物”在关节镜或open-knee手术可能会提供一个自体来源再生使用。这种模式的应用程序将超过监管障碍,就可能使用同源组织的分化潜能,并可能进一步提高了血液产品补充。
本研究的目的是(我)比较chondrogenic和成骨分化AD-MSCs从3脂肪的位置(霍法的脂肪垫,远端股骨/袋脂肪和皮下脂肪)和(2)展示效果的三个血液制品(EPRP, CPRP hypACT)在体外分化潜力的设置(图
研究设计。BDP =血液产品;软骨胶原。= chondrogenic;CPRP =柠檬酸富含血小板血浆;EPRP = EDTA platelete-rich等离子体;流式细胞仪= fluorescence-activated细胞排序;FCS =胎生小牛血清;hypACT = hyperacute血清;osteogeny。=成骨的;subcutan。=皮下; XTT=assay for metabolic activity.
脂肪组织是收获3捐助者(1男2女,
脂肪组织是切碎的手术刀,加权,在胶原酶消化(目录编号:C0130 Sigma-Aldrich,圣路易斯,美国)解决方案(9000单位的胶原酶I / 15毫升DMEM / 10克脂肪)2小时37°C。消化之后,过滤(康宁®40
通过1-obtained从本地组织分裂后的细胞隔离后然后立即用于实验或液氮冻存。必然地,只有细胞从P1和P2被用于实验。
对于细胞解冻,样本立即从液态氮转移到37°C水浴< 1分钟。解冻样本稀释使用标准prewarmed MSC越来越多的媒体和离心机。如果解冻后的生存能力是> 70%,细胞被播种密度10000细胞/厘米<年代up>2年代up>在标准MSC日益增长的媒体。
hypACT制备所述kardo et al。
全血从相同的8个捐助者hypACT准备的情况下,是在VACUETTE 9毫升K3EDTA(目录编号:454217;他一一Bio-One、Kremsmunster、奥地利)和数控Trinatriumcitrat VACUETTE 9毫升9 3.2%血集合管(目录编号:455322;他一一Bio-One Kremsmunster、奥地利)和离心机在440×g在室温下10分钟。三层管的形成:(i)底层(红细胞),(2)一个中间层(淡黄色的外套),和(3)顶层(等离子体)。Leukocyte-poor PRP得到等离子层愿望没有中间层(淡黄色的外套)。吸入被转移到一个15毫升猎鹰管和离心机在1700 g×10分钟。形成血小板颗粒在50%的剩余platelet-poor-plasma resuspended上层清液。
血液制品是汇集和立即用于实验或储存在-80°C,供以后使用。
成骨分化表现在6-well文化板块是一个二维单层培养和颗粒chondrogenic文化系统分化。标准的生长介质的孵化时间2 - 4天(直到骨生成细胞confluency达到90 - 100%)。分化过程引起的特殊因素和不同血清:建立EPRP, CPRP(外加2 U /毫升肝素(目录编号:3909969,Gilvasan GmbH,维也纳,奥地利)),hyperacute血清和FCS。以下成骨的媒体使用:Gibco DMEM,高葡萄糖,GlutaMAX™补充,丙酮酸(目录编号:10569010),100 nM地塞米松(目录编号:D4902 Sigma-Aldrich化学GmbH, Steinheim,德国),50
以下用于chondrogenic分化:Gibco DMEM,高葡萄糖,GlutaMAX™补充,丙酮酸(目录编号:10569010,LifeTech奥地利,维也纳,奥地利),其1%(液态媒体补充(100×),目录编号:I3146, Sigma-Aldrich化学GmbH, Steinheim,德国),100 nM地塞米松(目录编号:D4902 Sigma-Aldrich化学GmbH, Steinheim,德国),50
分化实验持续了3周,具体分化媒体改变了每周2次。
AD-MSCs被播种在96 -孔板(热费希尔科学目录编号:260860年,沃尔瑟姆,美国)的密度6250厘米<年代up>2年代up>(2000个细胞/)和增长在100年48 h
流式细胞术与人类MSC lineage-specific markers-positive CD73, CD105、CD34 CD90和消极,CD11b, CD19、CD45、HLA-DR-was证明干细胞特异性分化实验之前除了附件的塑料(
流仪抗体。
| 积极的标记 | CD105 PerCP-Cy5.5 CD73 APC / CD90 FITC |
|---|---|
| 消极的鸡尾酒 | CD45 / CD34 CD11b / CD19 / HLA-DR |
| 同形像统计图控制 | mIgG1, |
流式细胞术分析使用FC500流式细胞分析仪(美国贝克曼库尔特,沥青,CA)。流进行活细胞和消极盖茨同形像控制。
分化后,细胞被收集和汇聚集团200年智慧
互补脱氧核糖核酸的合成进行了使用Transcriptor合成第一链cDNA工具包(目录编号:04379012001,罗氏、巴塞尔、瑞士)。RT-qPCR使用由于“快速上手”项目进行必要的DNA探针主设备(目录编号:06402682001,罗氏、巴塞尔、瑞士)在一式三份使用LightCycler从罗氏®96。1
引物用于实时聚合酶链反应。
| 扩增子(bp) | 退火温度(°C)。 | |
|---|---|---|
| 成骨的标记 | ||
| GAPDH | 143年 | 60 |
| 转发:5 |
||
| 反向:5 |
||
| ALPL | 133年 | 59 |
| 转发:5 |
||
| 反向:5 |
||
| RUNX2 | 148年 | 61年 |
| 转发:5 |
||
| 反向:5 |
||
| COL1A1 | 167年 | 62年 |
| 转发:5 |
||
| 反向:5 |
||
| OCN | 106年 | 59 |
| 转发:5 |
||
| 反向:5 |
||
| Chondrogenic标记 | ||
| GAPDH | 112年 | 60 |
| 转发:5 |
||
| 反向:5 |
||
| COL1A1 | 63年 | 61年 |
| 转发:5 |
||
| 反向:5 |
||
| COL2AB | 116年 | 62年 |
| 转发:5 |
||
| 反向:5 |
||
| SOX9 | 73年 | 59 |
| 转发:5 |
||
| 反向:5 |
||
| MMP3 | 91年 | 58 |
| 转发:5 |
||
| 反向:5 |
Chondrogenic与阿尔新蓝染色进行(目录编号:A3157 Sigma-Aldrich化学GmbH, Schnelldorf,德国),苏木精(迈耶的苏木精,目录编号:S3309 DakoCytomation, Carpinteria,美国),和伊红(目录编号:230251,Sigma-Aldrich化学GmbH, Schnelldorf,德国)。
颗粒干燥,放置在底座上模具(Fisherbrand™一次性基本模具,目录编号:22-363-554,费舍尔科学、汉普顿,美国),充满冰冻组织矩阵(Tissue-Tek®O.C.T.樱花Finetek™目录编号:4583年,阿尔文,长荷兰),转移到-80°C至少24小时。冻丸被削减(6
在阿尔新蓝染色(目录编号:A3157 Sigma-Aldrich化学GmbH, Schnelldorf,德国)解决方案持续30分钟。部分在运行自来水清洗1分钟和脱水95%乙醇和2的变化绝对乙醇,每3分钟。幻灯片和二甲苯清除,用二甲苯安装,覆盖着玻璃。软骨粘多糖出现蓝色。
苏木精(迈耶的苏木精、目录编号:S3309, DakoCytomation, Carpinteria,美国)和伊红(目录编号:230251,Sigma-Aldrich化学GmbH, Schnelldorf,德国)染色进行根据制造商的协议(DakoCytomation)。
照片是用光学显微镜(dm - 1000显微镜,徕卡微系统)和加工使用徕卡管理器软件(徕卡微系统公司位于德国)。
细胞被固定用福尔马林(目录编号:HT501128 Sigma-Aldrich化学GmbH, Schnelldorf,德国)解决方案的10%,在室温下培养时间为30分钟。固定剂的解决方案是移除,样本用PBS。细胞染色茜素红染色2%解决方案(茜素红S,目录编号:A5533 Sigma-Aldrich化学GmbH, Schnelldorf,德国)。2 g茜素红在100毫升蒸馏水溶解,过滤,pH值调整值为4.3。细胞被覆盖的染料溶液在室温下30分钟。删除解决方案后,细胞在显微镜下用水洗和分析。矿化领域出现红色。照片是用光学显微镜(dm - 1000显微镜,徕卡微系统)。图像处理使用徕卡管理器软件(徕卡微系统公司位于德国)。之后,染色细胞被孵化以10%醋酸30分钟和收集细胞刮刀和漩涡。 Samples were then heated at 85°C for 10 minutes, cooled down, and centrifuged at 20,000 × g for 15 minutes. The supernatant was neutralized with 10% ammonium hydroxide. The absorbance was measured at 405 nm wavelength with a plate reader (Synergy 2, BioTek Instruments, Inc., Vermount, USA).
使用GraphPad棱镜5软件执行统计分析。PCR结果分析了使用方差分析测试结合Tukey-Kramer多重比较期末测验。代谢活动数据分析应用双向方差分析和Bonferroni期末测验。方差分析的假设被证实。
EPRP Hyperacute血清,CPRP是准备从全血从同一8捐赠者;然而,这些显示不同的血细胞(表内容
大部分的孤立的细胞从所有三个地方表达了积极的间充质干细胞表面标记(CD73, CD90、CD105) [
流式细胞术结果。绿色= CD90;亮粉红色= CD73;深粉红色= CD105;橙色=负面标记'鸡尾酒CD45 / CD34 CD11b / CD19 / HLA-DR (CD =集群的区别;D =捐赠)。
细胞计数血液制品(RBC-red血细胞,WBC-white血细胞、PLT-platelets和MPV-mean血小板体积)。
| 加拿大皇家银行(10<年代up>6年代up>/ |
白细胞(10<年代up>3年代up>/ |
PLT (10<年代up>3年代up>/ |
商务(fl) | |
|---|---|---|---|---|
| hypACT | 0.03 | 0.18 | 3 | 6.5 |
| EPRP | 0.05 | 0.75 | 834年 | 10.8 |
| CPRP | 0.04 | 1.23 | 505年 | 9.8 |
最高的代谢活动增加对褶皱的变化在关节内的位置观察组霍法血液脂肪垫和囊脂肪的独立产品群。Subcutaneous-derived细胞显示最少的褶皱变化。每天活动的模式增加关于褶皱变化和组相似subcutaneous-derived相比细胞在关节内的结构。
至少overall-fold改变代谢活动始终EPRP子群中可观察到的所有位置。
霍法的脂肪垫干细胞表达明显高于代谢活动已经在第三天集团补充CPRP和hyperacute人口从皮下脂肪分离血清。在6天,CPRP hypACT子组显示,大大增强代谢活动与FCS和EPRP相比在所有三个位置(
代谢活动。CPRP =柠檬酸富含血小板血浆;EPRP = EDTA platelete-rich等离子体;FCS =胎生小牛血清;hypACT = hyperacute血清;ns =无意义的。结果表示为
chondrogenic分化后的组织学削减给出数据
(一)组织学结果chondrogenic分化。CPRP =柠檬酸富含血小板血浆;EPRP = EDTA platelete-rich等离子体;FCS =胎生小牛血清;)=苏木精和伊红;hypACT = hyperacute血清。(b)组织学results-10-day subcutaneous-derived细胞的分化。CPRP =柠檬酸富含血小板血浆;EPRP = EDTA platelete-rich等离子体;FCS =胎生小牛血清; H&E=hematoxylin and eosin; hypACT=hyperacute serum.
在一个定性评估,颗粒大小不组织之间的不同。同样,在一个定性评估,组织之间的组织学外观不同。组织学切片来自霍法的脂肪垫球在ECM形态。Subcutaneous-derived样品分散和异构ECM成分。囊脂肪样本显示弥漫性但同质ECM形态。可以找到许多裂缝和瓦解组织群岛包含结构来自皮下脂肪。此外,在组血产品浓度为1%的组织学外观ECM是限制和同质。Subcutaneous-derived样本另外削减经过十天的分化。这个短的分化时期显示出限制和同质ECM形态组织学外观。
茜素红染色显示hypACT——最强烈的矿化和CPRP-supplemented组织独立于收获的网站。相比之下,FCS——以及EPRP-supplemented组显示,至少在所有干细胞的人群中染色强度。这一发现是一致的宏观和微观图像分析(数据
(a和b)的组织学结果成骨分化。(一)微观照片。(b)宏观图片和染料提取曲线所示。CPRP =柠檬酸富含血小板血浆;EPRP = EDTA platelete-rich等离子体;FCS =胎生小牛血清;hypACT = hyperacute血清;南卡罗来纳州。=皮下。结果表示为
基因表达的分析之前,引物设计和测试成功关于优化为引物退火温度的值。
COL2AB没有表达任何的三个位置0天,这就是为什么值显示在为期三周的分化期之后,在相对表达水平而不是在褶皱的变化。
差异基因表达水平(典型的chondrogenic-related基因:COL2AB SOX9和额外的基因:MMP3和COL1A1)分析了关于收获(i)的位置,(2)血液补充产品,(iii)血液产品浓度。
关于位置,一般观察细胞源自关节内的结构(霍法、袋)显示更高的典型chondrogenic基因表达水平(COL2AB、SOX9)相比,细胞来自皮下脂肪的关节外结构。Subcutaneous-derived细胞显示没有表达COL2AB血液产品组和低水平的SOX9相比,关节内的结构。
关于血液制品,EPRP子组显示的表达明显高于COL2AB Hoffa-derived细胞。此外,EPRP子组显示更高的SOX9折叠两关节内的细胞结构变化在霍法的重要细胞。CPRP显示至少chondrogenic基因的表达(SOX9、COL2AB)在所有3血液产品建立在所有位置。
关于血产物浓度,EPRP1%导致显著高于COL2AB表达相比EPRP5% Hoffa-derived细胞。SOX9表达,EPRP5%导致表达水平明显高于EPRP1%相比。CPRP5%,相反,显示重要滴SOX9表达式与CPRP1%相比。这一发现袋-和subcutaneous-derived细胞是相一致的。在表达SOX9 hypACT子组没有显著差异在所有三个地点分别为1%和5%。
分解代谢的基因MMP3,基本在胶原蛋白的分解,是表示在所有3天位置0和3周的分化后显著下降。唯一的豁免是子群中发现CPRP5% pouch-derived细胞MMP3显著调节。
COL1A1表达显著高于EPRP5%补充Hoffa-derived细胞相比,所有其他群体在这个位置。同样,hyperacute serum5%导致显著高于COL1A1表达subcutaneous-derived细胞(图
基因表达式chondrogenic分化实验。COL1A1 =胶原蛋白1 a1基因;COL2AB =胶原蛋白2基因;CPRP =柠檬酸富含血小板血浆(黑);EPRP = EDTA platelete-rich等离子体(灰色);FCS =胎儿生小牛血清(蓝色);hypACT = hyperacute血清(红色);MMP3 =矩阵metalloproteinase-3基因。结果表示为
基因特定的成骨分化的不同阶段分析了一个21天的分化时期:OCN, ALPL, RUNX2, COL1A1(胶原蛋白1)。
OCN表情天0趋于零;因此,OCN数据显示在相对表达水平而不是在褶皱的变化。
总的来说,细胞来源于霍法的脂肪垫显示褶皱变化或相对表达水平最高,分别。
最高的观察OCN表达式hypACT和CPRP团体在所有三个位置。这两组内的表达水平明显高于21天第十天相比细胞来源于霍法和皮下组织。Pouch-derived细胞表现出最小的相对表达水平。
ALPL褶皱变化了的Hoffa-derived细胞从第十天到21天。这个下降是重要的在这个位置hypACT, EPRP和CPRP-supplemented细胞。另外两个位置显示一个总体不太突出褶皱变化没有显著差异。
RUNX2显示下降的褶皱变化CPRP 10天21之间,hypACT-supplemented来自霍法和皮下脂肪细胞。这个降幅显著CPRP补充霍法的细胞。
COL1A1褶皱变化最高的CPRP和hypACT Hoffa-derived细胞在21天。从10天增加21是重要的CPRP的情况。霍法的细胞补充hypACT几乎没有显示任何变化在10天21。褶皱的变化两个其他地点也相对低。然而,显著增加从10天21天观察皮下细胞补充CPRP(图
基因表达成骨分化实验。ALPL =碱性磷酸酶;COL1A1 =胶原蛋白1 a1基因;CPRP =柠檬酸富含血小板血浆(黑);EPRP = EDTA platelete-rich等离子体(灰色);FCS =胎儿生小牛血清(蓝色);hypACT = hyperacute血清(红色);OCN =骨钙素;RUNX2 = runt-related转录因子2。结果表示为
本研究的目的是为了证明成骨和chondrogenic分化潜力的差异AD-MSCs源自关节和关节外的结构和潜在的有利影响的血液产品补充AD-MSC分化。
干细胞分离和培养的过程更容易相比主要软骨细胞和成骨细胞(
在这项研究中,通过流式细胞术,隔离的干细胞研究关节内的脂肪组织sources-Hoffa脂肪垫和了袋以及皮下脂肪fat-resulted干细胞数量表达典型的干细胞表面标记。
作者决定包括CD34 -标记在别人的推荐ISCT[的意见书
在许多论文讨论CD34的角色,AD-MSCs所谓stromal-vascular-fractions隔绝,因此收获了抽脂或类似的方法
CD34的不同作用的组织形成能力和生物学仍不知道(
低温贮藏必须被考虑作为一个限制因素。P1细胞直接被隔离或冻存后解冻,再培养如前所述进一步的实验。低温贮藏可以影响msc的治疗价值对受损的免疫抑制活动,增加proapoptotic特性,和受损的再生潜力(
使也被考虑作为一个限制因素。然而,大多数的建议使临床使用msc P3-5 [
另一个限制因素可能是关节内的药品捐赠的膝盖。糖皮质激素可以降低msc的可行性和再生潜力剂量依赖性的方式(
当前报告呈现发散富含血小板血浆对chondrogenic分化的影响(
基于当前文学,软骨形成的不同阶段的三个特定的标记被选中。早期软骨形成阶段的基因相似的前体细胞,包括例如MMP3和COL1表达式。在后期,细胞显示逐步增加chondroprogenitors标记,包括SOX9,紧随其后的是成熟的软骨细胞表达COL2 [
执行额外的测试关于chondrogenic分化时间利用皮下脂肪细胞克隆显示最少的组织学结果。缩短分化时期导致优越的组织学结果得到验证。为临床应用血液制品不可能留在联合在一段时间内,这一发现可能是一个支持的理由临床试验为低频率的应用程序的设计目标。
沈等人提出了不同的成骨潜能的干细胞从胎盘组织中分离(
成骨分化是一个复杂的过程,其特征是各种osteogenesis-related基因的表达,在以下级别与时间有关的骨生成阶段。RUNX2被认为是中央控制基因的激活程序osteoblastogenesis [
在这项研究中,矿化显示成骨分化的量化是最先进的CPRP和hypACT补充。osteogenesis-related基因的分析可以估算的进步成骨的区分不同的血液产品补充组。CPRP hypACT表达了优越的骨钙素水平相比EPRP和FCS。此外,特定的基因分化阶段,早些时候ALPL RUNX2,被证明表达下降从第十天到21天,尤其是CPRP和hypACT组,从而进一步证明血液制品在骨生成的促进作用。
这不同生物活性的EPRP和CPRP又可以解释的EDTA螯合的影响,因为众所周知,培养基中的钙离子含量可以显著提高成骨分化和矿化
本研究旨在扩大基本知识的分化潜能msc收获从关节和关节外脂肪组织在血液产品补充为了推动发展小说AD-MSC-related治疗治疗。限制因素相对化的呈现结果可能高年龄捐赠者,少数捐赠者和具有挑战性的翻译体内体外的发现对治疗或试验。然而,文献表明,病人年龄不太可能是一个限制因素的“再生潜力”收获干细胞(
整个文化扩大脂肪中提取干细胞的分化所需的血统,表型特征的基础上和组织学分析。多个血统不在。
hyperacute血清中,“自然”凝血级联不是推迟或弯腰导致自体血液产品不含血小板伪劣的生长因子水平相比,富含血小板血浆(
抗凝血剂的选择血液制品的重要性似乎MSC分化,从而改变再生过程。血液制品没有游离抗凝血剂可能是一个选择。此外,血液制品的浓度参考总量似乎软骨形成的重要性,往往对低浓度的偏好。这可能是临床应用的有关问题血液制品中常用的是很难调整浓度。此外,血液产品暴露的持续时间似乎影响软骨形成,有利于短时间。
提出发现调查关节内的的生物学AD-MSCs补充与自体血液制品临床设置。目的是扩大基础知识的身体周围AD-MSCs为了合作设计新颖的治疗方法治疗骨关节炎病理条件从软骨再生以及骨缺损。
三维
脂肪间充质干细胞
碱性磷酸酶
单向方差分析
骨髓抽出物
1型胶原蛋白
胶原蛋白2型
PRP在柠檬酸的存在
细胞外基质
PRP在EDTA的存在
标准胎牛血清
Glyceraldehyde-3-phosphate脱氢酶
Hyperacute血清
国际社会的细胞治疗
矩阵metalloproteinase-3
平均血小板体积
间充质干细胞或祖细胞
骨钙素
通道
血小板
富含血小板血浆
RNA提取和定量实时聚合酶链反应
红细胞
Runt-related转录因子2
标准偏差
转录因子SOX9
全关节置换
转化生长因子
血管内皮生长因子
白细胞。
不适用(包括所有数据)。
伦理批准授予在03.05.2018福音的医院伦理委员会的维也纳。
书面知情同意了所有科目。
Z.L.拥有OrthoSera GmbH是一家创业公司,股票持有专利hyperacute血清。好和Z.L.部分受雇于OrthoSera GmbH是一家。S.N. OrthoSera GmbH是咨询委员会的一部分,创业和学术分拆公司开发hyperacute血清技术向临床应用。
所有作者作出了实质性的贡献这个协议的概念和设计。马库斯·纽鲍尔和Olga Kuten同样做出了贡献。所有作者同意的最终版本提交的手稿。所有作者已经批准这个版本出版。
本研究的科学基金支持的福音的维也纳医院以及多瑙河大学期。