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特殊的问题

分子和生物材料技术影响干细胞分化

把这个特殊的问题

研究文章|开放获取

体积 2021年 |文章的ID 6664697 | https://doi.org/10.1155/2021/6664697

关丽珍Tran见鬼,涛Duy Huynh, Francesco Inchingolo Gianna Dipalma,塞达尼洛Inchingolo,普Cantore,格雷戈里奥Paduanelli,曹Kieu吴廷琰阮,安德里亚·Ballini Ciro Gargiulo Isacco,丛Toai Tran, 人类软骨细胞从人类脂肪Tissue-Derived间充质干细胞播种Dermal-Derived胶原蛋白矩阵表:我们的初步结果准备好生物技术软骨移植在临床实践中”,干细胞国际, 卷。2021年, 文章的ID6664697, 12 页面, 2021年 https://doi.org/10.1155/2021/6664697

人类软骨细胞从人类脂肪Tissue-Derived间充质干细胞播种Dermal-Derived胶原蛋白矩阵表:我们的初步结果准备好生物技术软骨移植在临床实践中

学术编辑器:Stefan这些后
收到了 2020年11月23日
修改后的 2020年12月16日
接受 2021年2月06
发表 2021年2月24日

文摘

背景。关节软骨是独一无二的,因为它只包含一个类型的细胞,显示了自然愈合能力差。软骨组织工程使用间充质干细胞(msc)和脂肪tissue-derived间充质干细胞(AT-MSCs)被认为是一个有吸引力的治疗软骨损伤和骨关节炎。软骨再生医学的建立是一个重要的临床问题,但寻找可以恢复软骨细胞来源完整性证明是一个挑战。本研究的目的是创建软骨移植从AT-MSCs和胶原蛋白基质的结合。方法。人类间充质干细胞是来自捐赠者的脂肪组织,和胶原蛋白支架,从人体皮肤和清理血管、脂肪组织和碎片,只保留真皮和表皮,被播种和培养软骨细胞胶原基质和分化。获得的软骨细胞细胞外基质的后评估了软骨软骨细胞的表达——/ cartilage-specific标记,软骨寡聚基质蛋白(COMP),胶原蛋白X, alpha -多肽(COL10A1)和胶原蛋白II、人工标记的ORF克隆(COL2A1)通过使用逆转录聚合酶链反应(rt - pcr)。结果。我们的研究结果显示,真皮胶原蛋白可能对质量起到重要作用体外软骨细胞扩张,主要以这种方式,皮肤胶原蛋白的影响矩阵有助于产生高活性和功能长期软骨组织再生的软骨细胞。结论。这项研究开辟了生成软骨移植的可能性与现有的确切目的提高限制在当前的临床过程。

1。介绍

软骨是一种最重要的结构组织和骨头一起受到恶化效应等多个条件下老化,代谢紊乱,激素赤字,和创伤性损伤(1]。相比于骨组织、软骨差或没有能力修复由于一个完整的无血管和缺乏神经和淋巴的支持(1]。出于这个原因,治疗再生方法遇到了强大的局限性和糟糕的结果(2]。软骨细胞间充质来源的细胞,形成整个软骨组织尽管他们工作的5%为主要生产、调节体内平衡因素剩下95%的软骨细胞外基质(ECM)制成的化合物,其中2型胶原和蛋白聚糖(后卫)是主要的组件(3,4]。

软骨组织病理学上由四个基板,最表面的一个滑液和软骨细胞祖细胞的关系,圆的中间区域对照软骨细胞随后径向区,和最后一个钙化区域接近软骨下骨(图1)[4,5]。任何创伤导致软骨变性、关节炎、影响26%的成年人口的工业化国家,是一个最高的成本持续由国家卫生系统(3]。

最伟大的挑战之一现代手术和整形医学是实现一个可接受的长期联合骨生物力学的结果界面功能和再生由于内部结构的复杂性主要是由软骨及其细胞外基质(5- - - - - -7]。尽管使用间充质干细胞(msc),检查参与组成分泌腺的和交互bioscaffolds /再生医学生物材料证明是一个有用的工具,显示出明显的分化能力在软骨内骨形成;软骨细胞肥厚性结束阶段几乎是不可避免的(8,9]。

目前,一些方法已经被使用,如外科手术技术的使用自体或同种异体或细胞再生方法的渗透自体或同种异体msc和软骨细胞7,10- - - - - -13]。限制这些技术被媒介长期参与/由于软骨细胞移植self-regenerative能力有限和低数量的移植细胞在植入过程;此外,移植软骨细胞往往会失去他们的能力产生新的ECM的时间,事件导致产生炎症或感染的损失和/或排斥移植的组织和细胞的14]。

本研究的目的是提出一个创新的过程的一代cartilage-like与脂肪组织通过使用再生方法tissue-derived msc (AT-MSCs)播种人类真皮胶原蛋白矩阵从人体皮肤。

2。材料和方法

2.1。从脂肪组织分离程序msc

所有程序都执行知情同意下,依照人类研究协议经赫尔辛基宣言的重用人类biospecimens科学研究和越南国家卫生研究所Biosolution委员会(研究n93IRB-VN01013;格兰特B2019-44-01)。脂肪组织最初来自答应了捐助者和测试不同面板的传染性病原体如艾滋病毒、乙肝病毒、丙肝病毒和性病研究化验室。腹部脂肪中收获内窥镜lipoaspirate形式和转移到实验室设施进一步处理(15]。脂肪收集适当的无菌容器DMEM / F12(美国纽约的格兰岛Gibco), 10%的边后卫,(美国纽约的格兰岛Gibco)和庆大霉素50μ克/毫升(美国纽约的格兰岛Gibco)。然后将组织转移到盘子,打扫PBS-streptomycin-penicillin解决方案,外国组织被移除,脂肪组织被切碎,转入dispase-collagenase酶解决方案(3:1比例)和孵化90分钟37°C。样品当时离心机(通用32、Zentrifugen、德国)5分钟3000转的速度;底部沉积物是由一个细胞收集和过滤过滤器直径为70μ米(BD猎鹰™)。获得的材料recentrifuged为5分钟,每分钟3000转的速度和泥沙收集和孵化成T-25厘米2瓶(Nunc、威斯巴登、德国)与DMEM / F12(美国纽约的格兰岛Gibco)和10%的边后卫(美国纽约的格兰岛Gibco)和孵化在37°C公司为5%2。媒介是每2天更换一次。一小部分细胞收集和统计的台盼蓝(默克公司,达姆施塔特,德国)。五天之后,一个典型的殖民地spindle-like形状开始形成,在80 - 90%的融合,细胞被酶消化利用的组合收获Trypsin-EDTA(美国纽约的格兰岛Gibco) 37°C 5分钟;悬浮细胞收集和PBS和离心机的清洗5分钟3000转;附加颗粒底部的沉积物被使用无血清媒体(美国纽约的格兰岛Gibco)和培养T-25厘米2瓶和5毫升的DMEM / F12和10%的边后卫。贴壁细胞的平均数量 细胞每厘米2。细胞生存能力当时的近100%。msc增殖到3理查德·道金斯的一代。实验是由继续同样的方法与几个脂肪组织样本。细胞被流式细胞术检测MSC-specific集群的区别(CD)标记,以证实他们的间质表型。细胞对造血细胞标记造成负面影响包括CD14、CD45、和HLA-DR独家呈阳性标记,如CD73 CD90、CD105。

2.2。分化AT-MSCs软骨细胞体外

msc 80到90%的融合在一个适当的容器收集和转移,诱导chondrogenic使用chondrogenic表型分化工具包(StemPro™软骨形成分化装备,热费舍尔,促进城市、钙、美国),的迹象后,制造商的指示。msc被收集和清洗消除基础培养基与chondrogenic培养基培养文化和最终被播种在真皮胶原蛋白支架和孵化37°C之间的一段2和3周;每3天中被改变。位于细胞被阿尔新蓝染色,Safranin-O,苏木精和伊红())染色16]。所有染色样品在尼康Eclipse 1000光学显微镜观察不同的放大(尼康公司(日本东京)。

2.3。阿尔新蓝染色过程

阿尔新蓝(默克公司,达姆施塔特,德国)是一种染料用于评估软骨细胞的存在;硫酸化蛋白聚糖的染色显示软骨组织(16]。细胞样本deparaffinised与二甲苯代替,紧随其后的是3 5分钟/变化的变化。然后,每个样本100%的乙醇溶液中水合2的变化2分钟紧随其后。3理查德·道金斯一步的水化样品在95%乙醇2 2分钟每个再水化的变化在70%乙醇2分钟后续水化50%乙醇为2分钟。在这一步中,样本在di-H冲洗2O 5分钟和孵化在3%乙酸3分钟,随后沾1%阿尔新蓝溶液pH值2.5 30 - 60分钟用自来水洗净di-H 2分钟,冲洗2在二甲苯代替o .样本清理2的变化2分钟。

2.4。Safranin-O染色过程

Safranin-O(默克公司,达姆施塔特,德国)可以证实的存在活跃的软骨细胞通过检测软骨蛋白聚糖的存在,粘蛋白,和肥大细胞颗粒formalin-fixed,石蜡包埋软骨组织如样品(16]。最后染色证实cartilage-like组织和粘蛋白的存在在橙色/红色,细胞核染色在黑色,背景出现在蓝绿色的污渍。细胞样本deparaffinised,放置在幻灯片用蒸馏水冲洗,彩色10分钟与Weigert铁苏木精,和洗自来水运行10分钟。细胞被沾染了快5分钟的绿色解决方案,与醋酸溶液冲洗,彩色Safranin-O 5分钟的0.1%解决方案。样本脱水和清除乙、酒精(95%)、乙醇(100%),和二甲苯为2分钟,树脂中被用来修复。

2.5。他走时染色

)染色技术是其中的一个主要组织染色用于组织学。苏木精染色细胞核蓝色,细胞质和伊红染色细胞外基质和粉色,与其他结构在不同的色调,色彩,这些颜色的组合。)染色进行使用诊断工具(Celnovte生物技术郑州市,河南省,中国)。此外,在这项研究中,他走时西贡(H-SG)染色法提出了(专利)。这种独特的污点是类似于更传统的圆)染色方法,过程不过是高度敏感的2型胶原蛋白和结缔组织。样本孵化Bouin解决染料绑定到的组织,让在室温下过夜。然后,简要冲洗样品在水中彻底Weigert的铁苏木精和磷钨酸(卜塔)10 - 15分钟然后在水下冲洗5分钟。连续的步骤使用Orange-G染色样本5 - 10分钟,其次是在水下冲洗2 - 3分钟。然后,可以推进一步蓝色/绿色(蓝色亚甲基/快速绿色)连续10 - 15分钟,洋红酸1%,1分钟。最后,样本在自来水下冲洗,脱水,清理,安装在一个诊断滑动(所有试剂都从默克公司购买,达姆施塔特,德国)。

2.6。rt - pcr过程

从AT-MSCs评估获得的软骨细胞表型的表达软骨细胞- / cartilage-specific标记,软骨寡聚基质蛋白(COMP),胶原蛋白X, alpha -多肽(COL10A1)和胶原蛋白II、人工标记的ORF克隆(COL2A1)通过使用逆转录聚合酶链反应(rt - pcr)后,制造商的指示。RNA分离用试剂盒(美国纽约的格兰岛Gibco)后,制造商的协议。提取的RNA是溶解在diethylpyrocarbonate-treated水和先后转录cDNA用rt - pcr。互补脱氧核糖核酸被使用放大应用生物系统公司ABI GeneAmp PCR(热费希尔,福斯特城、钙、美国)系统在94°C 40年代,56为50°C, 60年代和72°C 35周期在94°C初始变性后5分钟(15,17,18),使用引物在表1和肌动蛋白作为内部控制。


NM_000095(基因库)
COMP(软骨寡聚基质蛋白)
NM_016685.2(基因库)
亩进行鼻软骨寡聚基质蛋白(COMP)
NM_000493(基因库)
COL10A1(胶原蛋白X, alpha -多肽)
NM_001844(基因库)
COL2A1(胶原蛋白II,人类标记ORF克隆)

向前GCTCTGTGGCATACAGGAGA
反向CATAGAATCGCACCCTGATG
向前TGGGTGATGCCTGTGATAGT
反向CGTCATTGTCATCATCGTCA
向前CGCTGAACGATACCAAATGCCC
反向TGGACCAGGAGTACCTTGCTCT
向前CCTGGCAAAGATGGTGAGACA
反向CCTGGTTTTCCACCTTCACCTG

2.7。从皮肤胶原蛋白基质支架样品

胶原蛋白基质支架被同意捐赠从人体皮肤样本获取患者的创伤单位胡志明市医院骨科创伤。样本收集与之前官方许可的三个独立的机构:(I)骨科创伤医院伦理委员会;(2)胡志明市卫生部门伦理委员会;和(3)卫生部越南社会主义共和国(卫生部)。

皮肤样本的大小 在适当的容器收集无菌缓冲PBS溶液与庆大霉素和实验室设施。样本在无菌环境中处理和清理血管、脂肪组织和碎片保留只有真皮和表皮。清除样本先后用生理盐水治疗1 M, EDTA,低渗的溶液,SDS溶液和PBS。

与上面的解决方案,每一步后样本收集和离心机在室温下在200 / rpm为3 * 5分钟;样品被收集在寒冷的温度,把干涸。这一步涉及三个子阶段在一个冰箱在4°C 30分钟,1小时的-20°C,并最终搬到-80°C的24小时。存储的样本先后48小时0.4毫巴压力。样品包装和灭菌伽马射线的剂量25 kGy的,储存在4°C。

胶原蛋白基质被两个特定方法,评估之前和之后的凝胶渗透色谱法(GPC)和高效液相色谱法(HPLC)量化胶原蛋白含量胶原真皮支架治疗前后监测胶原蛋白含量的变化处理过程的步骤。支架和样品,没有软骨细胞被拍到在一个APREO扫描电子显微镜(SEM)(热费希尔,福斯特城、钙、美国)。

此外,毒性进行评估的测试成绩的负面影响细胞的胶原蛋白支架(ISO: 10993 - 5), 24小时、48小时内,1周,最终表明,所有样品都免费的毒素或其他危险的变更,和组织学结果确认好的植入细胞的生长和功能。

2.8。流式细胞仪分析和过程

AT-MSCs,一旦达到足够的融合(80 - 100%),被Trypsin-EDTA保持酶的收获(0.25% - -0.02%)。在3000 rpm的细胞悬液离心5分钟。球然后洗两次PBS和流式细胞术分析的CD盘表达式:,CD34、CD45 CD11b, CD13、CD19, CD14、CD105, CD73, CD90。分析了3次,(BD FACSCanto形态2-laser 6色)™(美国新泽西州Amersham生物科学公司,皮斯卡塔韦),(2-laser, 6色)。

2.9。建设Cartilage-Like膜通过人类AT-MSC软骨细胞

在3理查德·道金斯通道,AT-MSCs诱导软骨细胞通过StemPro™软骨形成分化工具包。软骨细胞在90%融合开始收获,106-10年7细胞/厘米2,播种准备皮肤胶原蛋白支架通过使用1000 rpm的离心力量1分钟,重复5次。细胞和支架是由圆)先后彩色Safranin-O和SEM分析评估3 d细胞支架的存在和分布。

3所示。结果

3.1。隔离文化,差异化AT-MSCs,他们的CD标记表达式

从脂肪组织被孤立和收集后,先后浸渍、培养细胞基底DMEM加上10%的边后卫。CD盘表达如下:CD13、CD105, CD73, CD90。

流式细胞术结果显示阳性表达CD13+CD73+CD90+CD105+和SSC和消极的表达CD34标记,CD11b, CD14、CD19, CD45和HLA-DR (APC-A (allophycocyanin);异硫氰酸荧光素(FITC);向前散射区域(FSC-a);细胞毒性cryopreservant (Per-CPA))(图2)。

3.2。AT-MSC-Derived软骨细胞体外污渍和rt - pcr的结果

在星期2,AT-MSCs收集和诱导软骨细胞通过StemPro™软骨形成分化工具包。软骨细胞是先后)和阿尔新蓝染色。14天之后,结果是一个典型的集群spindle-fibroblast-like细胞呈现(图3)。

rt - pcr分析方法被用来评估典型的软骨细胞外基质的表达基因像COMP, COL10A1, COL2A1,显示逆转录。基因已经被发现与一个循环阈值(Ct)的价值小于38周期放大(图4)。众所周知,循环阈值(Ct)值反向关联目标核酸样本的数量。根据统一的标准协议,一个积极的结果表明,调查发现了标记的Ct值小于38周期放大。

3.3。胶原蛋白支架从人类Derm-Skin获得的结果

derm-skin胶原蛋白基质支架,然后从人体皮肤样本获取深层清洁,保持酶的治疗获得纯没有细胞或残差矩阵如血液、脂肪堆积,或碎片,最后与γ辐照灭菌。未经治疗的皮肤样本染色)和H-SG(数字5- - - - - -8),使用扫描电镜获得的支架进行分析。真皮/皮肤支架显示有足够intercompartmental空间分配和家庭软骨细胞建立最终cartilage-like矩阵(图910)。

4所示。讨论

在这个转化研究中,我们选择使用人类真皮基质作为向量转换人类AT-MSC-derived软骨细胞自人类皮肤/真皮仍然是最有效的网站II型胶原基质,明显适应软骨细胞产生非常接近生物仿制cartilage-like组织(19,20.]。后长期随访(11年)61例患者自体软骨细胞移植后移植程序,这是观察到的所有标本染色阳性COMP aggrecan。Hyaline-like软骨染色阳性II型胶原蛋白的主要组织(> 50%)的一部分。纤维I型胶原染色阳性区域刚度测量透明软骨纤维软骨两倍的样品(21]。基本上,在损伤修复机制是纤维的外观,和病人收到本地II型胶原蛋白(有或没有药物支持如对乙酰氨基酚)显示好优秀的长期结果(22,23]。

因此,我们预计使用皮肤/真皮作为交付替代高功能性biovector cartilage-like衬底。这种方法可能会允许外科医生治疗关节软骨损伤与转导msc在舒适的安全级别和在相对较短的治疗时期。

此外,这种策略可以使我们避免当前的逆境来自两个step-operative当前软骨再生方法的方法,涉及兼容生物材料的选择,的生成在体外软骨细胞从msc,插入到受损的关节。的在体外派生MSC软骨细胞位于纤维受伤组织主要是纺锤状纤维母细胞能够合成的I型胶原蛋白不是完全兼容在活的有机体内正常关节软骨软骨细胞/组织构象。这种技术的结果显示,纤维软骨的形成或骨突组织病理和机械不同于周围的内生软骨组织(21- - - - - -24]。这些类型的副作用也常见,即使使用最新一代的生物材料解决方案如纤维蛋白胶、非细胞矩阵,胶原蛋白凝胶,和海藻酸透明质acid-derived oligostilbenoids、聚乳酸、聚乙醇酸(25- - - - - -32]。

从技术上讲,使用自体软骨细胞并不总是实践自由的几个问题。事实上,他们必须扩大在体外在植入前在第二次手术,并不总是一件容易的实用性;另一方面,使用自体软骨严格保留短自体组织的可用性。

因此,限制被认为在biointegration或纯粹的外科手术。例如,纤维蛋白胶插入可能逐渐被纤维组织取代在一段不到21天,它可以作为对软骨细胞迁移的主要障碍,限制了正确的治疗过程(20.,33]。软骨细胞胶原蛋白类型我获得生产商的类型学和两周的分析和确认一个敏感低和更少数量的cartilage-specific软骨细胞DNA和蛋白聚糖相比播种与II型胶原蛋白海绵(34,35]。对透明质酸的化合物,但代表一个有效的支持软骨再生疗法,这些产品仍然太液用作功能性支架来适应细胞。此外,这个过程不能解决的问题,胶原蛋白II型矩阵,基本完全康复功能的软骨组织。此外,支架的结构架构同样重要。除此之外,应该提到相当有限的其他因素可能会影响一个正确的软骨细胞的生长和发育对软骨修复和使用,作为研究调查,基础培养基用于细胞增长在体外也可能最终影响这个过程(36]。

此外,维生素D似乎发挥重要作用在骨骼和软骨的新陈代谢以来人类关节软骨细胞受体广泛发现。因此,补充维生素D的变化的影响及其在饮食可能直接影响软骨和骨骼生物学(37- - - - - -40]。

一些研究表明,直接使用播种软骨细胞在特定的半固体的弹性生物材料,表现出这些细胞产生软骨的能力在活的有机体内叛逃的,由于内在感应机制软骨可能充当“与自然生物活性室设置”(40- - - - - -46]。

因此,这些发现,符合我们的研究结果显示,它实际上是可以继续一步移植和植入手术过程使用一个非常韧性生物相容性材料像自体皮肤/真皮。这个选项可以提高再生关节软骨的质量由支持细胞粘附、细胞生长和基因表达,特定为软骨再生。我们的研究结果显示,真皮胶原蛋白可能对的质量起到重要的作用在体外扩大软骨细胞,导致这样,皮肤胶原蛋白的影响矩阵有助于产生高活性和功能长期软骨组织再生的软骨细胞。提出数据显示皮肤/真皮可以作为一个非常可靠的bioscaffold AT-MSC-derived软骨细胞,我们也可以推测,获得脚手架符合一个关节软骨缺损(数据5- - - - - -8)。软骨细胞播种到真皮/皮肤支架获得典型的柱状构象和形状的发现对人类软骨(数字910)。这个解决方案可以避免也间接的影响和拒绝与同种异体移植物移植有关。因此,他们的想法是把一个很韧性与自体MSC移植技术解决方案,不是应该从骨髓、脂肪组织,但是牙齿间,滑液和/或外周血。

5。结论

总之,有一个巨大的承诺推进当前软骨疗法实现持续成功解决软骨疾病的方法。当前的结果在体外研究显示biocartilage贪污的解决方案,演示了软骨细胞形成。这些发现证实皮肤/真皮支架上的细胞能够产生软骨组织逐渐在I和II型胶原矩阵以及表面的衬底。因此,这些结果可能被视为一个有效的和坚实的第一步生成的完整和全面兼容的部分cartilage-like含有软骨细胞和组织必要的软骨基质,如胶原蛋白II型和坚实的支持和替换受伤的组织。进一步在活的有机体内研究和调查是必要建立这种方法是否会相关的上下文中的关节关节软骨修复。转化研究小组之间的合作和临床医生是安全的关键和成功发展的组织工程软骨再生疗法,提供所有的终极目标cartilage-related疾病病人有机会修复和保护他们的联合,而不是取代它。

数据可用性

使用的实验数据来支持本研究的结果包括在本文中。

伦理批准

整个研究根据越南卫生部的指导方针。所有程序都执行符合赫尔辛基宣言的重用biospecimens在科学研究和人类研究协议越南国家卫生研究所委员会批准n93IRB-VN01013 Biosolution研究。

人类受试者参与这项研究获得了知情同意。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

所有的作者都负责概念化,正式的分析,验证和调查。西罗Gargiulo Isacco和安德里亚Ballini负责撰写,审查和编辑。所有作者已阅读及同意发布版本的手稿。关丽珍t见鬼,涛d .黄齐,弗朗西斯科·Inchingolo贡献同样co-first作者。Cong Toai Tran Ciro Gargiulo Isacco,安德里亚Ballini设计并进行了实验,分析数据,监督的研究,同样co-last作者做出了贡献。

确认

这项研究是由国立大学越南胡志明市(VNU-HCM)授予B2019-44-01数量。

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