骨骼代谢稳态依靠成骨细胞骨形成与破骨细胞骨吸收动态平衡维持。破骨细胞(OC)是体内唯一具备骨吸收功能的多核巨细胞,其体外分化高度依赖巨噬细胞集落刺激因子(M-CSF)与核因子κB受体活化因子配体(RANKL)两种关键细胞因子。已知破骨细胞与骨质疏松、类风湿关节炎、骨转移瘤、牙周骨缺损等多种疾病密切相关。因此体外诱导破骨细胞和鉴定对于研究骨代谢疾病和药物筛选至关重要。
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破骨细胞诱导
目前体外破骨细胞诱导主要采用RAW264.7细胞系诱导和原代骨髓巨噬细胞诱导两大类。这两种方法各有优缺点,可以根据自身需求灵活选择。
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RAW264.7细胞系 |
原代骨髓巨噬细胞 (BMMs) |
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来源 |
小鼠巨噬细胞系 |
小鼠股骨/胫骨骨髓提取 |
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优点 |
易培养、传代稳定、重复性好、无需小鼠 |
更接近体内真实状态、骨吸收活性强 |
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缺点 |
吸收活性偏弱、传代多后能力下降 |
周期长(7-10天)、操作繁琐、个体差异大 |
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M-CSF需求 |
自身低表达M-CSF,简化诱导可以仅添加RANKL;高要求实验建议搭配M-CSF 提升分化效率 |
扩增阶段必须全程添加M-CSF,无M-CSF巨噬细胞大量死亡,无法诱导破骨 |
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适用场景 |
预实验、机制初筛、高通量筛选 |
功能验证、严谨表型研究 |
根据公开资料,我们整理了这两种方案的详细protocol供大家参考。
方案A:RAW264.7细胞诱导
注
表格中提到RAW264.7自身低表达M-CSF,所以简化诱导可以仅加入RANKL。即细胞贴壁后,加入含100 ng/mL RANKL的α-MEM完全培养基进行培养。但是这种方法诱导的效果不如同时添加M-CSF和RANKL的方案。
方案B:原代骨髓巨噬细胞(BMMs)诱导
注
目前通过小鼠原代骨髓巨噬细胞诱导破骨细胞的方法有多种,以上仅为其中一种常见方法。
In vitro Osteoclastogenesis Assays Using Primary Mouse Bone Marrow Cells (Bio-protocol, 2018)介绍了另一套诱导体系:收集过夜未贴壁骨髓前体细胞后,可直接加入含M-CSF与RANKL的分化培养基诱导破骨,无需单独3-5天M-CSF扩增步骤。
对于双抗的使用,In vitro Osteoclastogenesis Assays Using Primary Mouse Bone Marrow Cells (Bio-protocol, 2018)中指出双抗的使用会影响破骨细胞的诱导,因此不建议在培养基中添加双抗。但是也有文献全程添加1%双抗,目的是为了防止污染。
α-MEM完全培养基中需要添加血清,一般使用热灭活血清。即56°C处理血清30 min。
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破骨细胞鉴定
体外诱导破骨细胞后,可以从细胞形态染色、分子表达、骨吸收功能三个方向进行鉴定。
细胞形态学:TRAP染色(最常用)
破骨细胞特异性高表达抗酒石酸酸性磷酸酶(TRAP),普通酸性磷酸酶活性会被酒石酸抑制,仅成熟破骨细胞可出现特异性染色,是成本最低、操作最快的鉴定手段。目前商业化的TRAP染色试剂盒(如K2606)非常成熟,可直接使用,方便快捷。
阳性破骨细胞判定标准
胞质内酒红色/紫红色颗粒或斑块;
单个细胞内细胞核数量≥3个。
功能性鉴定:骨吸收陷窝实验(功能金标准)
骨吸收陷窝实验是体外评估破骨功能的金标准。将细胞接种于牛骨片/象牙薄片同步诱导分化,实验终点洗脱细胞,显微镜下观察、统计骨片表面吸收凹陷面积与占比,直接量化细胞骨吸收活性。
分子标志物:基因/蛋白水平定量
NFATc1、TRAP、CTSK是破骨分化全程的分子标志物,可通过qPCR、Western blot、免疫荧光等方法从转录或蛋白层面量化分化程度,多用于药物干预、基因编辑的机制研究。
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常见问题汇总
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常见问题 |
可能原因 |
对应方案 |
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多核破骨细胞少 |
RAW264.7传代次数多 |
更换低代次(P10内)细胞 |
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M-CSF/RANKL失效或效果差 |
更换细胞因子,分装保存 | |
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血清质量不稳定 |
选用高品质血清 | |
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铺板细胞密度不合适 |
设置不同细胞密度进行梯度优化 | |
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原代BMMs大量死亡 |
未添加M-CSF或浓度不足 |
调整M-CSF浓度 |
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小鼠周龄过大 |
选用4-7周小鼠 | |
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骨髓裂解后洗涤不充分 |
红细胞裂解后充分洗涤 |
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相关产品:
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应用 |
货号 |
产品 |
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小鼠M-CSF |
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小鼠RANKL |
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TRAP染色试剂盒 |
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RAW264.7细胞 |
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沪公网安备 31011002003500