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2018年干细胞软骨疾病和修复

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体积 2018年 |文章的ID 8947548 | https://doi.org/10.1155/2018/8947548

山姆·l·弗朗西斯·塞雷娜Duchi,胭脂Onofrillo,克劳迪娅Di贝拉,彼得·f·m·更为重要, 脂肪间充质干细胞软骨组织工程的使用:需要一个快速隔离程序”,干细胞国际, 卷。2018年, 文章的ID8947548, 9 页面, 2018年 https://doi.org/10.1155/2018/8947548

脂肪间充质干细胞软骨组织工程的使用:需要一个快速隔离程序

学术编辑器:将鹰张
收到了 2017年12月19日
接受 2018年3月01
发表 03年4月2018年

文摘

间充质干细胞(msc)显示承诺对他们在软骨组织工程中使用。msc可以获得许多不同组织来源。其中,脂肪组织可以提供丰富的脂肪来源间充质干细胞(ADMSCs)。infrapatellar脂肪垫(奖学金)是一种很有前途的ADMSCs来源产生软骨血统。细胞隔离协议日期是耗时和遵循保守的方法,依靠长潜伏期的24 - 48小时。ADMSC隔离技术的不同类型用于软骨修复将审查和比较的角度发展快速一步隔离协议可以应用于外科手术的上下文中。

1。介绍

软骨组织工程已成为一个主要的研究兴趣在过去的几十年里,主要是由于本机人类软骨无法自我修复(1,2]。没有可靠的长期联合保护管理选择早发性关节炎继发于软骨缺陷,这可能导致关节置换(关节成形术)和相关的短期和长期风险和后遗症3,4]。纤维软骨形成的长期生存能力的主要障碍是目前临床使用方法和联合函数是有害的5,6]。

钻石的概念(74)体现了主要支撑组织工程策略,即细胞,支架,生长因子/细胞因子和环境刺激。

本文将特别关注ADMSC隔离技术和效率对驾驶软骨形成。

目前软骨组织工程隔离程序在体外和实验室。这些主要是复杂的两步过程也引发伦理问题对人体组织文化在实验室设置(8]。

将这些技术转化为临床需要一个快速的发展,无菌,一步法技术,可以适应一天手术时间。到目前为止,快速隔离骨骨髓来源msc (9,10和他们的治疗潜力研究11),但一个重要的障碍一直采用低数量的干细胞在实验室需要一段时间的细胞扩张。只有一个发表的研究评估快速隔离协议(< 30分钟)从腹部lipoaspirate ADMSCs12),但即使是这种技术依赖于塑料坚持至少24小时。

2。脂肪间充质干细胞

ADMSCs有能力分化为中胚层组织血统,也就是说,骨骼、软骨、肌肉、脂肪(6,13- - - - - -16]。他们被纳入许多不同scaffold-based系统和一个既定的角色在软骨组织工程17,18]。

最初,骨髓(BM)是最常用的msc的来源。像ADMSCs BM-derived msc在本质上是多功能的,可以生产组织的中胚层的血统(19]。可以收获自体组织,不构成伦理、肿瘤发生的,或由多能干细胞免疫原性风险。使用BM的缺点包括低组织体积和低细胞体积(13,20.,21]。BM-derived msc具有可比性(22),如果不差,在尊重chondrogenic潜在ADMSCs[相比22,23]。这些因素,除了微创组织收割技术,使脂肪组织一个更可取的来源。

3所示。组织来源和获取技术

ADMSCs可以获得来自不同来源和不同的技术。的两个主要来源是腹部脂肪和infrapatellar脂肪垫(奖学金)。技术和协议ADMSC收获和隔离不同根据不同实验室组。腹部脂肪可以通过腹壁整形术是从皮下组织或关节镜检查。

奖学金项目(图1(一))是一种新兴的msc来源软骨组织工程(24,25]。奖学金可以伺机收获(图1(一))在常规外科手术如膝关节置换术(数字1 (b)1 (c))或关节镜(数字1 (d)1 (e)),已知chondrogenic潜力高(26]。虽然有更少的脂肪体积的奖学金与腹部脂肪相比,chondrogenic可能已被证明在ADMSCs来自更高的奖学金项目(27,28]。靠近国际奖学金的膝关节可能占更高的潜力。

这些结果可能为未来铺平道路新颖先进的微创关节镜或纯脂肪垫的技术收获而不是投机取巧的收获,更好的是,可能建立一个单步使用干细胞技术手术修复技术。

4所示。细胞分离过程

获得干细胞群需要几个连续的步骤,包括收获、机械故障、化学分解,净化,和塑料的依从性。这些步骤之后,重要的是具备干细胞细胞计数和特征及其潜在的与适当的调查。

细胞扩张中扮演着关键角色,允许足够的细胞数量所需的体外研究。然而,当考虑一个原位一步对软骨的再生过程缺陷,初始细胞收获数字需要足够的修复大小不等的病变。需要大约一百万个细胞1厘米3病变(29日]。因此,研究细胞数量/组织单位收获将是至关重要的。最近,细胞聚集了增加增殖能力。这可能是由于直接接触和信息,不允许更好的细胞内交流(30.- - - - - -32]。现在将重要研究聚合细胞需要修复的数量大小不等病变;如果少于一百万细胞需要每1厘米3病变,这可能证明是一个重大突破。

步骤和各自的时间表当使用标准协议如下所示(图2)。与来源,当前技术> 1小时细胞隔离和随后要求孵化长达24小时至48小时之内允许塑料依从性(33]。这是被证明是一个漫长的过程,不是一个大问题,如果只应用于体外研究。

4.1。收获

腹部脂肪可以收获内窥镜或通过腹壁整形术没有显著差异在细胞结构和细胞的数量产生每单位体积(34]。两花最小的程序时间< 20分钟;然而,预期腹壁整形术过程可能需要更长时间。比较文学中最小。两项研究显示,类似形态的细胞是从内窥镜(抽脂)和腹壁整形术(切除)技术;然而,孤立的细胞表型出现不足和描述在这两项研究[35- - - - - -37]。

Infrapatellar脂肪垫(奖学金)可以收获伺机通过关节镜和关节成形术。虽然组织收割技术只需要的最小程序时间< 20分钟,整个关节成形术手术可能需要2个小时。此外,孤立ADMSCs从奖学金项目已被证明有更高chondrogenic潜力相比,细胞从骨髓中分离(26)和腹部脂肪组织(27),使他们优越的来源。

4.2。机械故障

腹部脂肪通过吸脂lipoaspirate形式获得收获,不需要任何进一步的机械故障。奖学金项目组织需要通过手术刀从纤维分离的脂肪垫,需要大约10分钟(38]。

4.3。化学分解

一旦脂肪颗粒被孤立的两个来源,胶原酶添加到允许的化学分解组织样本。而许多胶原酶可用于ADMSC隔离(表1),1型胶原酶是首选代理隔离之前chondrogenic血统归纳。研究显示使用1型胶原酶0.2% 10分钟的化学/酶分解可以获得间质血管分数(39]。增加使用胶原酶消化时间> 30分钟可以减少可行的脂肪细胞的数量(40]。加入胰蛋白酶纯胶原酶允许最大消化(41]。进一步的研究才能找到最优类型和胶原酶的浓度,使快速,有效,高效的AMDSCs崩溃。


作者 胶原酶 浓度 稀释的媒体 酶的持续时间

程等。42] 1型 0.1% 美国公共电视台 60分钟
Choudhery et al。43] 类型4 0.2% 美国公共电视台 20分钟
Satish et al。44] 2型 0.1% 哈佛商学院/ BSA 40分钟
木下光男et al。45] 1型 0.075% 美国公共电视台 30分钟
Al-Saqi et al。46] 2型 0.1% 未指明的 45分钟
Koellensperger et al。47] 1型 0.15% BSA 45分钟
Najar et al。48] 1型 0.1% BSA 45分钟
Cervelli et al。49] 1型 0.1% 未指明的 60分钟
吴et al。50] 1型 0.1% DMEM 90分钟
杨et al。51] 1型 0.1% 美国公共电视台 60分钟
Yu et al。52] 1型 0.1% DMEM 60分钟
谭et al。53] 2型 1.0% 哈佛商学院/ BSA 50分钟
热爱旅行的人等。54] 1型 0.1% PBS / BSA 60分钟
全et al。55] 1型 0.1% 哈佛商学院/ BSA 60分钟
罗德里格斯et al。39] 未指明的 0.2% DMEM / BSA 10分钟
Devireddy et al。56] 1型 0.1% PBS / BSA 60分钟

胶原酶的加入后,样品孵化和激动一个旋转平台(≥100转每分钟)。在孵化平台,化学和机械风潮发生轻微表现为协同作用。

4.4。净化

净化是指物质的分离,没有要求产品的去除,过滤。机械和化学故障后,样品经过一个通用离心10分钟的步34,38]。接下来,移除上层清液,球是用磷酸盐缓冲溶液无菌过滤之前100年μm过滤器。另一轮的离心5分钟后,上层清液被丢弃和剩下的球然后resuspended 5毫升的红细胞裂解缓冲(28)10分钟前通过无菌过滤40μm过滤器(38]。最后5分钟轮离心分离后,得到的上层清液中删除,留下一个细胞颗粒。据报道,这个总净化过程需要25到50分钟。Postpurification resuspended在细胞培养基,然后计算之前被镀在烧瓶。

4.5。塑料的依从性

一旦细胞是镀在适当的烧瓶基于细胞计数,他们通常是孵化24 - 48小时。细胞对塑料是识别的关键步骤和孤立细胞具有干细胞的特征。独立的细胞被丢弃。在这个阶段,附加的细胞可以扩展和通道或冻结在液态氮,供以后使用。这塑料坚持一步需要至少24小时的潜伏期。细胞采用分子标记选择排序(流排序)是一种替代塑料坚持对隔离一个纯ADMSC人口(57]。这种方法的缺点是确切的时间要求和缺乏表型ADMSCs的描述。

4.6。表型

根据国际社会的细胞治疗(58,59),必须满足三个标准MSC表型:坚持塑料、适当的表面抗原,和表达多能干细胞分化的潜能。

塑料的依从性是所有MSC组的特征属性60,61年]。此外,可以观察到典型的形态学和集落形成在显微镜下见图3

确认表型的细胞分离msc,比表面抗原通过immunophenotyping测试,可以通过流式细胞术(46]。msc一般表达(≥95%)CD73, CD90、CD105,而缺乏表达(≤2%)的CD 11 b, CD14、CD34、CD45、CD79a [47]。

然而,准确的描述仍在发展57,62年),应该使用和表面表现型与其他标准来帮助最佳识别MSC。

生物,msc应该显示三行分化潜能:成骨细胞,脂肪细胞,内层58]。多功能潜力可以被分化成各种血统证明使用不同的感应路径(16),可以测试染色和qPCR(表2)。


血统 组织学染色 qPCR基因表达

造骨细胞 茜素红、冯Kossa 坳1 a1、OCN runx 2,高山
脂肪细胞 油红O PPARG 1和2,C / EBP a和d
内层 阿尔新蓝 COL 2 a1, SOX-9,能

5。快速隔离程序在文学

在过去的十年中,一些商用酶和非酶的脂肪组织细胞隔离系统(63年,64年)取得了无菌处理和高收益率的细胞。然而,这些系统只隔离间质血管分数(SVF),这意味着一个塑料坚持一步仍然需要纯ADMSC隔离。

一个尝试快速出版协议使用腹部lipoaspirates实现了SVF隔离在30分钟内(12]。2.5×105ADMSCs孤立使用30分钟的方法相比,2.0×106从标准的方法。最后一步的塑料坚持分离纯ADMSC人口仍然需要进一步孵化24 - 48小时之内。此外,ADMSCs产生的数量相比减少了近10倍的标准程序。

纯粹的非酶的分解方法与搅拌机混合和声波降解法被用来获得一个SVF在25分钟内(65年]。平均2.6×105SVF细胞被隔离,导致很低的平均水平为2.4×104ADMSCs。尽管SVF隔离是快速,一夜之间(> 24小时)塑料坚持再次仍然需要获得一个纯ADMSC人口。

很明显的这两种方法得到的细胞,可能由于毒性的方法。此外,只有一个SVF迅速隔离而不是一个纯ADMSC人口,仍然需要> 24小时。

SVF单独的使用,不使用纯ADMSC人口,可能是另一种治疗选择。如前所述,由于上级chondrogenic潜在ADMSCs孤立的奖学金(27,28],SVF人口从腹部脂肪应该尝试之前相比奖学金SVF直接一步治疗选择。然而,缺乏信息的联系在一个SVF由于分散ADMSCs将导致劣质软骨修复由于减少旁分泌刺激(30.]。

6。我们在哪里可以节省时间?

有三个程序步骤,时间可以得救。这些是下面讨论并在图表示4

6.1。机械故障

最初的机械故障可通过添加进一步提高机械搅拌通过摇晃,涡流,并可能增加无菌固体材料在化学分解作用帮助组织的分解。商业无菌珠子已经使用在抽脂包帮助乳化组织(66年]。如果这种材料被使用,他们需要sterilisable无毒和显示一个一致的和可预测的影响组织分解基于形态学和体重。这些因素将需要适当的调查之前纳入隔离技术。这些风险的更有力的方法是细胞损伤和死亡;因此,这将是重要的细胞生存能力评估等研究。

虽然目前只需要清廉分钟打破组织根据源,更有力的崩溃之前的组织,尤其是奖学金项目组织,可能有助于减少所需的总时间后续步骤的化学分解。

6.2。化学分解

报告的化学分解显示不同时间10分钟崩溃的组织成一个SVF [39]。更高浓度的胶原酶和胰蛋白酶的允许最大击穿,而高转速旋转平台上的使用可以使协同崩溃。再一次,细胞毒性的可能性需要调查(40]。

6.3。塑料的依从性

塑料坚持形式的主要障碍(至少24小时)的时间。一种新的快速技术需要建立在这一步,因为这时间不是临床可行的。

最近文献报道的高亲和力关节祖细胞(APC)纤连蛋白,研究显示APC坚持fibronectin-coated井在20分钟67年]。虽然缺乏清晰定义的标记,这些装甲运兵车,也称为chondrogenic祖细胞,显示干细胞潜力和相似甚至更分化的ADMSCs形式(68年]。

这是一个重大的发现支持使用fibronectin-coated井或板隔离ADMSCs如果可以通过immunophenotyping证明干细胞是附加选择性涂层。

7所示。结论和未来的临床适用性

快速ADMSC隔离技术是必要的单步执行,组织工程学的外科修复软骨组织。迄今文献表明IFP-harvested ADMSCs chondrogenic中最有前途的潜力。如果一个过程可以隔离ADMSCs使用方法等,在图中描述4,然后将细胞整合到一个矩阵,使用手持生物植入到一个缺陷(69年- - - - - -71年)可能为一个单步术中软骨修复技术。当利用白天的优势最小切口手术,如关节镜检查,可能有重要的临床结果和医疗成本上涨。

软骨修复的未来是光明的。通过加快细胞隔离技术,一个主要的障碍是可以克服的,翻译一个临床nonlaboratory-based程序,缩短手术时间,为患者更快恢复,一个较小的卫生保健系统的负担。年轻的病人现在可以希望一个简单的、低风险的治疗选择,艾滋病预防骨关节炎的发病。

缩写

msc: 间充质干细胞
ADMSCs: 脂肪间充质干细胞
奖学金: Infrapatellar脂肪垫
BM: 骨髓
SVF: 间质血管分数
APC: 关节的祖细胞。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

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