アルギン酸カプセル化下で硫酸コンドロイチンプロテオグリカンを発現する献身的なヒト脊髄細胞の濃縮

目的：椎間板（IVD）変性は、脊髄核（NP）の誤動作に関連しています。アルギン酸培養は、軟骨細胞様NP細胞の表現型維持のために好ましい微小環境を提供します。しかし、NP細胞は最近、前駆細胞、線維芽細胞、原始NP細胞を含む不均一な集団を提示することが証明されています。この研究の目的は、異なるヒトNP細胞集団の表現型の変化をプロファイルし、拡張アルギン酸カプセル化における硫酸コンドロイチングリコサミノグリカン（CS-GAG）の動的な発現を説明することです。 方法：非脱色（ND-NPC）および変性（D-NPC）NP細胞は単層で拡張され、連続継代後のアルギン酸塩の28日間の培養を受けます。単層 - /アルギン酸培養NP細胞におけるCS-GAG組成発現は、炭水化物電気泳動によって評価されました。細胞表現型の変化は、免疫学的検出と遺伝子発現分析によって評価されました。 結果：D-NPCと比較して、ND-NPCは、28日間の培養でコンドロイチン-4硫酸ギャグの著しく高い発現レベルを示しました。単層培養と比較して、ND-NPCは、アルギン酸培養におけるKRT18、KRT19、およびCDH2のNPマーカー発現の増加を示しました。対照的に、線維芽細胞マーカーCOL1A1、COL3A1、およびFN1の発現が減少しました。興味深いことに、ND-NPCは、アルギン酸培養中のTie2+の損失を示しましたが、KRT19+/CD24+集団の増加を示しました。対照的に、D-NPCは、培養中にNP表面マーカーのより一貫した発現レベルを示しました。 結論：拡張されたアルギン酸培養が、コミットされたNP細胞を選択的に濃縮し、コンドロイチン-4-硫酸プロテオグリカン産生を好むことを初めて実証します。これらの発見は、IVD細胞機能を調査するモデルとしての妥当性を示唆しています。

OBJECTIVE: Intervertebral disc (IVD) degeneration is associated with a malfunction of the nucleus pulposus (NP). Alginate culturing provides a favorable microenvironment for the phenotypic maintenance of chondrocyte-like NP cells. However, NP cells are recently evidenced to present heterogeneous populations, including progenitors, fibroblastic cells and primitive NP cells. The aim of this study is to profile the phenotypic changes of distinct human NP cells populations and describe the dynamic expression of chondroitin sulfate glycosaminoglycans (CS-GAGs) in extended alginate encapsulation. METHOD: Non-degenerated (ND-NPC) and degenerated (D-NPC) NP cells were expanded in monolayers, and subject to 28-day culture in alginate after serial passaging. CS-GAG compositional expression in monolayer-/alginate-cultured NP cells was evaluated by carbohydrate electrophoresis. Cellular phenotypic changes were assessed by immunologic detection and gene expression analysis. RESULTS: Relative to D-NPC, ND-NPC displayed remarkably higher expression levels of chondroitin-4-sulfate GAGs over the 28-day culture. Compared with monolayer culture, ND-NPC showed increased NP marker expression of KRT18, KRT19, and CDH2, as well as chondrocyte markers SOX9 and MIA in alginate culture. In contrast, expression of fibroblastic marker COL1A1, COL3A1, and FN1 were reduced. Interestingly, ND-NPC showed a loss of Tie2+ but gain in KRT19+/CD24+ population during alginate culture. In contrast, D-NPC showed more consistent expression levels of NP surface markers during culture. CONCLUSION: We demonstrate for the first time that extended alginate culture selectively enriches the committed NP cells and favors chondroitin-4-sulfate proteoglycan production. These findings suggest its validity as a model to investigate IVD cell function.