Culture de cellules humaines mésenchymateuses stromales (CSMh) avec du sérum autologue, réduit les risques de rejet par un matériau xénogénique et d'autres effets négatifs. Elle permet aussi la récupération d'un sous-ensemble de progéniteurs mésodermiques, qui peut délivrer CSMh frais. Incorporation CSMh dans un caillot de fibrine autologue permet une manipulation facile et l'implantation chirurgicale efficace.
Les cellules humaines mésenchymateuses stromales (CSMh) sont cultivées in vitro avec différents médias. Limites sur leur utilisation dans les milieux cliniques, cependant, dépendent principalement de biohazard et de l'inflammation des risques potentiels exercées par les éléments nutritifs xénogéniques pour leur culture. dérivés humaines ou matériaux recombinants sont les premiers candidats de choix pour réduire ces réactions. Par conséquent, les suppléments et les matériaux d'origine autologue culture représentent les meilleurs éléments nutritifs et les produits les plus sûrs.
Ici, nous décrivons un nouveau protocole pour l'isolement et la culture de CSMh de moelle osseuse autologue dans des conditions – à savoir, du sérum dérivé du patient en tant que supplément pour le milieu de culture et de fibrine comme échafaudage pour une administration hMSC. En effet, CSMh constructions / fibrine caillot pourrait être extrêmement utile pour plusieurs applications cliniques. En particulier, nous nous concentrons sur leur utilisation en chirurgie orthopédique, où le caillot de fibrine dérivé de sang du donneur a permislivraison effective des cellules et des éléments nutritifs / déchets échanges. Afin de garantir des conditions de sécurité optimales, il est de la plus haute importance pour éviter les risques de CSMh transformation et de surcroissance des tissus. Pour ces raisons, l'approche décrite dans le présent document indique également un ex vivo CSMh l' expansion minimale, pour réduire la sénescence cellulaire et les changements morphologiques, et à court terme ostéo-différenciation avant l' implantation, pour induire la spécification de la lignée ostéogénique, diminuant ainsi le risque de incontrôlée subséquente prolifération.
Cellules humaines mésenchymateuses stromales (CSMh) représentent l' une des meilleures sources de cellules pour une utilisation dans l' ingénierie tissulaire pour la promotion de l' ostéogenèse 1,2. Ils sont facilement isolés à partir d' os d' autres tissus adultes moelle et, et expriment des marqueurs de surface typiques tels que CD90, CD105, CD73 1. En outre, elles peuvent se différencier en différents types de cellules, telles que des ostéoblastes, des chondrocytes et des adipocytes 3. Leurs effets thérapeutiques sont attribués à leur propriétés régénératrices et trophiques 4. CSMh pourraient être utilisées en chirurgie orthopédique, ainsi que dans d'autres applications cliniques de régénération. Ils sont de préférence combinés avec des échafaudages, afin d' améliorer le résultat clinique 5.
Par rapport à d' autres matériaux, le gel de fibrine présente des propriétés intéressantes telles que l' adhésivité, la résorption et le transport efficace des nutriments, ce qui rend extrêmement utile pour une variété d'applications d'ingénierie tissulaire 6,7.
<p class = "jove_content"> Le principal défi en traduisant une approche d'ingénierie tissulaire dans des applications cliniques est l'obtention d'un échafaudage entièrement biocompatible et biosécuritaire et un milieu de culture sans xéno-qui évite tout effet infectieux ou réactive.Dans notre procédé, le gel de fibrine, dérivé du propre sang du patient, et du sérum autologue, pour la culture in vitro CSMh, ont été utilisés comme une solution thérapeutique possible dans le domaine orthopédique 8.
Pour des raisons cliniques, CSMh sont généralement administrés par deux procédures principales: (i) la procédure "une étape" (ie, manipulation minimale), qui permet la greffe automatique de la moelle osseuse, soit tout ou concentré (c. -à- cellules mononucléaires), pendant l'intervention chirurgicale; et (ii) la procédure « en deux étapes» (c. -à- extensive manipulation), qui est basé sur l'expansion ex vivo de CSMh à augmenter leur rendement avant l' implantation, et nécessite GInstallations MP 9. Fait intéressant, la culture de cellules avec du sérum humain adulte au lieu de sérum de veau bovin permet la récupération, conjointement avec les CSMh, d'un sous – ensemble de cellules (1 – 10% dans les cultures mononucléaires) appelées cellules mésodermiques progénitrices (PPM), capables de différenciation in vitro en fraîches CSMh 10,11. Ainsi, hMPCs peuvent jouer un rôle important dans le processus de régénération par rapport à seulement 12,13 CSMh. Enfin, à court terme ostéo-induction pousse CSMh à démarrer leur différenciation dans la lignée ostéogénique sans perdre leur potentiel prolifératif et la viabilité 12. Ces résultats confirment les études précédentes qui ont rapporté améliorée in vivo la formation d'os par CSMh, suivie d'une préculture dans un milieu ostéogénique 14. En outre, un caillot de plasma autologue comme un échafaudage pour la livraison de cellules peut être facilement manipulé par le chirurgien et moulé pour épouser la forme de la cavité osseuse 13.
therefore, cette méthode peut être extrêmement utile pour les chercheurs et les cliniciens qui visent à traduire leur thérapie à base de CSMh du banc au chevet dans des applications orthopédiques.
Les étapes essentielles de ce protocole concernent la utilisation de sérum humain adulte et de la protéase, qui permettent d'obtenir une thérapie CSMh de biosécuritaire. En particulier, le sérum humain adulte permet l'isolement et la maintenance, tandis que la protéase assure la récolte, des PPM. Ce sont des cellules immatures présentes dans la moelle osseuse qui peut donner lieu à des CSMh fraîches, assurant ainsi un réservoir de CSMh viables au cours du temps de culture. Ne sont pas tous les PPM peuvent être collectées, étant donné que l'augmentation du temps d'exposition à l'activité de la protéase est préjudiciable à la viabilité hMSC. Pour cette raison, une protéase incubation de 10 minutes a été choisie comme un compromis optimal entre la récupération des PPM et la viabilité des CSMh. Une autre étape importante est le temps de osteodifferentiation. En effet, une étendue dans osteodifferentiation in vitro réduirait considérablement la viabilité des cellules, ce qui affecte la formation d'os in vivo finale. La dernière étape cruciale consiste à prévaloir d'un échafaudage biorésorbable autologue, which est obtenue en noyant les cellules (CSMh et PPM) dans un gel de fibrine à partir de la coagulation du plasma.
Une étape clé pour améliorer le rendement des PPM est d'ensemencer des cellules mononucléaires à une concentration plus élevée. En utilisant des procédures d'aphérèse pour obtenir le plasma et en le traitant avec du gluconate de calcium permet d'obtenir un sérum autologue en grandes quantités. Il a été observé que le sérum humain en tant que supplément de milieu est comparable à celle de sérum bovin fœtal (FBS) dans des cultures de CSMh. Cependant, dans notre expérience, un milieu complet additionné de FBS contribue à la sénescence plus rapide que le sérum humain adulte. Une étape importante est celle de l'administration d'une ostéoinduction minimale à CSMh. En effet, ce traitement conduit les cellules à se différencier facilement vers la lignée ostéogénique, étant ainsi utile pour éviter une nouvelle transformation cellulaire in vivo. Pour maintenir une bonne viabilité des CSMh peu osteoinduced, il est recommandé de suivre attentivement les recommandations décrites dans les étapes 6.5. und 8.2., y compris la manutention, la centrifugation et des quantités moyennes à ajouter. Si une procédure d'aphérèse ne sont pas disponibles, il est encore possible de réaliser ce protocole en effectuant sang multiples tirages au patient ou, en variante, par l'achat de sérums AB commun. De toute évidence, dans le but d'apporter ce protocole de chevet banc à, il est obligatoire d'avoir des usines cellulaires GMP, ou équivalents, disponibles.
Limitations à l'application de cette technique concernent l'anémie, hématologique-oncologie et les patients orthopédiques touchés par l'ostéomyélite., Dessin de grandes quantités de sang provenant de patients anémiques, devraient être évités. Chez les patients souffrant oncologiques, la qualité des échantillons de cellules est affecté par les traitements de chimiothérapie, alors que chez les patients atteints ostéomyélite, l'infection peut affecter le résultat final. Dans tous les cas dans lesquels le sérum autologue est insuffisante ou inadaptée, mâle commun AB sérums représentent une bonne alternative.
Utilisation de cellules / fibrine clot constructions pour les applications cliniques possibles est cruciale pour libérer une thérapie cellulaire autologue complètement, ce qui pourrait être facile à manipuler et moule pendant la chirurgie, ce qui entraîne d' excellents résultats pour le traitement des os non-syndicats 13. À des fins cliniques, les CSMh sont habituellement administrés par l' intermédiaire de deux procédures principales: une manipulation minimale et la manipulation extensive 9. Pour surmonter les problèmes liés à une culture extensive ex vivo, comme des anomalies dans la morphologie des cellules et de la taille 18, nous avons réalisé un court laps de temps l' expansion in vivo de cellules et ostéo-différenciation (seulement 4 d) ex.
Le protocole libre xéno-décrit dans le présent document, ainsi que l'expansion des cellules et osteodifferentiation des temps courts, démontré être pertinent dans les cliniques afin d'obtenir la production d'os rapide in vivo, sans preuve d'surcroissance des tissus et de la transformation, confirmant ainsi son efficacité et à long sécurité -terme dans la réparation osseuse (Figure 5) </strong> 13.
La méthodologie présentée dans le présent rapport vise à démontrer l'efficacité et la sécurité des CSMh dans l' expansion in vitro dans des conditions autologues pour une utilisation possible en chirurgie orthopédique. Ce protocole utilise CSMh isolées à partir de moelle osseuse et cultivés dans un milieu supplémenté avec du sérum autologue et incorporé dans le caillot de fibrine autologue, assurant ainsi une thérapie cellulaire complètement autologue. Le double induction ostéogénique, juste avant le second détachement, améliore la capacité CSMh à se différencier en ostéoblastes. Par conséquent, cette technique est particulièrement adaptée pour des applications dans des défauts osseux, étant donné qu'il ne se limite pas à la pseudarthrose. applications futures possibles pourraient impliquer astragale kyste et la gestion de la perte osseuse.
The authors have nothing to disclose.
This study was funded by the Tuscany Region (grant number 539999_2014_Petrini_CUCCS). The authors would like to thank Prof. S. Berrettini for authorizing the use of the Otolab laboratory and instruments, and the surgery staff from the Orthopedic Clinic II of the University of Pisa, for the fundamental cooperation in sample harvesting. The support provided by Dr. F. Scatena is gratefully acknowledged. Finally, many thanks are due to Mr. J.G. De La Ossa for his precious contribution to histologic processing.
Triple Select (1x) | GIBCO, LIFE TECHNOLOGIES | 12563-029 | cell culture |
Trypan blue stain | GIBCO, LIFE TECHNOLOGIES | 15250061 | cell culture |
DMEM-LG, no glut, no phenol red | GIBCO, LIFE TECHNOLOGIES | 11880-028 | cell culture |
Glutamax (100X) | Gibco, Life Technologies | 35050038 | cell culture |
Penicillin Streptomycin sol. | Gibco, Life Technologies | 15140122 | cell culture |
Alamar Blue (AB) | Gibco, Life Technologies | DAL1025 | proliferation/viability assay |
Ficoll-Paque Plus | GE Healthcare | 17-14440-02 | cell culture |
D-PBS | Gibco, Life Technologies | 14190-094 | cell culture |
StemMACS AdipoDiff Media | Miltenyi Biotech | 130-091-677 | cell culture |
StemMACS ChondroDiff Media | Miltenyi Biotech | 130-091-679 | cell culture |
hMSC Osteogenicdiff BulletKit | Euroclone | LOPT3002 | cell culture |
Vitamin C (ascorbic acid) | Bayer | ATC Code: A11GA01 | Pharmaceutical grade drug |
Flebocortid Richter (hydrocortisone) | Aventis Pharma | ATC Code: H02AB09 | Pharmaceutical grade drug |
Victor X3, reader | PerkinElmer | 2030 multilabel reader | proliferation/viability assay |
Silver nitrate | Sigma Aldrich | 209139 | histological assay |
Pyrogallol | Sigma Aldrich | 16040 | histological assay |
Sodium Thiosulphate | Sigma Aldrich | S8503 | histological assay |
Histoplast LP | Thermo Scientific | 8332 | histological assay |
Methanol | Sigma Aldrich | 32213 | histological assay |
Ethanol | Sigma Aldrich | 2860 | histological assay |
Nuclear fast red | Sigma Aldrich | 60700 | histological assay |
Formalin | Bio-optica | 05-K01009-X40 | histological assay |
Eosin B | Sigma Aldrich | 45260 | histological assay |
DPX | Sigma Aldrich | 6522 | histological assay |
Haematoxylin | Sigma Aldrich | H3136 | histological assay |
Aluminium Sulphate | Sigma Aldrich | 202614 | histological assay |
Xylol | Sigma Aldrich | 534056 | histological assay |
Microtome | Leika | histological assay | |
May Grunwald | Sigma Aldrich | MG1L-1L | histological assay |
Giemsa | Sigma Aldrich | 32884-250ML | histological assay |
Transfer bag | Biomérieux | BC0300031 | cell culture |
Filtration kit | Macopharma | BC0800010 | cell culture |
Calcium Gluconate | Galenica Senese | Pharmaceutical grade drug | |
Bact Alert | Biomérieux | 259790 anaerobic | microbiological assay |
Bact Alert | Biomérieux | 259789 aerobic | microbiological assay |
Steryle Luer-Lok Syringe 50 ml | BD Plastipak | 300865 | cell processing |
Heraeus Cryofuge 6000i | Thermo Scientific | blood bag centrifuging | |
SL16R Centrifuge | Thermo Scientific | blood tube centrifuging |