בידוד, שגשוג והתמיינות של תאי גזע שמקורם בשומן מקוק רזוס
Summary
במאמר זה נתאר בידוד של תאי גזע שמקורם במקוק רזוס (ADSCs) באמצעות פרוטוקול עיכול רקמות אנזימטי. לאחר מכן, אנו מתארים התפשטות ADSC הכוללת ניתוק תאים, ספירה וציפוי. לבסוף, התמיינות ADSC מתוארת באמצעות סוכני גרימה אדיפוגניים ספציפיים. בנוסף, אנו מתארים טכניקות צביעה כדי לאשר את ההבחנה.
Abstract
רקמת השומן מספקת מקור עשיר ונגיש של תאי גזע רב-פוטנטיים, המסוגלים לחדש את עצמם. תאי גזע אלה שמקורם בשומן (ADSCs) מספקים מערכת תאי ex vivo עקבית הדומה מבחינה תפקודית לזו של אדיפוציטים in vivo. שימוש ב-ADSCs במחקר ביו-רפואי מאפשר חקירה תאית של ויסות ותפקוד מטבולי של רקמת השומן. התמיינות ADSC נחוצה להרחבת אדיפוציטים נאותה, והבחנה לא אופטימלית היא מנגנון מרכזי של תפקוד לקוי של השומן. הבנת השינויים בהתמיינות ADSC היא חיונית להבנת ההתפתחות של תפקוד מטבולי לקוי ומחלות. הפרוטוקולים המתוארים בכתב יד זה, כאשר עוקבים אחריהם, יניבו אדיפוציטים בוגרים שיכולים לשמש למספר בדיקות פונקציונליות במבחנה כדי להעריך את תפקוד חילוף החומרים של ADSC, כולל אך לא מוגבל למבחנים המודדים ספיגת גלוקוז, ליפוליזה, ליפוגנזה והפרשה. קופי מקוק רזוס (Macaca mulatta) דומים מבחינה פיזיולוגית, אנטומית ואבולוציונית לבני אדם וככאלה, רקמותיהם והתאים שלהם שימשו רבות במחקר ביו-רפואי ולפיתוח טיפולים. כאן אנו מתארים בידוד ADSC באמצעות רקמת שומן תת עורית ואומנטלית טרייה המתקבלת מקופי רזוס בני 4-9. דגימות רקמת שומן מתעכלות באופן אנזימטי בקולגנאז ואחריו סינון וצנטריפוגה כדי לבודד ADSCs מהחלק הסטרומלי של כלי הדם. ADSCs מבודדים מתרבים במדיה סטרומלית ולאחר מכן כ-14-21 ימים של התמיינות באמצעות קוקטייל של 0.5 מיקרוגרם/מ”ל דקסמתזון, 0.5 mM איזובוטיל מתיל-קסנטין, ו-50 μM אינדומתצין במדיה סטרומלית. אדיפוציטים בוגרים נצפים בכ -14 יום של התמיינות. בכתב יד זה אנו מתארים פרוטוקולים לבידוד, התפשטות והבחנה במבחנה של ADSC. אמנם, התמקדנו ב-ADSCs מרקמת השומן של מקוק רזוס, אך ניתן להשתמש בפרוטוקולים אלה לרקמת שומן המתקבלת מבעלי חיים אחרים עם התאמות מינימליות.
Introduction
רקמת השומן מורכבת מתערובת הטרוגנית של תאים, בעיקר אדיפוציטים בוגרים וחלק כלי דם סטרומלי הכולל פיברובלסטים, תאי חיסון ותאי גזע שמקורם בשומן (ADSCs)1,2,3. ניתן לבודד ADSCs ראשוניים ישירות מרקמת השומן הלבן ולעורר אותם להתמיין לאדיפוציטים, סחוס או תאי עצם4. ADSCs מציגים מאפיינים קלאסיים של תאי גזע כגון תחזוקה של מולטיפוטנטיות במבחנה והתחדשות עצמית; ודבקים בפלסטיק בתרבות 5,6. ADSCs הם בעלי עניין חשוב לשימוש ברפואה רגנרטיבית בשל הרב-תכליתיות שלהם ויכולתם להיקצר בקלות בכמויות גדולות באמצעות טכניקות לא פולשניות7. התמיינות אדיפוגנית של ADSCs מייצרת תאים המחקים באופן פונקציונלי אדיפוציטים בוגרים, כולל הצטברות שומנים, ספיגת גלוקוז מגורה על ידי אינסולין, ליפוליזה והפרשת אדיפוקין8. הדמיון שלהם לאדיפוציטים בוגרים הוביל לשימוש נרחב ב- ADSCs לחקירה פיזיולוגית של מאפייני התאים ותפקוד מטבולי של אדיפוציטים. ישנן ראיות הולכות וגוברות התומכות ברעיון כי התפתחות של תפקוד מטבולי לקוי והפרעות שמקורן ברמת התא או הרקמה 9,10,11,12. נדרשת התמיינות אופטימלית של ADSC להרחבת רקמת שומן מספקת, תפקוד תקין של אדיפוציטים וויסות מטבולי יעיל13.
הפרוטוקולים המתוארים בכתב יד זה הם טכניקות פשוטות המשתמשות בציוד מעבדה סטנדרטי וריאגנטים בסיסיים. כתב היד מתאר לראשונה את הפרוטוקול לבידוד ADSCs ראשוניים מרקמת שומן טרייה באמצעות עיכול מכני ואנזימטי. לאחר מכן, הפרוטוקול להתפשטות ומעבר של ADSCs במדיום סטרומלי מתואר. לבסוף, הפרוטוקול להבחנה אדיפוגנית של ADSCs מתואר. לאחר ההתמיינות, תאים אלה יכולים לשמש למחקרים כדי להבין טוב יותר את חילוף החומרים של אדיפוציטים ומנגנונים של תפקוד לקוי. כמו כן מתוארים הפרוטוקולים לאישור התמיינות אדיפוגנית וזיהוי טיפות שומנים באמצעות O אדום שמן וצביעת בורון-דיפרומיתן (BODIPY). הפרטים של פרוטוקולים אלה התמקדו ב- ADSCs ראשוניים שבודדו מרקמת שומן אומנטלית טרייה של קופי מקוק רזוס. אנו ואחרים השתמשנו בפרוטוקול זה כדי לבודד בהצלחה ADSCs מרקמות שומן תת עוריות ואומנטליות של מקוק רזוס14,15. עבור אותה כמות של רקמה בשימוש, ראינו כי רקמת שומן תת עורית היא צפופה יותר, קשוחה יותר ומניבה פחות תאים מעיכול בהשוואה לרקמת שומן אומנטלית. פרוטוקול זה שימש גם לבידוד ADSCs מדגימות שומן אנושיות16.
Protocol
Representative Results
Discussion
פרוטוקולי בידוד, התפשטות והתמיינות של ADSC הם ישרים וניתנים לשחזור, אך הם דורשים טכניקה זהירה כדי להבטיח בידוד הולם, התרחבות בריאה ובידול יעיל. סביבת עבודה סטרילית היא קריטית לכל הניסויים בתרביות תאים. חיידקים או פטריות עשויים להיות מוחדרים לתרביות תאים באמצעות כלים מזוהמים, מדיה או סביבת ע…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים רוצים להודות לקרטיס ונדה סטווה על עזרתו הטכנית. המחקר שבבסיס הפיתוח של הפרוטוקולים נתמך על ידי מענקים מהמכון הלאומי להתמכרות לאלכוהול ואלכוהוליזם (5P60AA009803-25, 5T32AA007577-20 ו- 1F31AA028459-01).
Materials
| 0.4 % trypan blue | Thermo-Fisher | 15250061 | |
| 1.5-ml microcentrifuge tube | Dot Scientific | 707-FTG | |
| 100 % isopropanol | Sigma-Aldrich | PX1838-P | |
| 100-mm cell culture dish | Corning | 430167 | |
| 3-Isobutyl-1-methylxanthine | Sigma-Aldrich | I7018 | |
| 50-mL plastic conical tube | Fisher Scientific | 50-465-232 | |
| 70-µm cell strainer | Corning | CLS431751 | |
| a-MEM | Thermo-Fisher | 12561056 | |
| Aluminum foil | Reynolds Wrap | ||
| BODIPY | Thermo-Fisher | D3922 | |
| Bovine serum albumin (BSA) | Sigma-Aldrich | 05470 | |
| Centrifuge | Eppendorf | 5810 R | |
| Collagenase, Type I | Thermo-Fisher | 17100017 | |
| Dexamethasone-Water Soluble | Sigma-Aldrich | D2915 | |
| Dimethyl sulfoxide, DMSO | Sigma-Aldrich | D2650 | |
| Distilled water | Thermo-Fisher | 15230162 | |
| Fetal Bovine Serum, USDA-approved | Sigma-Aldrich | F0926 | |
| Fungizone/Amphotericin B (250 ug/mL) | Thermo-Fisher | 15290018 | |
| Hanks' Balanced Salt Solution (HBSS) | Thermo-Fisher | 14175095 | |
| Hemacytometer with cover slip | Sigma-Aldrich | Z359629 | |
| Indomethacin | Sigma-Aldrich | I7378 | |
| Inverted light microscope | Nikon | DIAPHOT-TMD | |
| L-glutamine (200 mM) | Thermo-Fisher | 25030081 | |
| Laboratory rocker, 0.5 to 1.0 Hz | Reliable Scientific | Model 55 Rocking | |
| Neutral buffered formalin (10 %) | Pharmco | 8BUFF-FORM | |
| Oil Red O | Sigma-Aldrich | O0625 | |
| Paraformeldehyde | Sigma-Aldrich | P6148 | |
| Penicillin-Streptomycin (10,000 U/mL) | Thermo-Fisher | 15140122 | |
| Phosphate buffered saline (PBS), pH 7.4 | Thermo-Fisher | 10010023 | |
| Red blood cell (RBC) lysis buffer | Qiagen | 158904 | |
| Serological pipettes, 2 to 25 mL | Costar Stripettes | ||
| Standard humidified cell culture incubator, 37 °C, 5 % CO2 | Sanyo | MCO-17AIC | |
| Trypsin-EDTA (0.25%) | Thermo-Fisher | 25200056 |
Riferimenti
- Fain, J. N. Release of interleukins and other inflammatory cytokines by human adipose tissue is enhanced in obesity and primarily due to the nonfat cells. Vitamins and Hormones. 74, 443-477 (2006).
- Ibrahim, M. M. Subcutaneous and visceral adipose tissue: structural and functional differences. Obesity Reviews. 11 (1), 11-18 (2010).
- Wang, P., Mariman, E., Renes, J., Keijer, J. The secretory function of adipocytes in the physiology of white adipose tissue. Journal of Cellular Physiology. 216 (1), 3-13 (2008).
- Zuk, P. A., et al. Human adipose tissue is a source of multipotent stem cells. Molecular Biology of the Cell. 13 (12), 4279-4295 (2002).
- Via, A. G., Frizziero, A., Oliva, F. Biological properties of mesenchymal Stem Cells from different sources. Muscles, Ligaments and Tendons Journal. 2 (3), 154-162 (2012).
- Horwitz, E. M., et al. Clarification of the nomenclature for MSC: The International Society for Cellular Therapy position statement. Cytotherapy. 7 (5), 393-395 (2005).
- Zuk, P. Adipose-derived stem cells in tissue regeneration: A Review. International Scholarly Research Notices Stem Cells. 2013, 713959 (2013).
- Smith, U., Kahn, B. B. Adipose tissue regulates insulin sensitivity: role of adipogenesis, de novo lipogenesis and novel lipids. Journal of Internal Medicine. 280 (5), 465-475 (2016).
- Laclaustra, M., Corella, D., Ordovas, J. M. Metabolic syndrome pathophysiology: the role of adipose tissue. Nutrition, Metabolism & Cardiovascular Disease. 17 (2), 125-139 (2007).
- Grundy, S. M. Adipose tissue and metabolic syndrome: too much, too little or neither. European Journal of Clinical Investigation. 45 (11), 1209-1217 (2015).
- Neeland, I. J., et al. Dysfunctional adiposity and the risk of prediabetes and type 2 diabetes in obese adults. Journal of the American Medical Association. 308 (11), 1150-1159 (2012).
- Kahn, C. R., Wang, G., Lee, K. Y. Altered adipose tissue and adipocyte function in the pathogenesis of metabolic syndrome. Journal of Clinical Investigation. 129 (10), 3990-4000 (2019).
- Sarjeant, K., Stephens, J. M. Adipogenesis. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology. 4 (9), 008417 (2012).
- Ford, S. M., et al. Differential contribution of chronic binge alcohol and antiretroviral therapy to metabolic dysregulation in SIV-infected male macaques. American Journal of Physiology – Endocrinology and Metabolism. 315 (5), 892-903 (2018).
- Gagliardi, C., Bunnell, B. A. Isolation and culture of rhesus adipose-derived stem cells. Methods in Molecular Biology. 702, 3-16 (2011).
- Bunnell, B. A., Flaat, M., Gagliardi, C., Patel, B., Ripoll, C. Adipose-derived stem cells: isolation, expansion and differentiation. Methods. 45 (2), 115-120 (2008).
- Bourin, P., et al. Stromal cells from the adipose tissue-derived stromal vascular fraction and culture expanded adipose tissue-derived stromal/stem cells: a joint statement of the International Federation for Adipose Therapeutics and Science (IFATS) and the International Society for Cellular Therapy (ISCT). Cytotherapy. 15 (6), 641-648 (2013).
- Wang, Q. A., Scherer, P. E., Gupta, R. K. Improved methodologies for the study of adipose biology: insights gained and opportunities ahead. Journal of Lipid Research. 55 (4), 605-624 (2014).
