本文介绍了一种人牙髓干细胞的分离与扩增方案,旨在评估朊蛋白在神经元分化过程中的表达情况。
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本文介绍了一种人牙髓干细胞的分离与扩增方案,旨在评估朊蛋白在神经元分化过程中的表达情况。
与胚胎干细胞操作相关的生物伦理问题阻碍了医学研究领域的进展。因此,从脂肪组织、脐带、骨髓和血液等不同组织中获取成体干细胞显得尤为重要。在诸多可能的来源中,牙髓尤其具有吸引力,因其获取过程符合生物伦理要求。事实上,人牙髓干细胞(hDPSCs)是一类成体干细胞,能够分化为类神经元细胞,且可从健康患者(13–19岁)的第三磨牙中获得。具体而言,使用挖匙取出牙髓组织,将其切成小片,用IV型胶原酶处理后接种于培养瓶中进行培养。为诱导神经元分化,采用EGF/bFGF对hDPSCs刺激处理两周。此前,我们已证明在分化过程中,hDPSCs中细胞型朊蛋白(PrPC)的含量增加。流式细胞分析显示PrPC在早期即有表达,并在神经元分化后进一步升高。通过siRNA介导的PrPC敲除可阻断EGF/bFGF诱导的神经元分化。本文中,我们展示了通过多种简便步骤优化hDPSCs的分离、纯化及体外培养方法后,获得了更高效率的细胞克隆,并实现了间充质干细胞(MSCs)的大规模扩增。我们还表明,按照本方案所述方法获得的hDPSCs是研究MSCs神经元分化过程及其后续细胞与分子机制的优良实验模型。
间充质干细胞已从多种组织中分离获得,包括骨髓、脐带血、人牙髓、脂肪组织和血液1,2,3,4,5,6。据多位研究人员报道,人牙髓干细胞(hDPSCs)具有贴壁生长特性,并呈现典型的成纤维细胞样形态。这类细胞属于高度异质性的群体,含有不同的克隆,且在增殖能力和分化潜能方面存在差异7,8。hDPSCs表达间充质干细胞特异性标志物(如CD44、CD90、CD73、CD105、STRO-1),不表达某些造血系标志物(如CD14和CD19),并具备体外多向分化潜能9,10,11。
多位研究人员已证实,通过不同的实验方案,这些细胞能够分化为类神经元细胞,方案中包括添加NGF、bFGF、EGF,并 与 特定培养基及补充物联合使用7,12。此外,在神经元分化过程中涉及多种蛋白质,其中多篇文献表明,细胞型朊蛋白(PrPC)在胚胎干细胞和成体干细胞中均发挥重要作用,并呈现显著表达13,14。PrPC是一种具有多效性的分子,可在细胞内执行多种功能,包括铜代谢、凋亡调控以及抗氧化应激能力15,16,17,18,19,20,21,22。
在我们之前的研究23中,探讨了PrPC在hDPSCs神经元分化过程中的作用。事实上,hDPSCs会过早表达PrPC,而在神经元分化后,可观察到其表达进一步增加。其他研究者曾假设PrPC可能在干细胞的神经元分化过程中发挥作用。确实,PrPC能够驱动人胚胎干细胞分化为神经元、少突胶质细胞和星形胶质细胞24。本研究的目的是强调从牙髓中获取干细胞的方法、其分化过程以及PrPC在神经元分化期间所起的作用。
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本研究中使用的第三磨牙来自13至19岁、无药物或酒精使用史、非吸烟且口腔卫生状况良好的患者。在说明当日,于口腔科学与颌面医学系 "萨皮恩扎" 罗马大学,在伦理考量及伦理委员会批准的基础上,已从患者或其家长处获得知情同意。
1. 牙齿与牙髓提取
2. 牙髓处理与干细胞释放
3. 干细胞培养与扩增
4. 通过siRNA瞬时沉默PrPC
5. hDPSCs 的神经元诱导过程
6. 通过流式细胞术表征人牙髓干细胞
7. 通过流式细胞术分析评估 hDPSCs 中 PrPC 的表达
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从智齿牙髓中分离和纯化人牙髓干细胞(hDPSCs)的过程较为复杂,微小的操作差异可能导致失败的结果。本文采用Arthur等.12的实验方案,并进行了多项优化。代表性实验流程见图1。
hDPSCs 代表一群具有不同克隆以及增殖和分化能力差异的异质性细胞7,8在牙髓分离并接种微小牙髓组织片段后,我们观察到细胞簇在周边区域扩展。 图2 显示牙髓组织分离后1天(左图)、4天(中图)和7天(右图)的小细胞簇。通常情况下,这些细胞簇持续生长,约在7至12天之间达到汇合状态。
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在本研究中,我们重点关注 hDPSCs 的分离及其向神经元分化的方法学,并进一步评估了 PrPC 在该过程中的作用。目前已有多种方法可用于 hDPSCs 的分离及其向类神经元细胞的分化,且该过程包含多个关键步骤。hDPSCs 能够向多种谱系分化,包括软骨母细胞、脂肪细胞、成骨细胞以及神经元。在本文中,我们探讨了神经元分化的机制以及 PrPC 的存在情况。如上所述,这些细胞表达典型的间充质基质细胞特异性表面抗原,如 CD44、CD90、CD105、CD73 和 STRO-110,25,26。
在本方案中,若干关键步骤可能导致分离过程失败。第一个关键步骤是患者的选择27。根据我们的经验,供体年龄增大(>20岁)会逐渐降低干细胞的增殖和分化能力。在本实验中,我们选用13至19岁、无药物或酒精使用史、非吸烟且具备良...
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作者无任何利益冲突需要披露。
本工作由 "Fondazione Varrone" 和 Rieti 大学中心 "Sabina Universitas" 资助 Vincenzo Mattei。
图5(A,B)经出版商Taylor & Francis Ltd许可转载自:Prion蛋白-EGFR多分子复合物在人牙髓源性干细胞神经元分化过程中的作用。Martellucci, S., Manganelli V., Santacroce C., Santilli F., Piccoli L., Sorice M., Mattei V. Prion. 2018年3月4日。Taylor & Francis Ltd.
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 两性霉素B溶液 | Sigma-Aldrich | A2942 | 用于补充细胞培养基,是一种来自链霉菌的多烯类抗真菌抗生素 |
| 抗B3微管蛋白抗体 | Cell Signaling Technology | #4466 | 六种β-微管蛋白亚型之一,在胎儿期和出生后发育过程中高度表达,在周围神经系统中保持高水平 |
| 抗CD105抗体 | BD Biosciences | 611314 | 内皮糖蛋白(CD105)是人血管内皮的主要糖蛋白,为I型整合膜蛋白,具有大的胞外区、疏水性跨膜区和短的胞质尾部 |
| 抗CD44抗体 | Millipore | CBL154-20ul | 针对间充质干细胞的阳性细胞标志物抗体 |
| 抗CD73抗体 | Cell Signaling Technology | 13160 | CD73是一种70 kDa的糖基磷脂酰肌醇锚定型膜结合糖蛋白,可催化胞外核苷单磷酸水解为具有生物活性的核苷 |
| 抗CD90抗体 | Millipore | CBL415-20ul | 针对间充质干细胞的阳性细胞标志物抗体 |
| 抗GAP43抗体 | Cell Signaling Technology | #8945 | 是神经系统特异性的生长相关蛋白,存在于生长锥及高可塑性区域 |
| 抗小鼠PE抗体 | Abcam | ab7003 | 用于流式细胞术或FACS分析的抗体 |
| 抗NFH抗体 | Cell Signaling Technology | #2836 | 可检测内源性总神经丝重链蛋白(Neurofilament-H)水平的抗体 |
| 抗PrP单克隆抗体EP1802Y | Abcam | ab52604 | 兔单克隆抗体[EP1802Y],靶向朊病毒蛋白PrP |
| 抗兔CY5抗体 | Abcam | ab6564 | 用于流式细胞术或FACS分析的抗体 |
| 抗STRO-1抗体 | Millipore | MAB4315-20ul | 针对间充质干细胞的阳性细胞标志物抗体 |
| B27无血清培养基添加剂 CTS | Gibco by life technologies | A14867-01 | B-27 可用于支持从多能干细胞(PSCs)诱导人神经干细胞(hNSCs)、hNSCs的扩增、hNSCs的分化,以及在培养中维持成熟分化的神经元 |
| BD Accuri C6 流式细胞仪 | BD Biosciences | AC6531180187 | 配备蓝色激光(488 nm)和红色激光(640 nm)的流式细胞仪 |
| BD Accuri C6 软件 | BD Biosciences | 用于控制BD Accuri C6流式细胞仪系统,以获取数据、生成统计结果并分析实验数据 | |
| bFGF | PeproThec, DBA | 100-18B | 碱性成纤维细胞生长因子 |
| CL30R离心机 | Thermo Fisher Scientific | 11210908 | 用于基于密度分离流体、气体或液体的设备 |
| CO2培养箱 3541 | Thermo Fisher Scientific | 317527-185 | 确保细胞培养的最佳且可重复的生长条件 |
| IV型胶原酶 | Life Technologies | 17104019 | 胶原酶是一种蛋白酶,可切割胶原中高频出现的Pro-X-Glyc-Pro序列中中性氨基酸(X)与甘氨酸之间的肽键 |
| 一次性手术刀 | Swann-Morton | 501 | 用于切割组织 |
| DMEM-L | Euroclone | ECM0060L | 含L-谷氨酰胺和丙酮酸钠的低糖杜氏改良伊格尔培养基 |
| EGF | PeproThec, DBA | AF-100-15 | 表皮生长因子 |
| 胎牛血清 | Gibco by life technologies | 10270-106 | 胎牛血清(FBS)是一种常用的培养基添加剂,因其在细胞培养中具有多种功能而广受欢迎。FBS可提供营养物质、生长和贴附因子,并通过难以在无血清培养基(SFM)系统中复制的机制保护细胞免受氧化损伤和凋亡 |
| Filtropur BT50 0.2 µm,500 mL 瓶顶过滤器 | Sarstedt | 831,823,101 | 用于溶液过滤的装置 |
| Flexitube GeneSolution for PRNP | Qiagen | GS5621 | 针对Entrez基因5621的4种siRNA。靶序列N.1 TAGAGATTTCATAGCTATTTA N.2 CAGCAAATAACCATTGGTTAA N.3. CTGAATCGTTTCATGTAAGAA N.4 CAGTGACTATGAGGACCGTTA |
| 1× Hank's溶液 | Gibco by life technologies | 240200083 | Hanks′平衡盐溶液的主要功能是维持pH和渗透压平衡,同时为细胞提供水分和必需的无机离子 |
| HiPerFect转染试剂 | Qiagen | 301705 | HiPerFect转染试剂是一种阳离子与中性脂质的独特混合物,可有效促进siRNA进入细胞并在细胞内高效释放,即使使用低浓度siRNA也能实现高效的基因沉默 |
| Neurobasal A | Gibco by life technologies | 10888022 | Neurobasal-A培养基是一种基础培养基,专为纯化的出生后及成年脑神经元的长期维持和成熟而设计 |
| 多聚甲醛 | Sigma-Aldrich | 30525-89-4 | 多聚甲醛已用于染色过程中细胞和组织切片的固定 |
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| 离心管 | Sarstedt | 62,554,502 | 15 mL离心管,120 mm × 17 mm,聚丙烯材质 |
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