RU2793462C1 - Method of cell-engineering construct sample preparation based on polylactic acid and eukaryotic cell culture for histological analysis - Google Patents
Method of cell-engineering construct sample preparation based on polylactic acid and eukaryotic cell culture for histological analysis Download PDFInfo
- Publication number
- RU2793462C1 RU2793462C1 RU2022117169A RU2022117169A RU2793462C1 RU 2793462 C1 RU2793462 C1 RU 2793462C1 RU 2022117169 A RU2022117169 A RU 2022117169A RU 2022117169 A RU2022117169 A RU 2022117169A RU 2793462 C1 RU2793462 C1 RU 2793462C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cell
- histological
- cell culture
- sample
- polylysine
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 73
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 229920000747 poly(lactic acid) Polymers 0.000 title claims abstract description 23
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 239000004626 polylactic acid Substances 0.000 title claims abstract description 11
- 210000003527 eukaryotic cell Anatomy 0.000 title claims abstract description 8
- 238000004113 cell culture Methods 0.000 title abstract description 28
- 108010039918 Polylysine Proteins 0.000 claims abstract description 21
- 229920000656 polylysine Polymers 0.000 claims abstract description 21
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims abstract description 11
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims abstract description 11
- YQGOJNYOYNNSMM-UHFFFAOYSA-N eosin Chemical compound [Na+].OC(=O)C1=CC=CC=C1C1=C2C=C(Br)C(=O)C(Br)=C2OC2=C(Br)C(O)=C(Br)C=C21 YQGOJNYOYNNSMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000000495 cryogel Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000010186 staining Methods 0.000 claims description 17
- 238000007710 freezing Methods 0.000 claims description 13
- 230000008014 freezing Effects 0.000 claims description 13
- 230000001744 histochemical effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 abstract description 28
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 abstract description 27
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 abstract description 21
- 230000035755 proliferation Effects 0.000 abstract description 7
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 abstract description 4
- 230000003834 intracellular effect Effects 0.000 abstract description 4
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 abstract description 2
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000002045 capillary electrochromatography Methods 0.000 abstract 1
- 208000015636 celiac disease-epilepsy-cerebral calcification syndrome Diseases 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 102100038777 Protein capicua homolog Human genes 0.000 description 37
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 18
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 18
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 17
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 11
- 238000004624 confocal microscopy Methods 0.000 description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 description 10
- CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N O-Xylene Chemical compound CC1=CC=CC=C1C CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000008096 xylene Substances 0.000 description 9
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 8
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 8
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 description 7
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 6
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 6
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 6
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 230000004663 cell proliferation Effects 0.000 description 4
- 238000004040 coloring Methods 0.000 description 4
- 238000010562 histological examination Methods 0.000 description 4
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 4
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 4
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 3
- 241000700159 Rattus Species 0.000 description 3
- 238000010171 animal model Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 3
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 3
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 3
- 238000009966 trimming Methods 0.000 description 3
- 230000035899 viability Effects 0.000 description 3
- FWBHETKCLVMNFS-UHFFFAOYSA-N 4',6-Diamino-2-phenylindol Chemical compound C1=CC(C(=N)N)=CC=C1C1=CC2=CC=C(C(N)=N)C=C2N1 FWBHETKCLVMNFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WZUVPPKBWHMQCE-UHFFFAOYSA-N Haematoxylin Chemical compound C12=CC(O)=C(O)C=C2CC2(O)C1C1=CC=C(O)C(O)=C1OC2 WZUVPPKBWHMQCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000251539 Vertebrata <Metazoa> Species 0.000 description 2
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 2
- 229920002988 biodegradable polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000004621 biodegradable polymer Substances 0.000 description 2
- 210000002798 bone marrow cell Anatomy 0.000 description 2
- 210000003850 cellular structure Anatomy 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 2
- 239000013081 microcrystal Substances 0.000 description 2
- 238000000386 microscopy Methods 0.000 description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 2
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 210000002966 serum Anatomy 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 230000017423 tissue regeneration Effects 0.000 description 2
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 2
- 108091003079 Bovine Serum Albumin Proteins 0.000 description 1
- 239000004971 Cross linker Substances 0.000 description 1
- 238000000116 DAPI staining Methods 0.000 description 1
- 239000006144 Dulbecco’s modified Eagle's medium Substances 0.000 description 1
- 102000010834 Extracellular Matrix Proteins Human genes 0.000 description 1
- 108010037362 Extracellular Matrix Proteins Proteins 0.000 description 1
- 101000738771 Homo sapiens Receptor-type tyrosine-protein phosphatase C Proteins 0.000 description 1
- 101000800116 Homo sapiens Thy-1 membrane glycoprotein Proteins 0.000 description 1
- 102100037422 Receptor-type tyrosine-protein phosphatase C Human genes 0.000 description 1
- 102100033523 Thy-1 membrane glycoprotein Human genes 0.000 description 1
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 description 1
- 229940088710 antibiotic agent Drugs 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 1
- 230000003115 biocidal effect Effects 0.000 description 1
- 238000006065 biodegradation reaction Methods 0.000 description 1
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 1
- 210000001185 bone marrow Anatomy 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 210000000845 cartilage Anatomy 0.000 description 1
- 210000003855 cell nucleus Anatomy 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000012258 culturing Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 210000002744 extracellular matrix Anatomy 0.000 description 1
- 239000012091 fetal bovine serum Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000003035 hyaline cartilage Anatomy 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002595 magnetic resonance imaging Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 1
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 description 1
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001575 pathological effect Effects 0.000 description 1
- 230000003169 placental effect Effects 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 229960005322 streptomycin Drugs 0.000 description 1
- 238000004018 waxing Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к биологии, а именно к гистологии и может быть использовано в регенеративной медицине при разработке клеточно-инженерных конструкций (КИК) на основе полимерного скаффолда из полимолочной кислоты (ПМК) и культуры эукариотических клеток при проведении экспериментов in vitro и in vivo.The invention relates to biology, namely to histology, and can be used in regenerative medicine in the development of cell engineering structures (CECs) based on a polylactic acid (PLA) polymer scaffold and a eukaryotic cell culture during in vitro and in vivo experiments.
В настоящее время для замещения дефектов тканей и органов активно развивается тканевая инженерия, которая позволяет заместить поврежденный участок клеточно-инженерной конструкцией на основе биодеградируемого полимерного скаффолда и клеточной культуры, тем самым восстановить функциональность этой области. В качестве полимерного носителя часто используется биодеградируемый полилактид, который в настоящее время считается «золотым стандартом» скаффолда из-за своей безопасности для организма реципиента, биодеградируемости, а также возможности воспроизведения заданных характеристик 3D внутренней структуры, что обеспечивает поддержание жизнеспособности и пролиферации клеточной культуры. Одним из достоинств полилактида является его экономическая доступность.Currently, tissue engineering is being actively developed to replace defects in tissues and organs, which makes it possible to replace the damaged area with a cell-engineered structure based on a biodegradable polymer scaffold and cell culture, thereby restoring the functionality of this area. Biodegradable polylactide is often used as a polymer carrier, which is currently considered the "gold standard" of scaffold due to its safety for the recipient's body, biodegradability, and the ability to reproduce the specified characteristics of the 3D internal structure, which ensures the maintenance of viability and proliferation of cell culture. One of the advantages of polylactide is its economic availability.
Клеточно-инженерные конструкции (КИК) используются в ограниченной клинической практике. Для улучшения характеристик КИК в настоящее время проводятся широкие экспериментальные исследования in vivo на лабораторных животных, что описано в работах Fioretta E., von Boehmer L., Motta S., Lintas V., Hoerstrup S., Emmert M. [1] и Li Ming, Yuan Zhipeng, Yu Fei, Rao Feng, Weng Jian, Jiang Baoguo, Wen Yongqiang , Zhang Peixun. [2]. Основной целью экспериментов in vivo является оценка реакций перифокальных тканей на имплантацию КИК и процесс биодеградации скаффолда. Для этого используют клинические (оценка подвижности в суставе), лучевые (магнитно-резонансная томография) и микроскопические методы исследований (сканирующая электронная микроскопия, гистология).Cell-engineered constructs (CECs) are used in limited clinical practice. To improve the characteristics of CIC, extensive experimental studies are currently being carried out in vivo on laboratory animals, as described in the works of Fioretta E., von Boehmer L., Motta S., Lintas V., Hoerstrup S., Emmert M. [1] and Li Ming, Yuan Zhipeng, Yu Fei, Rao Feng, Weng Jian, Jiang Baoguo, Wen Yongqiang, Zhang Peixun. [2]. The main goal of in vivo experiments is to evaluate the responses of perifocal tissues to CEC implantation and scaffold biodegradation. For this, clinical (assessment of mobility in the joint), radiation (magnetic resonance imaging) and microscopic research methods (scanning electron microscopy, histology) are used.
Наиболее широко используемым является классическое гистологическое исследование с проводкой исследуемых блоков тканей по различным реагентам, изготовлением парафиновых блоков и последующей депарафинизацией перед окраской, в том числе с применением гистохимических методик. Исследования области дефекта с помощью гистологических методов позволяют оценить биосовместимость разрабатываемой КИК с окружающими тканями и изучить динамику перифокальных реакций тканей.The most widely used is the classical histological examination with the posting of the studied tissue blocks for various reagents, the manufacture of paraffin blocks and subsequent deparaffinization before staining, including the use of histochemical techniques. Studies of the defect area using histological methods make it possible to assess the biocompatibility of the developed CEC with surrounding tissues and to study the dynamics of perifocal tissue reactions.
Перед проведением эксперимента на лабораторных животных, проводят исследования in vitrо. Микроскопия препаратов КИК позволяет оценить характеристики получившегося биомедицинского клеточного продукта, в том числе изучить глубину заселенности скаффолда, количество и жизнеспособность клеток. Однако известные классические гистологические методы в некоторых случаях не подходят для анализа КИК на основе полимерных носителей - как in vitro, так и in vivo, так как в процессе гистологической пробоподготовки полимерный носитель может деградировать и растворяться, что описано в методах Teixeira, S., Eblagon, K.M., Miranda, F., Pereira, M.F.R., Figueiredo [3] и I. -Franco, F., Auras, R., Burgess, G., Holmes, D., Fang, X., Rubino, M., Soto-Valdez H. [4].Before conducting an experiment on laboratory animals, in vitro studies are carried out. Microscopy of CEC preparations makes it possible to evaluate the characteristics of the resulting biomedical cell product, including studying the depth of scaffold occupancy, the number and viability of cells. However, the well-known classical histological methods in some cases are not suitable for the analysis of CICs based on polymer carriers - both in vitro and in vivo , since the polymer carrier can degrade and dissolve during histological sample preparation, which is described in the methods of Teixeira, S., Eblagon , KM, Miranda, F., Pereira, MFR, Figueiredo [3] and I. -Franco, F., Auras, R., Burgess, G., Holmes, D., Fang, X., Rubino, M., Soto-Valdez H. [4].
Помимо классического гистологического подхода, связанного с процессом изготовления парафиновых блоков и последующей депарафинизации, применяется методика, основанная на получении криосрезов при низких температурах. В настоящее время метод криосрезов широко применяется для изучения КИК.In addition to the classical histological approach associated with the process of manufacturing paraffin blocks and subsequent deparaffinization, a technique based on obtaining cryosections at low temperatures is used. At present, the cryosectioning method is widely used to study CFCs.
Одним из важных свойств для успешного получения криосрезов является адгезионная способность предметного стекла. Это связано с тем, что в процессе окраски гистологического криосреза необходимо исключить отслоение образца от поверхности стекла. Для этих целей применяются специализированные предметные стекла с покрытием из полилизина. Однако даже в этом случае работа по изготовлению криосрезов КИК требует особых навыков, подбора параметров и специализированных стекол.One of the important properties for the successful production of cryosections is the adhesive ability of the glass slide. This is due to the fact that in the process of staining the histological cryosection, it is necessary to exclude the detachment of the sample from the glass surface. For these purposes, specialized glass slides coated with polylysine are used. However, even in this case, the production of CIC cryosections requires special skills, selection of parameters, and specialized glasses.
Аналогом нашей методики является последовательность действий, описанная в патенте Brekke, John H. (Duluth, MN) [5]. Эта методика использует только сканирующую электронную микроскопию и не позволяет получать данные о внутренних слоях области регенерата и созданной КИК. Несмотря на простоту использования и гарантированную результативность получения объектов исследования, данный метод имеет существенные ограничения. Представленная методика не может ответить на вопрос о принадлежности отдельных клеточных элементов. Методика, описанная в патенте, не может применяться для анализа эффективности применения КИК, так как в ней не представлена методология приготовления гистологических препаратов, а указан только метод сканирующей электронной микроскопии (СЭМ).An analogue of our methodology is the sequence of actions described in the Brekke, John H. (Duluth, MN) patent [5]. This technique uses only scanning electron microscopy and does not allow obtaining data on the inner layers of the regenerate area and the created CIC. Despite the ease of use and the guaranteed effectiveness of obtaining research objects, this method has significant limitations. The presented method cannot answer the question about the belonging of individual cellular elements. The technique described in the patent cannot be used to analyze the effectiveness of CEC, since it does not present the methodology for preparing histological preparations, but only the method of scanning electron microscopy (SEM) is indicated.
Принципиально другой является методика, описанная в патенте (Estes, Bradley T. (Durham, NC, US) Moutos, Franklin Thomas (Raleigh, NC, US) Guilak, Farshid (Durham, NC, US), [6]. В патенте приведено описание приготовления классических гистологических препаратов. Представленный способ позволяет получать гистологические срезы области регенерата и созданной КИК путем создания классических парафиновых блоков, последующей депарафинизации и гистологической проводки срезов. Однако, последовательность действий, описанная в данном методе, не приводит конкретных параметров приготовления гистологических препаратов, изготовления блоков и методики окраски.Fundamentally different is the technique described in the patent (Estes, Bradley T. (Durham, NC, US) Moutos, Franklin Thomas (Raleigh, NC, US) Guilak, Farshid (Durham, NC, US), [6]. description of the preparation of classical histological preparations.The presented method allows obtaining histological sections of the regenerated area and the created CFC by creating classical paraffin blocks, subsequent deparaffinization and histological posting of sections.However, the sequence of actions described in this method does not provide specific parameters for the preparation of histological preparations, the manufacture of blocks and coloring techniques.
Известен способ, включающий в себя классическую гистологию и описывающий конкретные этапы приготовления гистологических срезов, который был разработан в 2013 году. В этой методике, предложенной группой исследователей под руководством James W Edinger [7], также используют последовательное приготовление гистологических препаратов с изготовлением парафиновых блоков и последующей депарафинизацией, нарезкой и окраской гистологических срезов. Преимуществом этой методики является возможность гистохимической окраски среза ткани с КИК. Существенными недостатками данной методики являются: возможность деградация носителя в процессе депарафинизации и отсутствие точного описания полимерного скаффолда; не показана возможность получения микропрепаратов срезов КИК до имплантации и после нее.A method is known that includes classical histology and describes the specific steps in the preparation of histological sections, which was developed in 2013. This technique, proposed by a group of researchers led by James W Edinger [7], also uses sequential preparation of histological preparations with the preparation of paraffin blocks and subsequent deparaffinization, cutting and staining of histological sections. The advantage of this technique is the possibility of histochemical staining of the tissue section with CIC. Significant disadvantages of this technique are: the possibility of carrier degradation during deparaffinization and the lack of an accurate description of the polymer scaffold; the possibility of obtaining micropreparations of CEC sections before and after implantation is not shown.
Часть недостатков вышеописанных методов была устранена в работе Pathak, Chandrashekhar P. и Thigle, Sanjay M. [6]. В предложеннойой авторами методике подробно описан принципиально похожий метод стандартной гистологической проводки и одновременно указана теоретическая возможность частичной деградации полимерного носителя. Дополнительным преимуществом этой методики является одновременная шоковая заморозка скаффолда. Однако предложенная методика также имеет существенные недостатки. Например, авторы не указали на возможность получения микропрепаратов срезов нативного скаффолда или готовой КИК без имплантации животным. Дополнительным недостатком является использование спиртов при гистологической проводке, которые нарушают структуру полимера и (или) целой КИК. Отдельно следует отметить сложность фиксации среза полимера с клетками на поверхности предметного стекла, что создает трудности на этапе окраски гистологического среза.Some of the shortcomings of the above methods were eliminated in the work of Pathak, Chandrashekhar P. and Thigle, Sanjay M. [6]. In the method proposed by the authors, a fundamentally similar method of standard histological wiring is described in detail and at the same time the theoretical possibility of partial degradation of the polymer carrier is indicated. An additional advantage of this technique is the simultaneous shock freezing of the scaffold. However, the proposed method also has significant drawbacks. For example, the authors did not indicate the possibility of obtaining micropreparations of native scaffold sections or finished CIC without implantation in animals. An additional disadvantage is the use of alcohols in histological wiring, which disrupt the structure of the polymer and (or) the whole CIC. Separately, it should be noted the difficulty of fixing the polymer section with cells on the surface of the glass slide, which creates difficulties at the stage of staining the histological section.
В ряду методик для анализа КИК можно выделить группу методов, отличающихся важной особенностью, что было описано в работе Morille, Marie , Tran, Van-thanh, Garric, Xavier , Coudane, Jean , Venier-julienne, Marie-claire, Montero-menei, Claudia [9] и работе Sehl, Louis C., Trollsas, Olof Mikael , Mallace, Donald G., Toman, David, Delustro, Frank A., Schroeder, Jacqueline A., Chu, George H [10]. Данные методики включают в себя применение однослойного адгезирующего основания (полилизина) для улучшения фиксации гистологического среза на предметном стекле при окраске. Другой важной особенностью этой методики является частичное применение заморозки скаффолда для дальнейшего анализа. Однако, несмотря на эти достоинства, методы также имеют существенные недостатки. Главным из них является необходимость получения классических парафиновых блоков с последующей депарафинизацией и окраской, что может приводить к деградации полимерного носителя. Также неясна возможность оценки структуры КИК без имплантации и сложность визуализации неконтрастного образца КИК в геле для замораживания при последующем изготовлении криосреза.Among the methods for CFC analysis, one can single out a group of methods that differ in an important feature, which was described in the work of Morille, Marie, Tran, Van-thanh, Garric, Xavier, Coudane, Jean, Venier-julienne, Marie-claire, Montero-menei, Claudia [9] and Sehl, Louis C., Trollsas, Olof Mikael , Mallace, Donald G., Toman, David, Delustro, Frank A., Schroeder, Jacqueline A., Chu, George H [10]. These techniques include the use of a single-layer adhesive base (polylysine) to improve the fixation of the histological section on the slide during staining. Another important feature of this technique is the partial use of scaffold freezing for further analysis. However, despite these advantages, the methods also have significant drawbacks. The main one is the need to obtain classical paraffin blocks followed by dewaxing and coloring, which can lead to degradation of the polymer carrier. It is also unclear whether it is possible to assess the CIC structure without implantation and the complexity of visualizing a non-contrast CIC sample in a gel for freezing during the subsequent production of a cryosection.
В ряду аналогов нашей методики особого внимания заслуживает разработка, описанная в работах Caroline D. Hoemann Michael D. Buschmann Marc D. McKee [11], Angros, Lee H [12], а также Kang, Yujian James [13]. Эта группа методов подробно описывает процесс приготовления классических гистологических препаратов. В ней присутствует специальный адгезивный полилизиновый слой на предметных стеклах или внешний ограничитель, который фиксирует гистологический срез на поверхности стекла. Методы описывают процесс приготовления и гистологического анализа КИК как перед имплантацией модельному животному, так и после него в составе блоков тканей. Указанные методики демонстрируют возможность специализированной окраски гистологического среза для дальнейшей конфокальной микроскопии. Также в методе Kang, Yujian James [13] указана принципиальная возможность осуществления криосреза КИК без уточнения методики. Однако, все указанные методы включают процесс создания парафиновых блоков и обратной депарафинизации образца, что может приводить к деградации образца КИК, кроме того, отсутствуют рекомендации по формированию полилизинового слоя, недостаточная толщина которого может нарушать фиксацию среза изучаемого образца к предметному стеклу.Among the analogs of our method, the development described in the works of Caroline D. Hoemann Michael D. Buschmann Marc D. McKee [11], Angros, Lee H [12], and Kang, Yujian James [13] deserves special attention. This group of methods describes in detail the process of preparing classical histological preparations. It contains a special adhesive polylysine layer on glass slides or an external limiter that fixes the histological section on the glass surface. The methods describe the process of preparation and histological analysis of CIC both before implantation in a model animal and after it as part of tissue blocks. These techniques demonstrate the possibility of specialized staining of the histological section for further confocal microscopy. Also, in the method of Kang, Yujian James [13], the fundamental possibility of performing CIC cryosection without specifying the technique is indicated. However, all of these methods include the process of creating paraffin blocks and reverse deparaffinization of the sample, which can lead to degradation of the CEC sample, in addition, there are no recommendations for the formation of a polylysine layer, the insufficient thickness of which can disrupt the fixation of the cut of the studied sample to the slide.
В работе Teixeira, S., Eblagon, K.M., Miranda, F., Pereira, M.F.R., Figueiredo, J.L. [3] было показано, что классическая гистологическая проводка, парафинизация и депарафинизация приводит к деградации компонентов полилактида в общем и КИК на его основе в частности. Также к деградации приводит процесс окраски в присутствии спирта и ксилола. Эти данные позволяют сформировать один из главных недостатков существующих методов пробоподготовки исследуемых образцов для гистологического исследования - деградация полимерного носителя в составе КИК конструкции. Однако авторы данной работы не предлагают способов решения, позволяющих исключить деградацию скаффолда или готовой КИК в процессе изготовления гистологического препарата.In Teixeira, S., Eblagon, K.M., Miranda, F., Pereira, M.F.R., Figueiredo, J.L. [3] showed that classical histological wiring, paraffinization and deparaffinization lead to the degradation of polylactide components in general and CIC based on it in particular. Also, the process of coloring in the presence of alcohol and xylene leads to degradation. These data make it possible to form one of the main shortcomings of the existing methods of sample preparation of the studied samples for histological examination - the degradation of the polymer carrier as part of the CMC design. However, the authors of this work do not offer solutions to eliminate the degradation of the scaffold or the finished CMC during the manufacture of a histological specimen.
Наиболее близким изобретением (прототипом) к нашей методике является метод, описанный в работе Prien, Samuel D., Blanton, John, Wood, Brian, Cassell, Allan J.[14]. В нем используется не стандартная гистологическая проводка, а заморозка образцов при температуре от -20 до -30°С с последующей вырезкой. Такая методика предохраняет образцы от частичной деградации, позволяет осуществлять специфическую окраску криообразцов. Однако методика не предполагает возможность изучения КИК на этапе разработки и до имплантации экспериментальному животному, то есть вне блока тканей. Также нет указания на возможность подготовки микропрепаратов для последующего анализа на конфокальном микроскопе, при этом недостаточно быстрая заморозка КИК, заселенной эукариотическими клетками, при температуре от -20 до -30°С сопровождается формированием микрокристаллов льда и приводит к повреждению внутриклеточных структур эукариотических клеток, а также делает невозможным их последующую окраску и проведение конфокальной микроскопии. Кроме того, недостаточная фиксация к предметному стеклу при микротомии нативного или уже заселенного скаффолда может приводить к повреждению (сминанию) его структуры.The closest invention (prototype) to our method is the method described in the work of Prien, Samuel D., Blanton, John, Wood, Brian, Cassell, Allan J. [14]. It uses not standard histological wiring, but freezing samples at a temperature of -20 to -30 ° C, followed by cutting. This technique protects the samples from partial degradation and allows specific staining of cryosamples. However, the technique does not imply the possibility of studying CIC at the development stage and prior to implantation in an experimental animal, that is, outside the tissue block. There is also no indication of the possibility of preparing micropreparations for subsequent analysis on a confocal microscope, while insufficiently fast freezing of a CEC inhabited by eukaryotic cells at a temperature of -20 to -30°C is accompanied by the formation of ice microcrystals and leads to damage to the intracellular structures of eukaryotic cells, as well as makes their subsequent staining and confocal microscopy impossible. In addition, insufficient fixation to a glass slide during microtomy of a native or already populated scaffold can lead to damage (crumpling) of its structure.
Следует отметить, что практическое использование известных методов связано с деградацией полимерного носителя и КИК на основе полилактида в процессе депарафинизации и последующей окраски, слабой адгезией криосреза к предметному стеклу, медленной заморозкой образца, что приводит к неоднородной заморозке и отсутствию оценок возможной деградации полимерного скаффолда при депарафинизации и проводки по спиртам.It should be noted that the practical use of known methods is associated with the degradation of the polymer carrier and CMC based on polylactide during deparaffinization and subsequent staining, weak adhesion of the cryosection to the glass slide, slow freezing of the sample, which leads to inhomogeneous freezing and the lack of estimates of the possible degradation of the polymer scaffold during deparaffinization. and wiring for alcohols.
Таким образом, общими недостатками как перечисленных аналогов, так и прототипа являются: использование спиртов и ксилола для депарафинизации, что приводит к частичной деградации полимерного носителя и ухудшает анализ образцов КИК, как до имплантации, так и в составе тканевых блоков; наличие тонкого слоя полилизина на предметных стеклах, является причиной слабой адгезии и возможного повреждения структуры скаффолда при его недостаточной фиксации; медленная заморозка образца при температуре (-20-30°С) сопровождается формированием микрокристаллов льда и повреждением внутриклеточных структур эукариотических клеток, что не позволяет проводить конфокальную микроскопию; сложность визуализации образца светлой КИК при фиксации в крио-геле для дальнейшего изготовления криосреза.Thus, the common disadvantages of both the listed analogues and the prototype are: the use of alcohols and xylene for deparaffinization, which leads to partial degradation of the polymer carrier and impairs the analysis of CEC samples, both before implantation and as part of tissue blocks; the presence of a thin layer of polylysine on glass slides is the cause of weak adhesion and possible damage to the structure of the scaffold in case of its insufficient fixation; slow freezing of the sample at a temperature (-20-30°C) is accompanied by the formation of ice microcrystals and damage to the intracellular structures of eukaryotic cells, which does not allow confocal microscopy; the difficulty of visualizing a sample of a bright CIC during fixation in a cryo-gel for further production of a cryosection.
Задача изобретения состоит в разработке способа приготовления гистологического среза КИК, позволяющего сохранить ее структуру, а также скаффолда на основе полилактида для дальнейшего гистологического анализа клеточно-инженерной конструкции и процессов клеточной пролиферации в ней.The objective of the invention is to develop a method for preparing a histological section of a CEC that allows preserving its structure, as well as a polylactide-based scaffold for further histological analysis of a cell-engineered construct and cell proliferation processes in it.
Для решения поставленной задачи были проведены следующие эксперименты:To solve the problem, the following experiments were carried out:
1. Повышение адгезивной способности предметного стекла за счет дополнительного покрытием полилизина.1. Increasing the adhesive ability of the glass slide due to the additional polylysine coating.
На поверхность предметного стекла наносили и равномерно распределяли дополнительный адгезивный слой полилизина, после чего стекла помещали в термостат при температуре +37°С на 24 часа. Для одного предметного стекла использовали 250 мкл полилизина в концентрации 1 мг/ мл. Таким образом, создавали дополнительный адгезивный (полилизиновый) слой на поверхности предметного стекла для надежной фиксации будущего криосреза и последующей его окраски. При отсутствии дополнительного слоя криосрез КИК не адгезировался надежно с предметным стеклом и происходило отклеивания среза в процессе последующей окраскиAn additional adhesive layer of polylysine was applied to the surface of the slide and evenly distributed, after which the slides were placed in a thermostat at a temperature of +37°C for 24 hours. For one glass slide, 250 μl of polylysine at a concentration of 1 mg/ml was used. Thus, an additional adhesive (polylysine) layer was created on the surface of the slide for reliable fixation of the future cryosection and its subsequent coloring. In the absence of an additional layer, the CIC cryosection did not adhere reliably to the glass slide and the section peeled off during subsequent staining.
2. Создание и предварительная окраска КИК для усиления ее контрастности в фиксирующем геле для заморозки. 2. Creation and pre-staining of the CFC to enhance its contrast in the fixing gel for freezing.
Вторым этапом изготовливали клеточно-инженерные конструкции. За основу был взят полимерный каркас из полилактида (Фигура 1). Клеточным компонентом выступала культура мезенхимальных мультипотентных стромальных клеток костного мозга, полученных из костного мозга половозрелой крысы. Клетки были получены в Центре коллективного пользования «Коллекция культур клеток позвоночных» ИНЦ РАН [16]. Клеточную культуру совмещали с полимерным носителем динамическим способом с помощью ранее разработанного для этого устройства [15]. Культивирование КИК производили в стандартных условиях в течение 21 суток в среде Dulbecco's Modified Eagle Medium с добавлением смеси антибиотиков пенициллин-стрептомицин (конечная концентрация 50 мкг/мл) и сыворотки Fetal Bovine Serum (конечная концентрация 10%). Изготовление гистологических срезов для анализа пролиферации клеток внутри КИК проводили на 14 и 21 сутки наблюдения. Образцы КИК в указанные сроки для увеличения контрастности и лучшей визуализации скаффолда подкрашивали водным раствором 1% эозина в течение 20 минут, что способствовало более точному позиционированию тестируемых образцов КИК в геле для фиксации (Фигура 2). Без окрашивания криосреза КИК не удается визуализировать КИК в заливаемом компаунде и осуществить первоначальную подрезку без риска потерять часть образца.At the second stage, cell-engineering constructs were made. A polymer frame made of polylactide was taken as a basis (Figure 1). The cell component was a culture of mesenchymal multipotent stromal bone marrow cells obtained from the bone marrow of a mature rat. The cells were obtained at the Center for Collective Use “Collection of Vertebrate Cell Cultures” of the Institute of Scientific Centers of the Russian Academy of Sciences [16]. The cell culture was dynamically combined with the polymer carrier using a device previously developed for this purpose [15]. KIK were cultivated under standard conditions for 21 days in Dulbecco's Modified Eagle Medium with the addition of a mixture of antibiotics penicillin-streptomycin (final concentration 50 μg/ml) and Fetal Bovine Serum serum (final concentration 10%). The preparation of histological sections for the analysis of cell proliferation inside the CEC was performed on the 14th and 21st days of observation. CIC samples at the indicated time to increase the contrast and better visualization of the scaffold were stained with an aqueous solution of 1% eosin for 20 minutes, which contributed to a more accurate positioning of the tested CIC samples in the gel for fixation (Figure 2). Without staining the cryosection of the CFC, it is not possible to visualize the CFC in the poured compound and to carry out the initial trimming without the risk of losing part of the sample.
3. Изготовление криосреза КИК и его гистологическое исследование с применением световой и конфокальной микроскопии.3. Production of a CIC cryosection and its histological examination using light and confocal microscopy.
Образец КИК фиксировали на предметном столике и заливали гелем-компаундом для криомикроскопии TissueTek® (Leica Biosystems, Германия) до полного покрытия образца. После этого образец КИК с гелем помещали в жидкий азот для шокового охлаждения. Через 1 минуту после полного охлаждения образец помещали в криомикротом, где при температуре -20°С выполняли нарезку образца. Толщина среза составляла от 10 до 20 мкм. Первоначальную подрезку осуществляли до основы КИК, окрашенной эозином, которая контрастировала на фоне светлого фона геля. Далее проводили нарезку зоны интереса и фиксацию полученных срезов на предварительно модифицированном полилизином предметном стекле. Полученные срезы окрашивали различными красителями (гематоксилин и эозин, альциановый синий) и закрывали покровными стеклами для последующей микроскопии. В ходе приготовления гистологических препаратов исключили использование спирта и ксилола. Установили, что получившиеся срезы дают информативную картину процессов пролиферации клеточной культуры ММСК внутри биодеградируемого носителя (Фигура 5). Также показали, что культура клеток заполняет все полости пористого носителя уже к 14 суткам наблюдения. На сроках 14 и 21 сутки при окраске альциановым синим отмечали наличие синтезированных белков внеклеточного матрикса гиалинового хряща. При проведении флуоресцентной и конфокальной микроскопии криосрезов, окрашенных DAPI, получили четкую визуализацию ядерных элементов клеток. Были получены данные о трехмерном распределении клеточной культуры внутри КИК, а также о характере заполнения скаффолда ММСК. Признаков деградации криосрезов при их получении и окраске нами выявлено не было (Фигура 6,7). Без шокового охлаждения нам не удалось добиться стабильного получения крисреза КИК.The CEC sample was fixed on an object stage and filled with TissueTek® cryomicroscopy compound (Leica Biosystems, Germany) until the sample was completely covered. After that, the CIC sample with the gel was placed in liquid nitrogen for shock cooling. 1 minute after complete cooling, the sample was placed in a cryomicrotome, where the sample was cut at a temperature of -20°C. The cut thickness was from 10 to 20 µm. The initial trimming was carried out to the base of the CIC stained with eosin, which contrasted against the background of a light background of the gel. Next, the area of interest was cut and the resulting sections were fixed on a glass slide preliminarily modified with polylysine. The resulting sections were stained with various dyes (hematoxylin and eosin, alcian blue) and covered with coverslips for subsequent microscopy. During the preparation of histological preparations, the use of alcohol and xylene was excluded. It was found that the resulting sections give an informative picture of the processes of proliferation of the MMSC cell culture inside the biodegradable carrier (Figure 5). It was also shown that the cell culture fills all the cavities of the porous carrier by the 14th day of observation. On the terms of 14 and 21 days, when stained with alcian blue, the presence of synthesized proteins of the extracellular matrix of hyaline cartilage was noted. During fluorescent and confocal microscopy of cryosections stained with DAPI, a clear visualization of the nuclear elements of the cells was obtained. Data were obtained on the three-dimensional distribution of the cell culture inside the CEC, as well as on the nature of the filling of the MMSC scaffold. There were no signs of degradation of cryosections during their production and staining (Figure 6.7). Without blast chilling, we were not able to achieve a stable CFC crisis.
4. В качестве методик сравнения были использованы СЭМ анализ КИК и гистологическое исследование КИК с применением методики парафиновых блоков.4. SEM analysis of CIC and histological examination of CIC using the paraffin block technique were used as comparison methods.
Методами сравнения были классическая гистологическая пробоподготовка и СЭМ (Фигура 5). При стандартной гистологической проводке парафинизации и депарафинизации в ксилоле и восходящей концентрации спиртов были получены данные. Установили, что спирты и ксилол приводят к гидролизу скаффолда из полимолочной кислоты (Фигура 3,4), что согласуется с данными из научной литературы.Comparison methods were classical histological sample preparation and SEM (Figure 5). Data were obtained from standard histological waxing and dewaxing in xylene and ascending alcohol concentrations. It was found that alcohols and xylene lead to the hydrolysis of the scaffold from polylactic acid (Figure 3.4), which is consistent with data from the scientific literature.
СЭМ проводили на аппаратном комплексе Jeol JSM6390LA (Jeol, Japan) совместно с ФГБУН «Ботанический институт им. В.Л. Комарова». Тестируемые образцы КИК размерами не более 8 Х8 Х 8 мм обезвоживали и сушили в условиях вакуума. Далее на препарат напыляли слой палладия и золота толщиной 5 нм, а затем проводили анализ поверхности КИК (Фигура 5). Результат позволил получить численные значения исследуемых образцов, поверхностную структуру и оценить перифокальную область интереса.SEM was carried out on a Jeol JSM6390LA hardware complex (Jeol, Japan) in cooperation with the FGBUN Botanical Institute named after N.N. V.L. Komarov. Tested CEC samples with dimensions not exceeding 8 x 8 x 8 mm were dehydrated and dried under vacuum. Next, a layer of palladium and gold with a thickness of 5 nm was sputtered onto the preparation, and then the CIC surface was analyzed (Figure 5). The result made it possible to obtain the numerical values of the studied samples, the surface structure, and to evaluate the perifocal region of interest.
Таким образом, в проведенном исследовании был выявлен новый способ пробоподготовки КИК на основе полимолочной кислоты и культуры эукариотических клеток для проведения гистологического анализа КИК и процессов клеточной пролиферации в ней, в результате чего получены качественные гистологические криопрепараты с сохранением структуры скаффолда, анализируемые на флюоресцентном и конфокальном микроскопе без признаков деградации и использовании спиртов и ксилола, а также депарафинизации.Thus, in the study a new method of CEC sample preparation based on polylactic acid and eukaryotic cell culture was identified for histological analysis of CEC and cell proliferation processes in it, as a result of which high-quality histological cryopreparations were obtained with preservation of the scaffold structure, analyzed on a fluorescent and confocal microscope without signs of degradation and the use of alcohols and xylene, as well as dewaxing.
Технический результат состоит в обеспечении изготовления качественных гистологических препаратов КИК, а именно сохранении строения скаффолда и целостности внутриклеточных структур, что позволяет оценить взаимодействие полимерного носителя и клеточной культуры, а также пролиферацию последней.The technical result is to ensure the manufacture of high-quality histological CEC preparations, namely, the preservation of the structure of the scaffold and the integrity of intracellular structures, which makes it possible to evaluate the interaction of the polymer carrier and the cell culture, as well as the proliferation of the latter.
Технический результат достигается за счет того, что для исследования образца предварительно готовят стекла с дополнительным полилизиновым слоем из 250 мкл полилизина, равномерно нанесенным сверху на каждое предметное стекло в концентрации 1 мг\мл, затем стекла подсушивают в течение 24 часов при температуре 37°С; образец клеточно-инженерной конструкции предварительно контрастно подкрашивают 1% раствором эозина, после чего выполняют его шоковую заморозку в жидком азоте при температуре минус 196 °С, фиксируют в криомикротоме с использованием криогеля, затем осуществляют криомикроскопическую вырезку области клеточно-инженерной конструкции с фиксацией ее на подготовленном адгезивном предметном стекле.The technical result is achieved due to the fact that for the study of the sample, glasses are preliminarily prepared with an additional polylysine layer of 250 μl of polylysine, evenly applied on top of each glass slide at a concentration of 1 mg/ml, then the glasses are dried for 24 hours at a temperature of 37°C; a sample of a cell-engineering construct is preliminarily stained with a 1% solution of eosin, after which it is shock-frozen in liquid nitrogen at a temperature of minus 196 °C, fixed in a cryomicrotome using cryogel, then a cryomicroscopic cutting of the area of the cell-engineered construct is carried out with its fixation on the prepared adhesive glass slide.
Нанесение дополнительного адгезивного слоя на поверхность предметного стекла, контрастная подкраска КИК эозином, а также шоковая (экстренная) заморозка в жидком азоте позволяет избежать использования спиртов, ксилола и депарафинизации, использование которых приводит к деградации полимерного носителя и не позволяет эффективно оценить происходящие процессы.The application of an additional adhesive layer on the surface of a glass slide, contrast tinting of CIC with eosin, and shock (emergency) freezing in liquid nitrogen avoid the use of alcohols, xylene, and deparaffinization, the use of which leads to the degradation of the polymer carrier and does not allow one to effectively assess the ongoing processes.
Одновременное использование шоковой заморозки образца КИК в жидком азоте и предварительно нанесенного дополнительного адгезирующего полилизинового слоя на предметном стекле исключает деградацию образца полилактидного носителя с клеточной культуры, а также позволяет осуществить специфическую гистохимическую окраску и анализ изображений на конфокальном микроскопе как до, так и после имплантации КИК в организм экспериментальных животных (крыс).Simultaneous use of shock freezing of a CIC sample in liquid nitrogen and a preliminarily applied additional adhesive polylysine layer on a glass slide eliminates the degradation of the polylactide carrier sample from the cell culture, and also allows for specific histochemical staining and analysis of images on a confocal microscope both before and after CIC implantation in organism of experimental animals (rats).
На фигурах изображено:The figures show:
Фигура 1. Фотография скаффолда из полимолочной кислоты заготовки для создания КИК.Figure 1. Photograph of a polylactic acid scaffold blank for creating a CFC.
Фигура 2. Фото КИК после контрастной подкраски эозином. Динамическое заселение культурой клеток биодеградируемого полилактидного носителя.Figure 2. Photo of CIC after counterstaining with eosin. Dynamic colonization of biodegradable polylactide carrier by cell culture.
Фигура 3. Гистологический препарат КИК на основе полилактида и клеточной культуры. На фигуре изображена КИК после стандартной гистологической проводки, включая депарафинизацию, обработки ксилолом и спиртами. Выделены участки деградации скаффолда из полимолочной кислоты.Figure 3. Histological preparation of CIC based on polylactide and cell culture. The figure shows the CIC after standard histological wiring, including deparaffinization, xylene and alcohol treatments. Sites of scaffold degradation from polylactic acid are identified.
Фигура 4. Гистологический препарат КИК на основе полилактида и клеточной культуры. На фигуре изображена КИК после стандартной гистологической проводки, включая депарафинизацию, обработки ксилолом и спиртами. Выделены участки деградации скаффолда из полимолочной кислоты.Figure 4. Histological preparation of CIC based on polylactide and cell culture. The figure shows the CIC after standard histological wiring, including deparaffinization, xylene and alcohol treatments. Sites of scaffold degradation from polylactic acid are identified.
Фигура 5. СЭМ изображение КИК сразу после заселения клетками. На фигуре изображена поверхность КИК. Вид сверху. Контрольный штрих указан на рисунке.Figure 5. SEM image of CIC immediately after cell colonization. The figure shows the surface of the CIC. View from above. The control stroke is indicated in the figure.
Фигура 6. Гистологический срез КИК после культивирования. На фигуре изображены гистологические снимки криосрезов, окрашенных гистологическими красителями. А, В - 7 суток после заселения. Рисунок В соответствует выделенной области рисунка А. Рисунок С - после 14 суток после заселения и культивирования. Окраска альциановый синий. Контрольный штрих указан на рисунке.Figure 6. Histological section of CIC after cultivation. The figure shows histological images of cryosections stained with histological dyes. A, B - 7 days after settlement. Figure B corresponds to the selected area of Figure A. Figure C - after 14 days after colonization and cultivation. Alcian blue color. The control stroke is indicated in the figure.
Фигура 7. Криосрез КИК. На фигуре изображены гистологические снимки криосрезов, полученные на флуоресцентном (А, В) и конфокальном (С) микроскопе. Контрольный штрих указан на рисунке.Figure 7. Cryocut KIK. The figure shows histological images of cryosections obtained on a fluorescent (A, B) and confocal (C) microscope. The control stroke is indicated in the figure.
Фигура 8. Визуализация расположение клеток внутри биодеградируемого скаффолда в трехмерном пространстве полученная с помощью изготовления криосрезов и последующей конфокальной микроскопии.Figure 8. Visualization of the location of cells inside a biodegradable scaffold in three-dimensional space obtained by making cryosections and subsequent confocal microscopy.
Фигура 9. Расположение клеток граничного слоя при динамическом заселении скаффолда. Криосрез и конфокальная микроскопия. Контрольный штрих указан на рисунке.Figure 9. The location of the cells of the boundary layer during the dynamic settlement of the scaffold. Cryosection and confocal microscopy. The control stroke is indicated in the figure.
Способ осуществляется следующим образом: клеточную культуру мезенхимальных мультипотентных стромальных клеток костного мозга выделяют у половозрелой крысы. Культуру пассируют до 3 пассажа и проверяют на проточном цитометре на наличие поверхностных маркеров экспрессии CD90 и отсутствие маркеров CD45.The method is carried out as follows: a cell culture of mesenchymal multipotent stromal bone marrow cells is isolated from a sexually mature rat. The culture is passaged up to passage 3 and checked on a flow cytometer for the presence of surface markers of CD90 expression and the absence of CD45 markers.
Затем создают клеточно-инженерную конструкцию. Сначала подготавливают полимерный носитель на основе полимолочной кислоты (ПМК), далее его стерилизуют и осуществляют предварительную обработку формы полилактида для будущего совмещения его с клеточной культурой динамическим способом в разработанном биореакторе. После этой процедуры цилиндрические формы стерилизуют и помещают в биореактор для динамического заселения клеточной культуры. Клеточную культуру объемом 5 мл и концентрацией 106 жизнеспособных клеток на 1 мл дважды прокачивают через биодеградируемый скаффолд из полилактида. Таким образом происходит заселение скаффолда клетками на всю глубину и по всей поверхности.Then a cell-engineered structure is created. First, a polymer carrier based on polylactic acid (PLA) is prepared, then it is sterilized, and the polylactide form is pre-treated for future combination with the cell culture in a dynamic way in the developed bioreactor. After this procedure, the cylindrical molds are sterilized and placed in a bioreactor for dynamic colonization of the cell culture. A cell culture with a volume of 5 ml and a concentration of 10 6 viable cells per 1 ml is pumped twice through a biodegradable polylactide scaffold. Thus, the scaffold is populated with cells to the entire depth and over the entire surface.
Далее КИК культивируют в течение 21 дня с добавление необходимого количества питательной среды для клеточной культуры, сыворотки и антибиотика.Next, the KIK cultivated for 21 days with the addition of the required amount of nutrient medium for cell culture, serum and antibiotic.
Перед приготовлением криосреза подготавливают предметные стекла для придания их поверхности больше адгезивности. Для этого поверхность стекла дополнительно обрабатывают полилизином (поверх штатного полилизинового слоя, который уже был нанесен компанией-производителем данных стекол). Стекла инкубируют в термостате при +37°С в течении часа, после чего они готовы к применению.Before preparing the cryosection, glass slides are prepared to make their surface more adhesive. To do this, the glass surface is additionally treated with polylysine (on top of the regular polylysine layer, which has already been applied by the manufacturer of these glasses). Glasses are incubated in a thermostat at +37°C for an hour, after which they are ready for use.
Образцы полученных КИК на основе полилактида имеют светлый цвет, чтобы контрастировать их на фоне заливающего и фиксирующего геля TissueTek® (Leica Biosystem, Германия), их предварительно окрашивают эозином. Окрашенные КИК заливают фиксирующим гелем на платформе для криосреза, затем конструкцию помещают в жидкий азот для шоковой заморозки при температуре -196°С.The samples of the obtained CECs based on polylactide have a light color to contrast them against the background of the flooding and fixing TissueTek® gel (Leica Biosystem, Germany), they are preliminarily stained with eosin. The stained CECs are poured with a fixing gel on a cryosection platform, then the structure is placed in liquid nitrogen for shock freezing at a temperature of -196°C.
Подрезка замороженного геля происходит при температуре -20°С до окрашенной области КИК. Криосрезы изготавливают толщиной 10-20 мкм и фиксируют на адгезивной поверхности предметного стекла с полилизином, который предварительно наносят в концентрации 1 мг на мл в количестве 250 мкл на одно стекло и распределяют равномерно. После нанесения слоя полилизина стекло сушат при температуре +37°С в течении 24 часов. Полученные КИК используют для оценки пролиферации клеточной культуры внутри биодеградируемого полимерного скаффолда заполнением и распределением клеток внутри полимера. По анализу свободных от клеточной культуры зон в полимере на разных сроках наблюдения оценивают степень и направление пролиферации и заполнения свободного пространства внутри пористого полилактидного носителя, а также динамику заполнения клеточной культурой свободных пространств.Trimming of the frozen gel takes place at -20°C to the colored area of the CIC. Cryosections are made with a thickness of 10-20 μm and fixed on the adhesive surface of a glass slide with polylysine, which is pre-applied at a concentration of 1 mg per ml in an amount of 250 μl per glass and distributed evenly. After applying a layer of polylysine, the glass is dried at a temperature of +37°C for 24 hours. The obtained CICs are used to assess the proliferation of a cell culture inside a biodegradable polymer scaffold by filling and distributing cells inside the polymer. Based on the analysis of cell culture-free zones in the polymer at different periods of observation, the degree and direction of proliferation and filling of free space inside the porous polylactide carrier, as well as the dynamics of filling free spaces with cell culture, are assessed.
Пример.Example.
Для эксперимента из коллекции культур клеток позвоночных Центра коллективного пользования Института Цитологии РАН была взята культура клеток и была создана клеточно-инженерная конструкция из полимера на основе полимолочной кислоты. Из образцов КИК были получены криосрезы, для дальнейшего анализа. На основании полученных криосрезов КИК с помощью послойной конфокальной микроскопии с окраской на ядра клеток (DAPI) в экспериментах были получены качественные гистологические криосрезы, а также оценена целостность полимерного скаффолда, жизнеспособность и расположение клеток в центральных и пограничных областях полимерного скаффолда, а также равномерность, направление и динамика их пролиферации при использовании разных сроков наблюдения. Так было отмечено, что клеточная культура пролиферирует и заполняет свободные площади полимера, причем степень заполнения увеличивается со сроком наблюдения. С помощью 3 D визуализации оценили целостность клеточных структур, пролиферацию клеток в разных слоях и областях в одном анализируемом образце. Было обнаружено, что максимальная концентрация клеток после динамического заселения клеточной культурой полимерного скаффолда образуется в центральной области и в пограничном слое. Расположение клеток внутри трехмерного биодеградируемого носителя показано с помощью методики изготовления криосрезов и конфокальной микроскопии (Фигура 8, Фигура 9). С помощью конфокальной микроскопии и специфической окраски DAPI было установлено, что в поперечном срезе клеточно инженерной конструкции распределение клеток одинаково от слоя к слою. Таким образом, можно сделать вывод о том, что результат достигнут.For the experiment, a cell culture was taken from the collection of cell cultures of vertebrates of the Center for Collective Use of the Institute of Cytology of the Russian Academy of Sciences and a cell-engineering construct was created from a polymer based on polylactic acid. Cryosections were obtained from CIC samples for further analysis. Based on the CIC cryosections obtained using layer-by-layer confocal microscopy with staining for cell nuclei (DAPI), high-quality histological cryosections were obtained in the experiments, and the integrity of the polymer scaffold, the viability and location of cells in the central and border regions of the polymer scaffold, as well as the uniformity, direction and the dynamics of their proliferation when using different periods of observation. Thus, it was noted that the cell culture proliferates and fills the free areas of the polymer, and the degree of filling increases with the observation period. Using 3D visualization, the integrity of cellular structures, cell proliferation in different layers and areas in one analyzed sample was assessed. It was found that the maximum concentration of cells after dynamic colonization of the polymer scaffold by the cell culture is formed in the central region and in the boundary layer. The location of cells within a three-dimensional biodegradable carrier is shown using the technique of making cryosections and confocal microscopy (Figure 8, Figure 9). Using confocal microscopy and specific DAPI staining, it was found that in a cross section of a cell-engineered construct, the distribution of cells is the same from layer to layer. Thus, it can be concluded that the result has been achieved.
Список литературы.Bibliography.
1. Fioretta E., von Boehmer L., Motta S., Lintas V., Hoerstrup S., Emmert M. Cardiovascular tissue engineering: from basic science to clinical application. Exp. Gerontol. 2019;117:1-12.1. Fioretta E., von Boehmer L., Motta S., Lintas V., Hoerstrup S., Emmert M. Cardiovascular tissue engineering: from basic science to clinical application. Exp. Gerontol. 2019;117:1-12.
2. Li Ming, Yuan Zhipeng, Yu Fei, Rao Feng, Weng Jian, Jiang Baoguo, Wen Yongqiang, Zhang Peixun. Artif Cells Nanomed Biotechnol. 2018;46(sup1):336-346. doi: 10.1080/21691401.2017.1423498. Epub 2018 Mar 26. Microfluidic-based screening of resveratrol and drug-loading PLA/Gelatine nano-scaffold for the repair of cartilage defect.2. Li Ming, Yuan Zhipeng, Yu Fei, Rao Feng, Weng Jian, Jiang Baoguo, Wen Yongqiang, Zhang Peixun. Artif Cells Nanomed Biotechnol. 2018;46(sup1):336-346. doi: 10.1080/21691401.2017.1423498. Epub 2018 Mar 26. Microfluidic-based screening of resveratrol and drug-loading PLA/Gelatine nano-scaffold for the repair of cartilage defect.
3. Teixeira, S.; Eblagon, K.M.; Miranda, F.; Pereira, M.F.R.; Figueiredo, J.L. Towards controlled degradation of poly(lactic) acid intechnical applications. J. Carbon Res. 2021, 7, 42.3. Teixeira, S.; Eblagon, K.M.; Miranda, F.; Pereira, M.F.R.; Figueiredo, J.L. Towards controlled degradation of poly(lactic) acid intechnical applications. J. Carbon Res. 2021, 7, 42.
4. F.; Auras, R.; Burgess, G.; Holmes, D.; Fang, X.; Rubino, M.; Soto-Valdez, H. Concurrent solvent induced crystallization and hydrolytic degradation of PLA by water-ethanol solutions. Polymer 2016, 99, 315-323.4. F.; Auras, R.; Burgess, G.; Holmes, D.; Fang, X.; Rubino, M.; Soto-Valdez, H. Concurrent solvent induced crystallization and hydrolytic degradation of PLA by water-ethanol solutions. Polymer 2016, 99, 315-323.
5. Device and methods for in vivo culturing of diverse tissue cells. United States Patent 5981825. 1999.5. Device and methods for in vivo culturing of diverse tissue cells. United States Patent 5981825. 1999.
6. Articular cartilage repair, United States Patent 11109975, 2015, Estes, Bradley T. (Durham, NC, US) Moutos, Franklin Thomas (Raleigh, NC, US) Guilak, Farshid (Durham, NC, US).6. Articular cartilage repair, United States Patent 11109975, 2015, Estes, Bradley T. (Durham, NC, US) Moutos, Franklin Thomas (Raleigh, NC, US) Guilak, Farshid (Durham, NC, US).
7. Methods and compositions for treatment of bone defects with placental cell populations. United States Patent 8562972. 2013. Edinger, James W. (Belford, NJ, US) Hariri, Robert J., Wang, Jia-lun, Ye, Qian, Labazzo, Kristen S., Pereira, Marian, Abramson, Sascha Dawn.7. Methods and compositions for treatment of bone defects with placental cell populations. United States Patent 8562972. 2013. Edinger, James W. (Belford, NJ, US) Hariri, Robert J., Wang, Jia-lun, Ye, Qian, Labazzo, Kristen S., Pereira, Marian, Abramson, Sascha Dawn.
8. Biodegradable tissue compositions with biodegradable cross-linkers. United States Patent 9072814. 2015. Pathak, Chandrashekhar P. Thigle, Sanjay M.8. Biodegradable tissue compositions with biodegradable cross-linkers. United States Patent 9072814. 2015. Pathak, Chandrashekhar P. Thigle, Sanjay M.
9. M Microsphere compositions, preparation method and applications thereof. United States Patent 9629811. 2017. Morille, Marie , Tran, Van-thanh, Garric, Xavier , Coudane, Jean , Venier-julienne, Marie-claire, Montero-menei, Claudia.9. M Microsphere compositions, preparation method and applications thereof. United States Patent 9629811. 2017. Morille, Marie, Tran, Van-thanh, Garric, Xavier, Coudane, Jean, Venier-julienne, Marie-claire, Montero-menei, Claudia.
10. Adhesive tissue repair patch and collagen sheets, United States Patent 8617584, 2013, Sehl, Louis C., Trollsas, Olof Mikael , Mallace, Donald G., Toman, David, Delustro, Frank A., Schroeder, Jacqueline A., Chu, George H.10. Adhesive tissue repair patch and collagen sheets, United States Patent 8617584, 2013, Sehl, Louis C., Trollsas, Olof Mikael , Mallace, Donald G., Toman, David, Delustro, Frank A., Schroeder, Jacqueline A., Chu, George H.
11. Composition and method for the repair and regeneration of cartilage and other tissues ,United States, US8258117B2, 2006, Caroline D. Hoemann Michael D. Buschmann Marc D. McKee.11. Composition and method for the repair and regeneration of cartilage and other tissues, United States, US8258117B2, 2006, Caroline D. Hoemann Michael D. Buschmann Marc D. McKee.
12. Method of applying a biological specimen to an analytic plate, United States Patent 9176029, 2015, Angros, Lee H.12. Method of applying a biological specimen to an analytic plate, United States Patent 9176029, 2015, Angros, Lee H.
13. Methods of tissue repair and regeneration, United States Patent 11077138, 2021, Kang, Yujian James.13. Methods of tissue repair and regeneration, United States Patent 11077138, 2021, Kang, Yujian James.
14. Method and system for preparing tissue samples for histological and pathological examination, United States Patent 6615592, Prien, Samuel D., Blanton, John, Wood, Brian, Cassell, Allan J.14. Method and system for preparing tissue samples for histological and pathological examination, United States Patent 6615592, Prien, Samuel D., Blanton, John, Wood, Brian, Cassell, Allan J.
15. Божокин М.С., Божкова С.А., Литвинов Е.М., Косьмин В.Л. Устройство для совмещения клеточной культуры и биодеградируемого носителя Патент на полезную модель RU 190863 U1, 15.07.2019. Заявка № 2019104311 от 15.02.2019.15. Bozhokin M.S., Bozhkova S.A., Litvinov E.M., Kosmin V.L. Device for combining cell culture and biodegradable carrier Utility model patent RU 190863 U1, 07/15/2019. Application No. 2019104311 dated February 15, 2019.
16. Клеточная культура получена в Центре коллективного пользования в коллекции культур клеток позвоночных в Институте Цитологии РАН.16. The cell culture was obtained at the Center for Collective Use in the Collection of Vertebrate Cell Cultures at the Institute of Cytology, Russian Academy of Sciences.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2793462C1 true RU2793462C1 (en) | 2023-04-04 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6615592B2 (en) * | 2001-01-02 | 2003-09-09 | Supachill Technologies Pty. Ltd. | Method and system for preparing tissue samples for histological and pathological examination |
| US8617584B2 (en) * | 1995-12-18 | 2013-12-31 | Angiodevice International Gmbh | Adhesive tissue repair patch and collagen sheets |
| RU190863U1 (en) * | 2019-02-15 | 2019-07-15 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Российский ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии имени Р.Р. Вредена" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "РНИИТО им. Р.Р. Вредена" Минздрава России) | DEVICE FOR COMPOUND CELLULAR CULTURE AND A Biodegradable Media |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8617584B2 (en) * | 1995-12-18 | 2013-12-31 | Angiodevice International Gmbh | Adhesive tissue repair patch and collagen sheets |
| US6615592B2 (en) * | 2001-01-02 | 2003-09-09 | Supachill Technologies Pty. Ltd. | Method and system for preparing tissue samples for histological and pathological examination |
| RU190863U1 (en) * | 2019-02-15 | 2019-07-15 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Российский ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии имени Р.Р. Вредена" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "РНИИТО им. Р.Р. Вредена" Минздрава России) | DEVICE FOR COMPOUND CELLULAR CULTURE AND A Biodegradable Media |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| БОЖОКИН М.С. и др. Конструирование тканеинженерной конструкции для восстановления повреждённой поверхности суставного хряща, Актуальные проблемы биомедицины, Секция "ФИЗИОЛОГИЯ", 2020, с. 228. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wu et al. | Three-dimensional bioprinting of artificial ovaries by an extrusion-based method using gelatin-methacryloyl bioink | |
| EP3655052B1 (en) | Methods of producing multi-layered tubular tissue constructs | |
| Xing et al. | Engineering 3D functional tissue constructs using self-assembling cell-laden microniches | |
| CN107988158B (en) | A three-dimensional tumor model decellularized porous scaffold, construction method and application thereof | |
| Alshaikh et al. | Decellularization and recellularization of the ovary for bioengineering applications; studies in the mouse | |
| Hess et al. | 3D versus 2D cell culture: implications for electron microscopy | |
| US20220395612A1 (en) | Ovarian-derived hydrogels for biomedical and biotechnology applications | |
| KR102282073B1 (en) | Preparation method of composition for culturing pancreatic organoid, composition thereby, and organoid culture method using the same | |
| US20170108414A1 (en) | High-resolution three-dimensional imaging of mammalian hearts | |
| JPWO2005014774A1 (en) | Animal cell culture carrier, animal cell culture method and transplantation method using the culture carrier | |
| Gallagher et al. | Three-dimensional in vitro biomimetic model of neuroblastoma using collagen-based scaffolds | |
| Deus et al. | Designing highly customizable human based platforms for cell culture using proteins from the amniotic membrane | |
| Van Zundert et al. | Fluorescence imaging of 3D cell models with subcellular resolution | |
| Frye et al. | Three-dimensional adipose tissue model using low shear bioreactors | |
| CN118420932A (en) | Porous hydrogel microspheres and preparation method and application thereof | |
| CN114042191A (en) | Cell-printed osteogenic functional scaffold and preparation method and application thereof | |
| CN101785876A (en) | Decalcification method for bone implant materials | |
| RU2793462C1 (en) | Method of cell-engineering construct sample preparation based on polylactic acid and eukaryotic cell culture for histological analysis | |
| JP7053860B2 (en) | A composition for clearing a spheroid, a method for clearing a spheroid using the composition, and a kit comprising the same. | |
| Bodhak et al. | Combinatorial cassettes to systematically evaluate tissue-engineered constructs in recipient mice | |
| Herrero-Gómez et al. | A cryopreservation method for bioengineered 3D cell culture models | |
| US20230287354A1 (en) | Method for preparing composition for culturing lung organoids, composition therefor, and organoid culture method using same | |
| CN114752566B (en) | A method for screening tumor stem cells and constructing tumor organoids based on tumor stem cells | |
| Yang et al. | Adapted cryosectioning method for hydrogels used in regenerative medicine | |
| Gholami et al. | Exploring the potential of solid and liquid amniotic membrane biomaterial in 3D models for prostate cancer research: A comparative analysis with 2D models |