Isolamento delle cellule staminali mesenchimali del tessuto adiposo di ratto per la differenziazione in cellule produttrici di insulina
Summary
Le cellule staminali mesenchimali derivate dal tessuto adiposo (Ad-MSC) possono essere una potenziale fonte di MSC che si differenziano in cellule produttrici di insulina (IPC). In questo protocollo, forniamo passaggi dettagliati per l’isolamento e la caratterizzazione di Ad-MSC epididimali di ratto, seguiti da un protocollo semplice e breve per la generazione di IPC dallo stesso Rat Ad-MSCs.
Abstract
Le cellule staminali mesenchimali (MSC), in particolare quelle isolate dal tessuto adiposo (Ad-MSC), hanno guadagnato particolare attenzione come fonte rinnovabile e abbondante di cellule staminali che non pone alcuna preoccupazione etica. Tuttavia, i metodi attuali per isolare gli Ad-MSC non sono standardizzati e impiegano protocolli complicati che richiedono attrezzature speciali. Abbiamo isolato gli Ad-MSC dal grasso epididimale dei ratti Sprague-Dawley usando un metodo semplice e riproducibile. Le Ad-MSC isolate di solito compaiono entro 3 giorni dall’isolamento, poiché le cellule aderenti mostrano morfologia fibroblastica. Queste cellule raggiungono l’80% di confluenza entro 1 settimana dall’isolamento. Successivamente, al passaggio 3-5 (P3-5), è stata effettuata una caratterizzazione completa per le Ad-MSC isolate mediante immunofenotipizzazione per marcatori di superficie caratteristici del cluster di differenziazione MSC (CD) come CD90, CD73 e CD105, oltre a indurre la differenziazione di queste cellule lungo i lignaggi osteogenici, adipogenici e condrogeni. Questo, a sua volta, implica la multipotenza delle cellule isolate. Inoltre, abbiamo indotto la differenziazione delle Ad-MSC isolate verso il lignaggio delle cellule produttrici di insulina (IPC) attraverso un protocollo semplice e relativamente breve incorporando il mezzo Eagle modificato di Dulbecco ad alto contenuto di glucosio (HG-DMEM), β-mercaptoetanolo, nicotinamide ed exendin-4. La differenziazione degli IPC è stata valutata geneticamente, in primo luogo, misurando i livelli di espressione di specifici marcatori a cellule β come MafA, NKX6.1, Pdx-1 e Ins1, nonché la colorazione del ditizone per gli IPC generati. In secondo luogo, la valutazione è stata effettuata anche funzionalmente mediante un test di secrezione di insulina stimolata dal glucosio (GSIS). In conclusione, gli Ad-MSC possono essere facilmente isolati, esibendo tutti i criteri di caratterizzazione MSC, e possono effettivamente fornire un’abbondante fonte rinnovabile di IPC in laboratorio per la ricerca sul diabete.
Introduction
Le cellule staminali mesenchimali (MSC), note anche come cellule stromali mesenchimali, sono tra i tipi di cellule più utilizzati per la medicina rigenerativa 1,2. Sono classificate come cellule staminali adulte e caratterizzate da potenziale di differenziazione multilineare e capacità di auto-rinnovamento3. Le MSC possono essere isolate e ottenute da varie fonti, tra cui tessuto adiposo, midollo osseo, sangue periferico, tessuto e sangue del cordone ombelicale, follicoli piliferi e denti 4,5.
L’isolamento delle cellule staminali dal tessuto adiposo è visto come attraente e promettente grazie al loro facile accesso, alla rapida espansione in vitro e all’alta resa6. Le cellule staminali mesenchimali derivate dal tessuto adiposo (Ad-MSC) possono essere isolate da diverse specie come esseri umani, bovini, topi, ratti e, più recentemente, capre7. È stato dimostrato che gli Ad-MSC sono ora potenziali candidati per l’ingegneria tissutale e la terapia genica / cellulare che possono anche essere utilizzati per sviluppare un’alternativa autologa per la riparazione a lungo termine di lesioni o difetti dei tessuti molli 7,8.
L’International Society for Cell and Gene Therapy (ISCT) ha definito tre criteri minimi che devono essere esibiti dalle MSC per la caratterizzazione completa9. In primo luogo, devono essere aderenti alla plastica. In secondo luogo, le MSC dovrebbero esprimere marcatori di superficie delle cellule staminali mesenchimali come CD73, CD90 e CD105 e mancare di espressione dei marcatori ematopoietici CD45, CD34, CD14 o CD11b, CD79α o CD19 e HLA-DR. Infine, le MSC dovrebbero mostrare la capacità di differenziarsi nei tre lignaggi mesenchimali: adipociti, osteociti e condrociti. È interessante notare che le MSC possono anche differenziarsi in altri lignaggi come cellule neuronali, cardiomiociti, epatociti e cellule epiteliali 10,11.
Infatti, le MSC possiedono proprietà uniche che consentono loro di essere applicate come potenziali agenti terapeutici nella terapia rigenerativa per diverse malattie. Le MSC possono secernere fattori solubili per indurre un ambiente immunomodulatore che fornisce benefici terapeutici12. Inoltre, le MSC possono migrare verso siti di lesioni e microambienti tumorali per fornire una terapia mirata; tuttavia, i meccanismi non sono completamente chiariti13. Inoltre, le MSC hanno la capacità di secernere esosomi, vescicole extracellulari su scala nanometrica che trasportano un carico di RNA non codificanti, proteine e fattori solubili, che ultimamente sono emersi come un nuovo meccanismo del potenziale terapeutico delle MSC in varie malattie14.
Ancora più importante, le MSC hanno generato una notevole attenzione per il loro potenziale di differenziazione in cellule produttrici di insulina (IPC), sia mediante modificazione genetica15,16 o attraverso l’utilizzo di vari fattori estrinseci all’interno dei terreni di coltura in vitro17. Il periodo di induzione IPC varia notevolmente, in quanto dipende dal protocollo di induzione utilizzato e dai fattori estrinseci utilizzati. Il processo di differenziazione può durare da giorni a mesi e richiede una combinazione di fattori che inducono esogeni che devono essere aggiunti e / o ritirati in diverse fasi. Molti di questi fattori che sono stati utilizzati per il differenziamento pancreatico endocrino sono composti biologicamente attivi che hanno dimostrato di promuovere la proliferazione o differenziazione/neogenesi delle cellule β secernenti insulina e/o aumentare il contenuto di insulina delle IPC 18,19,20,21. È interessante notare qui che le MSC sono state anche segnalate per avere effetti terapeutici nel diabete e nelle sue complicanze attraverso diversi meccanismi, incluso il loro secretoma, così come una vasta gamma di azioni immuno-modulatorie 22,23,24.
In questo protocollo, presentiamo un protocollo graduale dettagliato per l’isolamento e la caratterizzazione di Ad-MSC da grasso epididimale di ratto, seguito da un protocollo semplice e relativamente breve per la generazione di IPC da Ad-MSC.
Protocol
Representative Results
Discussion
In questo protocollo, siamo riusciti a presentare un protocollo dettagliato per l’isolamento di Ad-MSC dal grasso epididimale di ratto e la differenziazione di questi Ad-MSC in IPC. Infatti, il grasso epididico di ratto è una fonte facilmente raggiungibile di tessuto adiposo per ottenere Ad-MSC e non richiede alcuna attrezzatura speciale, né per la raccolta né per la lavorazione 15,26,27. Gli Ad-MSC isolati hanno mostrato un’…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Riconosciamo il Dr. Rawda Samir Mohamed, MSc, Specialista Veterinario, Facoltà di Farmacia, Università Britannica d’Egitto (BUE) per aver aiutato con la dissezione dei ratti.
Vorremmo anche riconoscere e apprezzare gli sforzi della Facoltà di Comunicazione di Massa, The British University in Egypt (BUE) per la produzione e l’editing del video di questo manoscritto.
Vorremmo ringraziare Miss Fatma Masoud, MSc, Assistant Lecturer of English, The British University in Egypt (BUE) per la revisione e la correzione di bozze in lingua inglese del manoscritto.
Questo lavoro è stato parzialmente finanziato dal Center for Drug Research and Development (CDRD), Facoltà di Farmacia, The British University in Egypt (BUE), Cairo, Egitto.
Materials
| Albumin, bovine serum Fraction V | MP Biomedicals | ||
| Alcian Blue 8GX | Sigma-Aldrich, USA | A3157 | |
| Alizarin Red S | Sigma-Aldrich, USA | A5533 | |
| Ammonium hydroxide | Fisher Scientific, Germany | ||
| Antibody for Rat CD90, FITC | Stem Cell Technologies | 60024FI | |
| Bovine serum albumin | Sigma Aldrich | A3912 | |
| Calcium Chloride | Fisher Scientific, Germany | ||
| CD105 Monoclonal Antibody, FITC | Thermo Fisher Scientific, Invitrogen, USA | MA1-19594 | |
| CD34 Polyclonal Antibody | Thermo Fisher Scientific, Invitrogen, USA | PA5-85917 | |
| Chloroform | Fisher Scientific, USA | ||
| Collagenase type I, powder | Gibco, Thermo Fisher, USA | 17018029 | |
| D-Glucose anhydrous, extra pure | Fisher Scientific, Germany | G/0450/53 | |
| Dimethyl sulfoxide (DMSO) | Fisher Scientific, Germany | BP231-100 | |
| Dithizone staining | Sigma-Aldrich, USA | D5130 | |
| DMEM – High Glucose 4.5 g/L | Lonza, Switzerland | 12-604F | |
| DMEM – Low Glucose 1 g/L | Lonza, Switzerland | 12-707F | |
| DMEM/F12 medium | Lonza, Switzerland | BE12-719F | |
| DNAse/RNAse free water | Gibco Thermo Fisher, USA | 10977-035 | |
| Ethanol absolute, Molecular biology grade | Sigma-Aldrich, Germany | 24103 | |
| Exendin-4 | Sigma-Aldrich, Germany | E7144 | |
| Fetal Bovine Serum (FBS) | Gibco Thermo Fisher, Brazil | 10270-106 | |
| Formaldehyde 37% | Fisher Scientific | ||
| Hydrochloric acid (HCl) | Fisher Scientific, Germany | ||
| Isopropanol, Molecular biology grade | Fisher Scientific, USA | BP2618500 | |
| L-Glutamine | Gibco Thermo Fisher, USA | 25030-024 | |
| Magnesium Chloride (Anhydrous) | Fisher Scientific, Germany | ||
| Mesenchymal Stem Cell Functional identification kit | R&D systems Inc., MN, USA | SC006 | |
| Nicotinamide | Sigma-Aldrich, Germany | N0636 | |
| Oil Red Stain | Sigma-Aldrich, USA | O0625 | |
| Penicillin-Streptomycin-Amphotericin | Gibco Thermo Fisher, USA | 15240062 | |
| Phosphate buffered saline, 1X, without Ca/Mg | Lonza, Switzerland | BE17-516F | |
| Potassium Chloride | Fisher Scientific, Germany | ||
| Rat Insulin ELISA Kit | Cloud-Clone Corp., USA | CEA682Ra | |
| Sodium Bicarbonate | Fisher Scientific, Germany | ||
| Sodium Chloride | Fisher Scientific, Germany | ||
| Sodium Phosphate Dibasic (Anhydrous) | Fisher Scientific, Germany | ||
| Sodium Phosphate Monobasic (Anhydrous) | Fisher Scientific, Germany | ||
| SYBR Green Maxima | Thermo Scientific, USA | K0221 | |
| Syringe filter, 0.2 micron | Corning, USA | 431224 | |
| TRIzol | Thermo Scientific, USA | 15596026 | |
| Trypan blue | Gibco Thermo Fisher, USA | 15250061 | |
| Trypsin-Versene-EDTA, 1X | Lonza, Switzerland | CC-5012 | |
| Verso cDNA synthesis kit | Thermo Scientific, USA | AB-1453/A | |
| β-mercaptoethanol | Sigma-Aldrich, Germany | M3148 |
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