Construção e utilização de uma câmara de estimulação elétrica para reforçar a diferenciação osteogênica em células estromais/tronco mesenquimais em Vitro
Summary
Aqui nós apresentamos um protocolo para a construção de uma câmara de cultura celular projetada para expor as células de vários tipos de estimulação elétrica e sua utilização no tratamento de células-tronco mesenquimais para realçar a diferenciação osteogênica.
Abstract
Células tronco mesenquimais/estromal (MSCs) têm sido amplamente utilizadas para promover a consolidação óssea em abordagens de engenharia de tecidos. Estimulação elétrica (EStim) tem demonstrada aumentar a diferenciação osteogênica de MSC in vitro e promover a consolidação óssea em situações clínicas. Aqui descrevemos a construção de uma câmara de cultura de células de EStim… e sua utilização no tratamento de rato osso-medula-derivado MSC para realçar a diferenciação osteogênica. Descobrimos que tratar MSCs com EStim durante 7 dias resulta em um aumento significativo na diferenciação osteogênica, e importante, este efeito pro-osteogênica persiste muito tempo depois (7 dias) EStim é descontinuado. Esta abordagem de pretreating MSCs com EStim para realçar a diferenciação osteogênica poderia ser usada para otimizar os resultados do tratamento de engenharia de tecido ósseo e, assim, ajudá-los a alcançar o seu potencial terapêutico completo. Além desta aplicação, esta câmara de cultura de células de EStim e protocolo também podem ser usados para investigar outros comportamentos de célula EStim-sensíveis, tais como a migração, proliferação, apoptose e acessório do andaime.
Introduction
Um aumento no trauma e/ou defeitos ósseos induzida por doença estão sendo tratados usando diferentes combinações de terapia celular e tecnologias de medicina regenerativa. MSCs são a célula de escolha em tais tratamentos, devido à sua relativamente alta atividade osteogênica, isolamento e expansão de eficiência e segurança1. Para maximizar sua atividade osteogênica e, assim, otimizar sua eficácia terapêutica, foram introduzidos vários métodos para manipular MSCs antes da sua utilização nestes tratamentos (como comentado por Mauney et al.2). Um tal método é EStim, que foi mostrado para aumentar a diferenciação osteogênica do MSC em vitro3 e promover a consolidação em vivo4. Apesar do crescente número de estudos com foco em tratamento MSCs com EStim, um regime ideal para maximizar o efeito de pro-osteogênica do EStim ainda tem de ser definido.
Outros métodos in vitro usando EStim utilizam sal pontes submergidas em meio de cultura, que separa as células dos eletrodos metálicos5. A vantagem desta é que entregar EStim através de pontes de sal elimina a introdução de subprodutos químicos (por exemplo, corrosão dos eletrodos metálicos) que podem ser citotóxicos. Apesar desta vantagem, pontes de sal são complicados para trabalhar com, e entregam a EStim difere que entregue em modelos in vivo, tornando difícil correlacionar os resultados obtidos ao utilizar os dois sistemas. Configurações que entregam EStim via eletrodos metálicos ou carbono fixados dentro dos poços de cultura celular (como revisto por Hronik-Tupaj e Kaplan6) melhor simulam dispositivos utilizados no vivo; no entanto, esses dispositivos são difíceis de limpar/esterilizar entre usos e o número de células que podem ser estudadas por experiência é limitado. Nós projetamos a câmara EStim apresentada aqui especificamente para resolver as limitações destas outras configurações. Enquanto a maioria da nossa experiência usando esta câmara EStim foi com 2D e 3D culturas contendo medula óssea e adiposo tecido-derivada de MSCs3,4, a principal vantagem desta câmara é que é versátil e, com menor relativamente alterações, pode ser adaptado para outros tipos de células sob uma variedade de diferentes condições de estudar.
Aqui descrevemos a construção de uma câmara de cultura de células de EStim; Então, vamos demonstrar a sua utilização por tratados MSCs com diferentes regimes de EStim e medir o efeito resultante na diferenciação osteogênica. Diferenciação osteogênica MSC é avaliada através de deposição de cálcio, atividade da fosfatase alcalina e expressão de gene marcador osteogênica. Importante, no passado experiências que usou esta configuração, observou-se que estes efeitos pro-osteogênica persistirem muito tempo depois foi descontinuado o tratamento de EStim.
Protocol
Representative Results
Discussion
Aqui descrevemos a construção de uma câmara e um método para o tratamento de células-tronco mesenquimais com EStim que resulta em maior diferenciação osteogênica.
A configuração de EStim apresentada não requer equipamentos especial/conhecimento e pode ser realizada em um laboratório de biologia/bioquímica de células-tronco padrão por pesquisadores Júnior. No entanto, quando compilando e usando a câmara EStim, especial deve ter cuidado em algumas etapas críticas. Ao manusear o…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi financiado em parte por uma concessão de start-up AO Foundation (S-14-03 H) e a Fundação Friedrichsheim (Stiftung Friedrichsheim) com sede em Frankfurt am Main, Alemanha.
Materials
| Estim fabrication | |||
| Banana connector/Jack adaptor | Poppstars | 1008554 | 2 pieces |
| Cutting pliers | Knipex | 78 03 125 | |
| DC power supply (0-30V/0-3A) | B&K Precision | Model 9130B | Any simular model could be used |
| Insulated flexible wires (0.14 mm2) | Conrad Electronic International | 604794, 604093 | 2 pieces |
| Non-corrosive silicone rubber | Dow Corning | 3140 RTV | *could be purchased by many stores |
| Platinum Wire (999,5/1000; 1mm ø) | Junker Edelmetalle | 00D-3010 | 0.6 m needed for 1 Estim chamber |
| 70% Ethanol solution | any | Sterilisation of Estim chamber | |
| Silver coated copper wire (0.6 mm ø) | Conrad Electronic International | 409334 – 62 | ≈70 cm needed for 1 Estim device |
| Soldering iron Set | Conrad Electronic International | 1611410 – 62 | Any simular model could be used |
| TPP 6-well plate lid | Sigma-Aldrich | Z707759-126EA | 2 lids for Estim chamber |
| 2.2V wired circular LEDs | Conrad Electronic International | 599525 – 62 | 6 pieces |
| UHU Super glue | UHU GmbH & Co. KG | n/a | *could be purchased by many stores |
| MSC culture | |||
| β-Glycerophosphate disodium salt hydrate | Sigma-Aldrich | G9422 | osteogenic cell culture |
| DMEM, low glucose, GlutaMAX Supplement, pyruvate | Thermo-Fischer Scientific | 21885025 | cell culture |
| DPBS, no calcium, no magnesium | Thermo-Fischer Scientific | 14190144 | cell culture |
| Dexamethasone | Sigma-Aldrich | D4902 | osteogenic cell culture |
| Fetal Bovine Serum | Thermo-Fischer Scientific | 10500064 | cell culture |
| 50 ml Falcon tube | Sarstedt | 62,547,004 | cell culture |
| L-Ascorbic acid | Sigma-Aldrich | A4544 | osteogenic cell culture |
| Penicillin/Streptomycin | Thermo-Fischer Scientific | 15140122 | cell culture |
| Sprague-Dawley (SD) rat mesenchymal stem cells, bone marrow origin | Cyagen | RASMX-01001 | cell culture |
| Cell detachment solution | Thermo-Fischer Scientific | A1110501 | cell culture, cell detachment |
| TC Flask, T75 | Sarstedt | 833911302 | cell culture |
| TPP 6-well plates | Sigma-Aldrich | Z707759-126EA | cell culture |
| Trypan Blue Dye, 0.4% solution | Bio-Rad | 1450021 | cell count |
Referencias
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