Isolamento e coltura di cellule staminali umane derivate da adiposio con un innovativo metodo xenogenico-free per la terapia umana
Summary
I prodotti xenogenici (chimici o di derivazione animale) introdotti nelle fasi di preparazione/manipolazione della terapia cellulare sono associati ad un aumentato rischio di reattività immunitaria e trasmissione patogena nei pazienti ospiti. Qui viene descritto un metodo completamente privo di xenogenici per l’isolamento e l’espansione in vitro di cellule staminali derivate da adiposo umano.
Abstract
Considerando il crescente impatto della terapia con cellule staminali, sono state sollevate preoccupazioni in materia di biosicurezza per quanto riguarda la potenziale contaminazione o trasmissione di infezioni dovute all’introduzione di prodotti di origine animale durante la manipolazione in vitro . I componenti xenogenici, come la collagenasi o il siero fetale bovino, comunemente usati durante le fasi di isolamento cellulare e di espansione potrebbero essere associati ai potenziali rischi di reattività immunitaria o infezione virale, batterica e prionica nei pazienti riceventi. Seguendo le linee guida sulle buone pratiche di fabbricazione, la dissociazione chimica dei tessuti dovrebbe essere evitata, mentre il siero bovino fetale (FBS) può essere sostituito con integratori privi di xenogenici. Inoltre, per garantire la sicurezza dei prodotti cellulari, è importante definire metodi più affidabili e riproducibili. Abbiamo sviluppato un metodo innovativo, completamente xenogenico-free per l’isolamento e l’espansione in vitro di cellule staminali derivate da adiposo umano senza alterarne le proprietà rispetto ai protocolli standard di coltura FBS di collagenasi. Qui, le cellule staminali derivate dal tessuto adiposo umano (hASC) sono state isolate dal tessuto adiposo addominale. Il campione è stato tritato meccanicamente con forbici / bisturi, micro-sezionato e disperso meccanicamente in una capsula di Petri di 10 cm e preparato con incisioni di bisturi per facilitare l’attaccamento dei frammenti di tessuto e la migrazione delle hASC. Dopo le fasi di lavaggio, le hASC sono state selezionate grazie alla loro aderenza plastica senza digestione enzimatica. Le hASC isolate sono state coltivate con terreno integrato con lisato piastrinico umano privo di eparina al 5% e staccate con un sostituto della tripsina privo di animali. Seguendo le indicazioni delle buone pratiche di fabbricazione (GMP) sulla produzione di prodotti cellulari destinati alla terapia umana, non sono stati utilizzati antibiotici in alcun terreno di coltura.
Introduction
Negli ultimi decenni, la crescente domanda di trattamenti terapeutici innovativi ha dato luogo a notevoli sforzi e investimenti di risorse nel campo della medicina traslazionale1. I prodotti a base cellulare sono associati a rischi determinati dalla fonte cellulare, dal processo di produzione (isolamento, espansione o modificazione genetica) e dagli integratori non cellulari (enzimi, fattori di crescita, integratori di coltura e antibiotici) e questi fattori di rischio dipendono dalla specifica indicazione terapeutica. La qualità, la sicurezza e l’efficacia del prodotto finale potrebbero essere profondamente influenzate dagli elementi sopra indicati2. La terapia con cellule staminali richiede il rispetto dei principi di biosicurezza; I potenziali rischi di trasmissione patogena con prodotti di origine animale in coltura cellulare potrebbero essere problematici e la sperimentazione approfondita di qualsiasi prodotto introdotto nella fabbricazione è essenziale3.
Il metodo tradizionale per isolare le cellule staminali derivate dal tessuto adiposo umano (hASC) prevede una digestione enzimatica eseguita con collagenasi seguita da fasi di lavaggio attraverso la centrifugazione4. Mentre l’isolamento enzimatico è generalmente considerato più efficiente di altre tecniche meccaniche in termini di rese cellulari e vitalità, i componenti di origine animale utilizzati, come la collagenasi, sono considerati più che minimamente manipolati dalla Food and Drug Administration degli Stati Uniti. Ciò significa che vi è un rischio significativamente aumentato di reazioni immunitarie o di trasmissione di malattie, limitando così la traduzione della terapia con hASC in contesti clinici 5,6.
La digestione a base di tripsina è un altro protocollo enzimatico per isolare le ASC. Sono state descritte diverse tecniche con lievi modifiche in termini di concentrazione di tripsina, velocità di centrifugazione e tempo di incubazione. Sfortunatamente, questo metodo non è ben descritto e manca il confronto in letteratura, in particolare con i protocolli di isolamento meccanico7. Tuttavia, in termini di traducibilità dell’approccio, la tripsina presenta gli stessi inconvenienti della collagenasi.
Metodi di isolamento alternativi per ottenere ASC, basati su forze meccaniche e senza aggiunta enzimatica, comportano la centrifugazione ad alta velocità (800 x g o 1.280 x g, 15 min) dei frammenti di tessuto adiposo. Quindi, il pellet viene incubato con un tampone di lisi dei globuli rossi (5 min), seguito da un’altra fase di centrifugazione a 600 x g prima della risospensione in terreno di coltura. Nonostante un numero maggiore di cellule isolate nei primi giorni rispetto ai metodi di espianto, uno studio precedente ha mostrato una proliferazione inferiore o assente oltre la seconda settimana di coltura8.
Oltre a ciò, un’ulteriore manipolazione con mezzo aggiunto xenogenico, come il siero bovino fetale (FBS), che viene utilizzato come integratore del fattore di crescita per la coltura cellulare, è associata ad un aumentato rischio di reattività immunitaria ed esposizione a infezioni virali, batteriche o prioniche del paziente ospite 9,10. Reazioni immunitarie e sviluppo di rash orticariforme sono già stati descritti in soggetti trattati con diverse dosi di cellule staminali mesenchimali prodotte con FBS11. Inoltre, FBS è soggetta a variabilità da lotto a lotto, che può avere un impatto sulla qualità del prodotto finale12.
In conformità con le linee guida sulle buone pratiche di fabbricazione (GMP), la dissociazione enzimatica dei tessuti deve essere evitata e l’FBS deve essere sostituito con integratori privi di xenogenici. Questi passaggi, insieme a protocolli più affidabili e riproducibili, sono essenziali per supportare l’applicazione della terapia cellulare 3,13.
In questo contesto, il lisato piastrinico umano (hPL) è stato suggerito come sostituto di FBS poiché è un integratore privo di cellule, contenente proteine, arricchito con fattore di crescita, ed è stato precedentemente introdotto tra i prodotti cellulari di grado clinico come additivo del mezzo di crescita per la coltura cellulare in vitro el’espansione 14,15. Poiché l’hPL è un prodotto di derivazione umana, viene spesso utilizzato come sostituto dell’FBS durante la coltura in vitro di hASC destinate ad applicazioni cliniche, riducendo così i problemi relativi alle reazioni immunologiche e alle infezioni correlate alla traducibilità della FBS15,16.
Nonostante i maggiori costi di produzione, è già stato dimostrato che rispetto all’FBS, l’hPL supporta la vitalità cellulare per molti tipi cellulari, aumenta la proliferazione, ritarda la senescenza, assicura la stabilità genomica e conserva l’immunofenotipo cellulare anche nei passaggi cellulari tardivi; Tutti questi elementi supportano il passaggio a questo supplemento culturale11.
Lo scopo di questo lavoro era quello di sviluppare un protocollo standardizzato per isolare e coltivare hASC con un metodo completo privo di animali, senza modificare la fisiologia cellulare e le proprietà di staminalità rispetto alle classiche hASC coltivate con FBS (Figura 1).
Protocol
Representative Results
Discussion
Le cellule staminali derivate dall’adiposio hanno attirato l’interesse della ricerca traslazionale nell’ultimo decennio grazie alla loro abbondanza, ai metodi di isolamento rapidi e convenienti, all’alto tasso di proliferazione in vitro / in vivo e alle proprietà di staminalità / differenziazione18,19,20. Di conseguenza, le hASC sono considerate un ottimo candidato per le strategie basate sulle cellule nella …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gli autori non hanno riconoscimenti.
Materials
| 15 mL tubes | euroclone | et5015b | |
| anti-CD105 | BD Biosciences | BD560839 | |
| anti-CD34 | BD Biosciences | BD555821 | |
| anti-CD45 | BD Biosciences | BD555482 | |
| anti-CD73 | BD Biosciences | BD561254 | |
| autoMACS Rinsing Solution (FACS buffer) | Miltenyi | 130-091-222 | |
| BD Accuri C6 apparatus (flow cytometry instrument) | BD accuri | – | |
| Burker chamber | Blaubrand | 717810 | |
| Cell freezing container | corning | CLS432002 | |
| CellTiter 96 AQueous One Solution Cell Proliferation Assay | Promega | G3582 | |
| CoolCell Freezing container | Corning | CLS432002 | |
| Cryovials | clearline | 390701 | |
| Dimethyl sulfide | Sigma Aldrich | D2650-100mL | |
| disposabile blade scalpel | paragon | bs 2982 | |
| Dulbecco's Modified Eagle's Medium – high glucose | GIBCO | 11965092 | |
| Human Platelet Lysate FD (GMP grade) | Stemulate | PL-NH-500 | |
| Infinite F50 spectrophotometer | Tecan | – | |
| Optical microscope with 4x and 10x magnification objectives | Olympus | CKX41 | |
| Petri dish 10 cm | Greiner bio-one | 664160 | |
| Sterile scalpels | Reda | 07104-00 | |
| Sterile scissors | Bochem | 4071 | |
| Sterile tweezers | Bochem | 1152 | |
| Swinging bucket centrifuge | Sigma | 3-16K | |
| T25 flasks | Greiner bio-one | 6910170 | |
| TrypLe (animal free trypsin substitute) | GIBCO | 12604-013 |
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