Mesenchymal stem cells are usually obtained from bone marrow and require expansion culture. When samples clot before processing, a protocol using the (enzymatic) thrombolytic drug urokinase can be applied to degrade the clot. Thus, cells are released and available for expansion culture. This protocol provides a rapid and inexpensive alternative to resampling.
Mesenchymal stem cells (MSCs) – usually obtained from bone marrow – often require expansion culture. Our protocol uses clinical grade urokinase to degrade clots in the bone marrow and release MSCs for further use. This protocol provides a rapid and inexpensive alternative to bone marrow resampling. Bone marrow is a major source of MSCs, which are interesting for tissue engineering and autologous stem cell therapies. Upon withdrawal bone marrow may clot, as it comprises all of the hematopoietic system. The resulting clots contain also MSCs that are lost for expansion culture or direct stem cell therapy. We experienced that 74% of canine bone marrow samples contained clots and yielded less than half of the stem cell number expected from unclotted samples. Thus, we developed a protocol for enzymatic digestion of those clots to avoid labor-intense and costly bone marrow resampling. Urokinase – a clinically approved and readily available thrombolytic drug – clears away the bone marrow clots almost completely. As a consequence, treated bone marrow aspirates yield similar numbers of MSCs as unclotted samples. Also, after urokinase treatment the cells kept their metabolic activity and the ability to differentiate into chondrogenic, osteogenic and adipogenic lineages. Our protocol salvages clotted blood and bone marrow samples without affecting the quality of the cells. This obsoletes resampling, considerably reduces sampling costs and enables the use of clotted samples for research or therapy.
Mesenchymale Stammzellen (MSCs) spielen eine wichtige Rolle in der regenerativen Medizin und des Tissue Engineering. Sie können Migration, Differenzierung in verschiedene Zelltypen 1 und einprägen, die ihnen die idealen Kandidaten für autologe Therapien 2,3 macht. In letzter Zeit, klinischen Studien mit MSCs für Knochen- und Knorpelreparatur, Graft-versus-Host-Erkrankung oder Herzerkrankung wurden eingeführt 4. Diese MSCs aus der Nabelschnur oder Fettgewebe gewonnen werden, sondern die vielversprechendsten Ergebnisse wurden aus dem Knochenmark stammenden Stammzellen 5 erhalten.
Der Beckenkamm ermöglicht, eine beträchtliche Menge von Knochenmark gesammelt und dient daher als Hauptstelle der Aspiration 6. Die Qualität des Aspirat nimmt jedoch mit zunehmendem Volumen von Knochenmark entnommen. Während die ersten 5 ml Knochenmarkaspirat enthält MSCs von hoher Qualität, Entzug von größeren Mengen führt zu einer Verwässerung des absaugen mit peripheren Blut fROM Die gefäßKnochen 7. Aufgrund der gegenwärtigen Megakaryozyten-Plättchen sind Knochenmarkaspiraten anfällig für die Blutgerinnung, es sei denn, Antikoagulanzien eingesetzt werden. Aber auch mit Antikoagulantien kann Blutgerinnsel auftreten.
Im Knochenmark-MSCs stellen nur einen kleinen Anteil der Gesamtzellpool 8 und haben in Kultur für die meisten Gewebezüchtung oder therapeutische Anwendungen 4 erweitert werden. Die Qualität einer solchen Kultur hängt weitgehend von der ursprünglichen Zellpool, dh., Vielfalt und eine hohe Startnummer 9. Niedrige Werte von MSCs aus Entnahmen kann teilweise durch Spendervariabilität erklärt werden. Auf der anderen Seite, MSCs von niedriger Qualität Proben erfordern längere Zeit in der Kultur und erweitert Passage, um die gewünschte Anzahl von Zellen zu erreichen. In jedem Fall ist verlängert Passagierung eine Quelle von Zellalterung und kann zum Verlust der Differenzierungspotential 10 führen. Daher optimierte Protokolle, Zell y maximieren könnenield und verhindert nachteilige Effekte entwickelt 11,12 werden müssen.
Als wir begannen, mit Hunde-MSCs zu arbeiten, waren wir erstaunt zu sehen, dass etwa drei von vier Hundeknochenmarkproben enthalten Blutgerinnsel, während glücklicherweise geronnen Humanproben (jede zehnte) wurden weniger häufig. Auf der anderen Seite war es keine Überraschung, dass wir viel niedrigeren Renditen von MSCs aus geronnenen Proben beobachtet. Um die wiederkehrende Frage der geronnenen Proben zu lösen, haben wir das Protokoll entwickelt, mit dem Thrombolytikum Urokinase anstelle von Resampling.
Thrombolytische Therapien lebensbedrohlichen Situationen wie Verschluss von Blutgefäßen verursacht Herzinfarkt, Schlaganfall oder Embolien aufgrund unerwünschter Blutgerinnung entgegenwirken. Sie wirken, indem sie den Abbau der Thromben durch enzymatische Spaltung von Fibrin durch Plasmin und Enzym Plasminogenaktivatoren. Trotz der breiten Verwendung zur Behandlung von Patienten, existieren nur sehr wenige Veröffentlichungen, die verwendet thrombolytischen Aktivitätenfür Laboranwendungen bis geronnenen Proben zu retten, vor allem mit Schwerpunkt auf Lymphozyten. 1987 Nikus et al. beschrieben die Verwendung von Streptokinase zur Auflösung von Blutgerinnseln, was zu Funktions Lymphozyten 13 und vier Jahre später, De Vis et al. erweitert die Verwendung von Streptokinase Leukämiezellen aus Blut und Knochenmark für die Durchflusszytometrie-Anwendungen 14 zu isolieren. Eine neuere Veröffentlichung schlägt die Verwendung von Alteplase für die Krebsdiagnostik 15. Während der Verwendung des gleichen Enzym Ansatz konzentriert sich unser Protokoll für die Isolierung von multi MSCs Form Knochenmark, um ein Werkzeug für Forscher in der Stammzell-Bereich bieten.
Routinemäßig wir probieren Knochenmark, während der Patient in der Chirurgie (in unserem Fall vor allem Wirbelsäulenchirurgie), mit dem Vorteil, dass nur wenig zusätzliche Arbeit muss durch das Personal im Operationssaal durchgeführt werden. Auch wenn die Proben mit Natriumcitrat sofort nach Entnahme gemischt wurden viele Proben teilweise geronnen, wenn sie im Labor zur Verarbeitung angekommen. Zu diesem Zeitpunkt würde Resampling zu Clotted Exemplare zu ersetzen eine separate zusätzliche Intervention erforderli…
The authors have nothing to disclose.
This work was supported by the Swiss National Foundation Grant CR3I3_140717/1 and the Swiss Paraplegic Foundation.
Basal Medium Components | ||
PenStrep 100X | Gibco | 15140122 |
Human FGF-basic | Peprotech | 100-18B |
MEM Alpha w/ Nucleoside, w/ stable Glutamine | Amimed | 1-23S50-I |
FBS Heat Inactivated | Amimed | 2-01F36-I |
Amphotericin B | Applichem | A1907 |
Adipogenic Medium Components | ||
DMEM-HAM F12 + GlutaMAX | Amimed | 1-26F09-I |
Insulin | Sigma | I5500 |
Rabbit serum | Gibco | 16120099 |
Dexamethasone | Applichem | D4902 |
3-Isobutyl-1-methylxanthine | Sigma | I5879 |
Biotin | Sigma | B4639 |
Rosiglitazone | Sigma | R2408 |
Pantothenate | Sigma | P5155 |
Oil Red-O | Sigma | O0625 |
Osteogenic Medium Components | ||
L-ascorbic acid 2-phosphate | Sigma | A8960 |
ß-glycerophosphate | Sigma | G9422 |
Silver nitrate (AgNO3) | Sigma | S6506 |
Chondrogenic Medium Components | ||
Biopad – sponge shaped medical device | Euroresearch | |
L-proline | Sigma | P5607 |
Insulin-Transferrin-Selenium X | Gibco | 51500056 |
Human transforming growth factor-β1 | Peprotech | 100-21 |
Alcian Blue 8GX | Sigma | A3157 |
Nuclear fast red | Sigma | N8002 |
Generic | ||
Tri-Sodium citrate dihydrate | Applichem | A3901 |
PBS | Applichem | 964.9100 |
Urokinase | Medac | 1976826 |
0.5% Trypsin-EDTA | Gibco | 15400054 |
Giemsa stain | Applichem | A0885 |
Formaldehyde | Applichem | A0877 |
Sulfuric acid (H2SO4) | Applichem | A0655 |
Dimethyl sulfoxide (DMSO) | Applichem | A1584 |
Magnesium chloride (MgCl2) | Applichem | A3618 |
Guanidine hydrochloride | Applichem | A1499 |
Consumables | ||
50 mL reaction tube | Axygen | SCT-50ML-25-S |
10 mL syringe | Braun | 4606108V |
Sterican needle (22G) | Braun | 4657624 |
1.7 mL Microtubes | Brunschwig | MCT-175-C |
100 μm cell strainer | Falcon | 6.05935 |
sterile forceps | Bastos Viegas, SA | 489-001 |
sterile scalpel | Braun | 5518059 |
Primaria cell cuture dish | Falcon | 353803 |
C-Chip Neubauer Improved | Bioswisstech | 505050 |
cell culture flask – Flask T300 | TPP | 90301 |
Equipment | ||
Microbiological biosafety cabinet class II | Skan | 82011500 |
water bath | Memmert | 1305.0377 |
Stripettes Serological Pipette 5ml | Corning | 4487-200ea |
microscope | Olympus | CKX41 |
humidified incubator Heracells 240 | Thermo scientific | 51026331 |
Heraeus Multifuge 1S-R | Thermo scientific | 75004331 |