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Génétique

Isolement, caractérisation et axée sur les micro-ARN de la Modification génétique des cellules souches humaines follicule dentaire

Published: November 16, 2018
doi:
10.3791/58089
, , , , ,
1Reference and Translation Center for Cardiac Stem Cell Therapy (RTC), Department of Cardiac Surgery,Rostock University Medical Center, 2Department Life,Light and Matter of the Interdisciplinary Faculty at Rostock University, 3Department of Operative Dentistry and Periodontology,Rostock University Medical Center

Summary

Ce protocole décrit le génie génétique transitoire dentaire des cellules souches extraites du follicule dentaire humaine. La stratégie appliquée modification non viraux peut-être devenir une base pour l’amélioration des produits thérapeutiques des cellules souches.

Abstract

A ce jour, plusieurs types de cellules souches à différents stades de développement sont dans la mise au point pour le traitement des maladies dégénératives. Pourtant, certains aspects, tels que la mort cellulaire massive initiale et faible d’effets thérapeutique, avec facultés affaiblies à leur traduction clinique large. Génie génétique des cellules souches avant la greffe a émergé comme une méthode prometteuse pour optimiser les effets thérapeutiques des cellules souches. Cependant, les systèmes de prestation sûre et efficace de gène manquent encore. Par conséquent, le développement de méthodes appropriées peut fournir une approche pour résoudre les défis actuels dans les thérapies à base de cellules souches.

Le présent protocole décrit l’extraction et la caractérisation des cellules souches de follicule dentaire humaine (hDFSCs) ainsi que leur modification génétique non viraux. Le follicule dentaire postnatal dévoilé comme une source prometteuse et facilement accessible pour la récolte des cellules souches multipotentes adultes possédant le potentiel élevé de prolifération. La technique d’isolation décrit présente une méthode simple et fiable pour récolter des hDFSCs de dents de sagesse. Ce protocole comprend également des méthodes pour définir les caractéristiques des cellules souches de cellules isolées. Génie biomoléculaire de hDFSCs, une stratégie optimisée transfection de base de lipides cationiques est présentée habilitante introduction microARN hautement efficace sans causer d’effets cytotoxiques. MicroARN sont des candidats appropriés pour la manipulation de cellules transitoires, comme ces petits régulateurs translationnelles contrôlent le devenir et le comportement des cellules souches sans danger d’intégration génome stable. Par conséquent, ce protocole représente une procédure sûre et efficace pour l’ingénierie des hDFSCs qui peut devenir important pour optimiser leur efficacité thérapeutique.

Introduction

Le follicule dentaire humain est un tissu conjonctif lâche dérivé ectomesenchymally entourant la dent en développement1,2. À côté de sa fonction de coordonner osteoclastogenesis et ostéogenèse pour le processus d’éruption de dent, ce tissu contenant des cellules souches et progénitrices en particulier pour le développement du parodonte3,4,5. Par conséquent, le follicule dentaire est considéré comme une source alternative de récolter les cellules souches humaines adultes6,7.

Plusieurs études ont démontré que les cellules souches humaines follicule dentaire (hDFSCs) sont capables de différencier dans la lignée parodontale incluant des ostéoblastes, les fibroblastes du ligament et les cémentoblastes8,9,10 . En outre, ces cellules ont été montrés pour correspondre à toutes les caractéristiques des cellules stromales mésenchymateuses (CSM), y compris capacité autorenouvellement, adhérence plastique, expression des marqueurs de surface spécifiques (par exemple, CD73, CD90, CD105) aussi bien qu’ostéogénique, adipocytaire et chondrogéniques différenciation potentiels11,12,13. D’autres études ont également révèlent un potentiel de différenciation neurale de hDFSCs2,14,15,16,17,18.

En raison de leurs propriétés prometteuses et un accès facile, hDFSCs est devenu récemment pertinentes pour tissus techniques19,20,21. Les premières études se concentrent sur le potentiel de DFSCs de régénération osseuse, parodontale et dent racines19,22,23,24,25,26, 27,28,29,30. La connaissance de la capacité neurogène de hDFSCs, leur application comme traitement potentiel pour les maladies neurodégénératives depuis enquête31,32,,33. HDFSCs ont également gagné en importance à la régénération des autres tissus (p. ex., l’épithélium cornéen)34,35. Le potentiel thérapeutique des hDFSC ne repose pas seulement sur leur potentiel de différenciation direct mais aussi sur leur activité paracrine. Récemment, il a été démontrés que hDFSCs sécrètent une multitude de facteurs bioactifs tels que les métalloprotéinases matricielles (MMP), facteur de croissance analogue à l’insuline (IGF), facteur de croissance endothélial vasculaire (VEGF), facteur de croissance basique des fibroblastes (bFGF) et croissance hépatocyte facteur (HGF), qui jouent un rôle crucial dans l’angiogenèse, immunomodulation, remodelage de la matrice extra-cellulaire et processus réparateur36.

Cependant, large traduction clinique de thérapie de cellules souches est encore affaiblie par plusieurs défis, comme la mort massive de cellules initiales et bas les cellules souches bénéfiques effets37,38. Le génie génétique prévoit une stratégie prometteuse pour relever ces défis et donc peut améliorer grandement l’efficacité thérapeutique de cellules souches38,39,40. Pour la manipulation de cellules transitoires, microARN (miRs) sont des candidats, comme ces petits régulateurs translationnelles contrôlent le devenir et le comportement des cellules souches sans le danger du génome stable intégration41,,42, 43. a ce jour, plusieurs miRs bénéfiques ont été identifiés en favorisant la prolifération des cellules souches, survie, homing, activité paracrine ainsi que leur différenciation en plusieurs lignées44. Par exemple, miR-133 a machiné MSCs ont montré une augmentation de la survie et la prise de greffe dans les coeurs de rats infarci résultant en une amélioration de la fonction cardiaque par rapport aux non modifiées MSCs45. De même, miR-146 a MSCs sur-exprimant apparaissaient à sécréter des quantités plus élevées de VEGF qui a conduit à un renforcement de l’efficacité thérapeutique dans les tissus ischémiques46.

Ce manuscrit présente un protocole détaillé pour l’extraction sélective et l’ingénierie génétique des hDFSCs. À cette fin, nous avons décrit la digestion enzymatique et récolte des follicules dentaires humains, ainsi que l’isolation ultérieure de hDFSCs. Afin de caractériser les cellules isolées, des instructions importantes pour la vérification des propriétés MSC ont été incluses conformément aux directives de la société internationale de thérapie cellulaire13. En outre, nous fournissons une description détaillée pour la génération de hDFSCs miR-modifiée en appliquant une stratégie axée sur les lipides cationiques de la transfection et l’évaluation de l’efficacité de transfection et cytotoxicité.

Protocol

HDFSCs sont isolées des follicules dentaires des dents de sagesse extraites fournies par le ministère d’orale et maxillo-faciale chirurgie plastique du centre médical de l’Université de Rostock. Consentement et autorisation écrite a été obtenue chez tous les patients. Cette étude a été autorisée par le Comité local d’éthique de l’Université de Rostock (autorisation No. A 2017-0158). 1. isolement de hDFSCs Remarque : Pour éviter…

Representative Results

Nous présentons ici, une instruction détaillée d’isolement à la récolte des hDFSCs du tissu humain follicule dentaire. En raison de l’accès facile du follicule dentaire pendant la chirurgie de routine, il est une source prometteuse pour l’extraction des cellules souches adultes. Le hDFSCs isolées ont montré toutes les caractéristiques décrites pour la définition de MSCs13. En fait, les ce…

Discussion

Les cellules souches adultes sont actuellement en discussion pour le traitement de plusieurs maladies dégénératives. En particulier, OS a moelle (BM)-dérivées de cellules souches, y compris les cellules souches hématopoïétiques (CSH) et MSCs, sont sous investigation clinique intensive47. Cependant, récolte de BM est une procédure invasive provoquant une douleur sur le site de don et peut conduire à des effets indésirables,48. Récemment, le tissu dentaire postna…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Ce travail a été soutenu par le programme FORUN de l’Université de Rostock Medical Centre (889018) et la Fondation humide (2016-11). En outre, h. et R.D. sont pris en charge par le BMBF (VIP + 00240).

Materials

Mouse anti Human CD105 Antibody: Alexa Fluor 488 Bio-Rad MCA1557A488 Clone SN6, monoclonal
Mouse IgG1 Negative Control Antibody: Alexa Fluor 488 Bio-Rad MCA928A488 monoclonal
APC Mouse Anti-Human CD29 Antibody BD Biosciences 559883 Clone MAR4, monoclonal
APC Mouse IgG1, κ Isotype Control Antibody BD Biosciences 555751 Clone MOPC-21, monoclonal
PE Mouse Anti-Human CD73 Antibody BD Biosciences 550257 Clone AD2, monoclonal
PE Mouse IgG1, κ Isotype Control Antibody BD Biosciences 555749 Clone MOPC-21, monoclonal
PE-Cy7 Mouse Anti-Human CD117 Antibody BD Biosciences 339217 Clone 104D2, monoclonal
PE-Cy7 Mouse IgG1, κ Isotype Control Antibody BD Biosciences 557872 Clone MOPC-21, monoclonal
PerCP-Cy5.5 Mouse Anti-Human CD44 Antibody BD Biosciences 560531 Clone G44-26, monoclonal
PerCP-Cy5.5 Mouse IgG2b, κ Isotype Control Antibody BD Biosciences 558304 Clone 27-35, monoclonal
PerCP-Cy5.5 Mouse Anti-Human CD90 Antibody BD Biosciences 561557 Clone 5E10, monoclonal
PerCP-Cy5.5 Mouse IgG1, κ Isotype Control Antibody BD Biosciences 55095 Clone MOPC-21, monoclonal
V500 Mouse Anti-Human CD45 Antibody BD Biosciences 560777 Clone HI30, monoclonal
V500 Mouse IgG1, κ Isotype Control Antibody BD Biosciences 560787 Clone X40, monoclonal
FcR Blocking Reagent, human Miltenyi Biotec 130-059-901
UltraPure EDTA Thermo Fisher Scientific 15575-020 0.5M, pH 8.0
Steritop Merck Millipore SCGPT05RE 0.22 µm, radio-sterilized, polyethersulfone
BSA Sigma-Aldrich A7906
PFA Merck Millipore 1040051000
Human Mesenchymal Stem Cell Functional Identification Kit R&D Systems SC006
RNase decontamination solution; RNaseZap RNase Decontamination Solution Thermo Fisher Scientific AM9780
Cy3-labelled precursor miR; Cy3 Dye-Labeled Pre-miR Negative Control #1 Thermo Fisher Scientific AM17120 5 nmol
Pre-miR miRNA Precursor Negative Control #1 Thermo Fisher Scientific AM17110 5nmol
Cationic lipid-based transfection reagent; Lipofectamine 2000 Transfection Reagent Thermo Fisher Scientific 11668019
Reduced serum medium; Opti-MEM I Reduced Serum Medium Thermo Fisher Scientific 31985070
Donkey anti-Goat IgG (H+L) Cross-Adsorbed Secondary Antibody, Alexa Fluor 488 Thermo Fisher Scientific A-11055 polyclonal
Donkey anti-Mouse IgG (H+L) Highly Cross-Adsorbed Secondary Antibody, Alexa Fluor 488 Thermo Fisher Scientific A-21202 polyclonal
Mounting medium; Fluoroshield with DAPI Sigma-Aldrich F6057-20ML histology mounting medium
ELYRA PS.1 LSM 780 confocal microscope Zeiss
BD FACS LSRII flow cytometer BD Biosciences
BD FACSDiva Software 6.1.2 BD Biosciences
ZEN2011 software Zeiss
Trypsin/EDTA solution (0.05%/ 0.02%) Biochrom L2143 in PBS, w/o: Ca2+, Mg2+
Amine reactive dye; LIVE/DEAD™ Fixable Near-IR Dead Cell Stain Kit Thermo Fisher Scientific L10119
PBS (1x) Thermo Fisher Scientific 10010023 pH: 7.4; w/o: Ca and Mg
P-S-G (100x) Thermo Fisher Scientific 10378016
Basal medium; Dulbecco's Modified Eagle Medium/Nutrient Mixture F-12 Thermo Fisher Scientific 11039021
Antibiotic, ZellShield Biochrom W 13-0050
FBS Thermo Fisher Scientific 10500064
Collagenase type I Thermo Fisher Scientific 17100017
Dispase II Thermo Fisher Scientific 17105041
Filter, Sterifix syringe filter 0.2 µm Braun 4099206
50 mL conical centrifuge tube Sarstedt 62,547,254
15 mL conical centrifuge tube Sarstedt 62,554,502
Cell culture flask 75 cm2 Sarstedt 833,910,002
Cell culture flask, 25 cm2 Sarstedt 833,911,002
Freezing medium, Biofreeze Biochrom F 2270
Cryotubes Thermo Fisher Scientific 377267 1.8 mL
Trypan blue solution Sigma-Aldrich T8154 0.4 %
Counting chamber Paul Marienfeld
Local anesthetic, Xylocitin (lidocaine hydrochloride) 2% with epinephrine (adrenaline) 0.001% Mibe
NaCl solution Braun 0.9 %
Vicryl satures, Vicryl rapide Ethicon 3 – 0
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Müller, P., Ekat, K., Brosemann, A., Köntges, A., David, R., Lang, H. Isolation, Characterization and MicroRNA-based Genetic Modification of Human Dental Follicle Stem Cells. J. Vis. Exp. (141), e58089, doi:10.3791/58089 (2018).
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