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Microfluidic label-free selection of mesenchymal stem cell subpopulation during culture expansion extends the chondrogenic potential in vitro†
Lab on a Chip ( IF 6.1 ) Pub Date : 2018-02-14 00:00:00 , DOI: 10.1039/c7lc01005b Lu Yin 1, 2, 3 , Yingnan Wu 4, 5, 6, 7 , Zheng Yang 4, 5, 6, 7, 8 , Ching Ann Tee 4, 5, 6, 7, 8 , Vinitha Denslin 4, 5, 6, 7, 8 , Zhangxing Lai 6, 9, 10 , Chwee Teck Lim 1, 2, 3, 6, 11 , Eng Hin Lee 4, 5, 6, 7, 8 , Jongyoon Han 1, 2, 3, 12, 13
Lab on a Chip ( IF 6.1 ) Pub Date : 2018-02-14 00:00:00 , DOI: 10.1039/c7lc01005b Lu Yin 1, 2, 3 , Yingnan Wu 4, 5, 6, 7 , Zheng Yang 4, 5, 6, 7, 8 , Ching Ann Tee 4, 5, 6, 7, 8 , Vinitha Denslin 4, 5, 6, 7, 8 , Zhangxing Lai 6, 9, 10 , Chwee Teck Lim 1, 2, 3, 6, 11 , Eng Hin Lee 4, 5, 6, 7, 8 , Jongyoon Han 1, 2, 3, 12, 13
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Mesenchymal stem cells (MSCs) have been shown as potential candidates for cell-based therapies for a diverse range of tissue regenerative applications. Therapeutic use of MSCs usually requires culture expansion, which increases the heterogeneity of MSCs in vitro, thus affecting the potency of the MSCs for more specific indications. The capacity for identifying and isolating special subsets of MSCs for treatment of specific diseases therefore holds great clinical significance. An important therapeutic application of MSC is for the regeneration of cartilage tissue. We and others have previously developed label-free microfluidic means to isolate subpopulations of culture expanded MSCs based on distinct biophysical characteristics. Here we utilize a spiral micro-channel device to separate culture expanded MSCs into five subgroups according to cell size, and study their proliferation and chondrogenesis at early, middle and late passages. Results show that in all passages, the medium-size subpopulation (cell size of 17–21 μm), compared to other subpopulations, displays significantly higher proliferation rate and chondrogenic capacity in terms of cartilage extracellular matrix formation. Also, the small cell subpopulation (average cell size of 11–12 μm) shows lower viability, and large cell subpopulation (average cell size 23–25 μm) expresses higher level of senescence-associated β-galactosidase. Finally, we show that repeated microfluidic exclusion of MSCs larger than 21 μm and smaller than 17 μm at every passage during continuous culture expansion result in selected MSCs with faster proliferation and better chondrogenic potential as compared to MSC derived from conventional expansion approach. This study demonstrates the significant merit and utility of size-based cell selection for the application of MSCs in cartilage regeneration.
中文翻译：
在培养扩增过程中无微流体标记的间充质干细胞亚群选择扩展了体外软骨形成潜能†
间充质干细胞（MSCs）已被证明是用于多种组织再生应用的细胞疗法的潜在候选者。MSC的治疗用途通常需要培养扩展，这会增加MSC在体外的异质性，因此影响MSC对更具体适应症的效力。因此，鉴定和分离用于治疗特定疾病的MSC特殊子集的能力具有重要的临床意义。MSC的重要治疗应用是软骨组织的再生。我们和其他人以前已经开发出了无标记的微流体方法，以基于独特的生物物理特征来分离培养扩增的MSC的亚群。在这里，我们利用螺旋微通道设备根据细胞大小将培养的MSC分为五个亚组，并研究它们在早期，中期和晚期传代的增殖和软骨形成。结果显示，在所有传代中，与其他亚群相比，中等大小的亚群（细胞大小为17-21μm），在软骨细胞外基质形成方面显示出显着更高的增殖速率和成软骨能力。同样，小细胞亚群（平均细胞大小为11–12μm）显示出较低的生存能力，而大细胞亚群（平均细胞大小为23–25μm）则表示较高水平的衰老相关的β-半乳糖苷酶。最后，我们表明，在连续培养扩增过程中，每次传代中大于21μm且小于17μm的MSC的反复微流体排斥导致与常规扩增方法衍生的MSC相比，选定的MSC具有更快的增殖和更好的软骨形成潜能。这项研究证明了基于大小的细胞选择在软骨再生中应用MSC的重要优点和实用性。
更新日期：2018-02-14
中文翻译：
在培养扩增过程中无微流体标记的间充质干细胞亚群选择扩展了体外软骨形成潜能†
间充质干细胞（MSCs）已被证明是用于多种组织再生应用的细胞疗法的潜在候选者。MSC的治疗用途通常需要培养扩展，这会增加MSC在体外的异质性，因此影响MSC对更具体适应症的效力。因此，鉴定和分离用于治疗特定疾病的MSC特殊子集的能力具有重要的临床意义。MSC的重要治疗应用是软骨组织的再生。我们和其他人以前已经开发出了无标记的微流体方法，以基于独特的生物物理特征来分离培养扩增的MSC的亚群。在这里，我们利用螺旋微通道设备根据细胞大小将培养的MSC分为五个亚组，并研究它们在早期，中期和晚期传代的增殖和软骨形成。结果显示，在所有传代中，与其他亚群相比，中等大小的亚群（细胞大小为17-21μm），在软骨细胞外基质形成方面显示出显着更高的增殖速率和成软骨能力。同样，小细胞亚群（平均细胞大小为11–12μm）显示出较低的生存能力，而大细胞亚群（平均细胞大小为23–25μm）则表示较高水平的衰老相关的β-半乳糖苷酶。最后，我们表明，在连续培养扩增过程中，每次传代中大于21μm且小于17μm的MSC的反复微流体排斥导致与常规扩增方法衍生的MSC相比，选定的MSC具有更快的增殖和更好的软骨形成潜能。这项研究证明了基于大小的细胞选择在软骨再生中应用MSC的重要优点和实用性。
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