تمایز استخوانی سلول های بنیادی مشتق از چربی انسانی در شرایط سه بعدی- مقایسه اسفروئیدها و داربست های پلی استیرن
تاریخ انتشار: یکشنبه 12 خرداد 1398
| امتیاز:
تکثیر و تمایز سلول های بنیادی مشتق از چربی(ADSCs) در شرایط آزمایشگاهی به طور معمول در محیط های دو بعدی(2D) انجام می گیرد. فرضیه مطالعه این بود که استفاده از شرایط کشت سه بعدی که که نیچ طبیعی سلول های بنیادی را تقلید می کنند، متعهد شدن استخوانی ADSCs را افزایش می دهد. بنابراین، ADSCهای انسانی در سیستم های کشت سه بعدی فقاد مواد زیست فعال کشت شدند: اسفروئیدها و داربست های پلی استیرن. فعالیت ALP (مارکری برای استخوان زایی اولیه) در اسفروئیدهای ADSC و ADSCهای کشت شده روی داربست های پلی استیرنی با کشت های دو بعدی مقایسه شدند. علاوه بر این، بیان ژن های مارکر استئوبلاستی Runx2، استریکس و سیالوپروتئین متصل شونده به اینتگرین IBSP به طور قابل توجهی در اسفروئیدها در مقایسه با داربست های پلی استیرنی و کشت های دو بعدی افزایش یافتند. سطح افزایش یافته RUNX2 و IBSP در اسفروئیدها در سطح پروتئینی به ترتیب بوسیله وسترن بلات و ایمنوفلورسنس ثابت شد. تولید مواد معدنی استخوانی در اسفروئیدها در مقایسه با داربست های پلی استیرنی و کشت های دو بعدی در روز 14 پایین تر بود. به طور جالب، تمایز آدیپوسیتی در اسفروئیدها در مقایسه با کشت های دو بعدی کاهش یافت. در نهایت، برای القای وقایع انتهایی تمایز، سلول ها بعد از 7 روز از اسفروئیدها در کشت پیش تمایزی استخوانی جداسازی شده و در کشت های دو بعدی در محیط بلوغ استئوبلاستی مجددا کشت شدند. بعد از یک دوره 14 روزه بلوغ، سلول ها مواد معدنی استخوانی و پروتئین استئوکلسین را تولید کردند که مارکرهای انتهایی استئوبلاستی هستند. مطالعه حاضر نشان داد که محیط سه بعدی محرک بیشتری را برای متعهد کردن ADSCها برای رده استخوانی ارائه می کند. علاوه بر این، داده های ارائه شده ممکن است زمانی که هدف طراحی پروتکل هایی برای آماده سازی ADSCها برای استفاده در بازسازی استخوانی در مطالعات بالینی است، ارزشمند باشند.
Eur Cell Mater. 2019 May 17;37:382-401. doi: 10.22203/eCM.v037a23.
Osteogenic differentiation of human adipose-derived stem cells in 3D conditions - comparison of spheroids and polystyrene scaffolds.
Rumiński S, Kalaszczyńska I, Długosz A, Lewandowska-Szumieł M1.
Abstract
Expansion and differentiation of adipose-derived stem cells (ADSCs) in vitro are routinely performed in two-dimensional (2D) environments. The study hypothesis was that the utilisation of three-dimensional (3D) culture conditions, mimicking the natural stem cell niche, might increase the osteogenic commitment of ADSCs. Therefore, human ADSCs were seeded in 3D culture systems lacking bioactive material components: spheroids and polystyrene scaffolds. ALP activity, a marker of early osteogenesis, was higher in ADSC spheroids and ADSC seeded on polystyrene scaffolds as compared to 2D cultures. Furthermore, the expression of the osteoblast marker genes Runt-related transcription factor 2 (RUNX2), osterix and integrin binding sialoprotein (IBSP) was significantly up-regulated in spheroids as compared to polystyrene scaffolds and 2D culture. Elevated levels of RUNX2 and IBSP in spheroids were confirmed at the protein level by Western blot and immunofluorescence, respectively. Bone mineral production was lower in spheroids than in polystyrene scaffolds and 2D culture at day 14. Curiously, adipocyte differentiation was downregulated in spheroids as compared to 2D-culture. Finally, to induce late differentiation events, cells were dissociated from spheroids after a 7 d osteogenic pre-differentiation culture and replated in 2D culture in osteoblast maturation medium. After a subsequent 14 d of maturation, cells produced bone mineral and osteocalcin proteins, which are late osteoblast markers. The present work showed that the 3D environment may provide additional stimuli for the commitment of ADSCs to the osteogenic lineage. Furthermore, the presented data may be valuable when designing protocols to prepare ADSCs for use in bone regeneration clinical studies.
PMID: 1099888