外泌体应用是药物开发和再生医学领域的新兴工具。我们建立了一种高纯度的外泌体分离方案,用于从新发现的干细胞CB-SC中分离外泌体,以开展机制研究。我们还将CB-SC来源的外泌体与人单核细胞共培养,诱导其分化为表型 distinct 的巨噬细胞。
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外泌体应用是药物开发和再生医学领域的新兴工具。我们建立了一种高纯度的外泌体分离方案,用于从新发现的干细胞CB-SC中分离外泌体,以开展机制研究。我们还将CB-SC来源的外泌体与人单核细胞共培养,诱导其分化为表型 distinct 的巨噬细胞。
干细胞教育器(Stem Cell Educator,SCE)疗法是一种治疗1型糖尿病及其他自身免疫性疾病的新型临床方法。SCE疗法通过将患者分离的外周血单个核细胞(如淋巴细胞和单核细胞)在血细胞分离机中循环,使其在SCE装置内与贴壁的脐带血来源干细胞(CB-SC)共培养,随后将这些被“教育”过的免疫细胞回输至患者血液中。外泌体是存在于所有生物体液和细胞培养基中的纳米级细胞外囊泡,大小为30‒150 nm。为了进一步探究SCE疗法背后的分子机制,并明确CB-SC释放的外泌体的作用,我们研究了在CB-SC治疗过程中哪些细胞会吞噬这些外泌体。通过将Dio标记的CB-SC来源外泌体与人外周血单个核细胞(PBMC)共培养,我们发现CB-SC来源的外泌体主要被人CD14阳性单核细胞摄取,从而诱导单核细胞向具有纺锤形形态及表达M2相关表面分子标志物的2型巨噬细胞(M2)分化。本文中,我们提供了一项用于分离和表征CB-SC来源外泌体的实验方案,以及CB-SC来源外泌体与人单核细胞共培养并监测其向M2分化的操作流程。
脐带血干细胞(CB-SC)是一类来源于人脐带血的独特干细胞,可与其他已知类型的干细胞(如间充质干细胞(MSC)和造血干细胞(HSC))相区分1。基于其独特的免疫调节特性以及在培养皿表面紧密贴壁生长的能力,我们开发了一项新技术,称为干细胞教育疗法(Stem Cell Educator,SCE),并已进入临床试验阶段2,3。在SCE治疗过程中,采集患者的外周血单个核细胞(PBMC),通过细胞分离装置循环,并在体外与贴壁生长的CB-SC共培养。这些经过“教育”的细胞(即经CB-SC处理的PBMC)随后通过闭环系统回输至患者体内。临床试验已证实,SCE疗法在治疗自身免疫性疾病(包括1型糖尿病(T1D)2,4和斑秃(AA)5)方面具有良好的临床安全性和有效性。
外泌体是一类直径在30‒150 nm之间的纳米颗粒,存在于所有生物体液和细胞培养基中6。外泌体富含多种生物活性分子,包括脂质、mRNA、蛋白质和微小RNA(miRNA),在细胞间通讯中发挥重要作用。近年来,由于外泌体在临床治疗中具有潜在的治疗价值,已引起研究人员和制药公司的广泛关注7,8,9。最近,我们的机制研究表明,CB-SC释放的外泌体在外泌体疗法(SCE therapy)的免疫调节中具有重要作用10。
本文描述了一种研究脐带间充质干细胞(CB-SC)分泌的外泌体介导的SCE疗法靶向单核细胞机制的实验方案。首先,采用超速离心法从CB-SC来源的条件培养基中分离CB-SC分泌的外泌体,并通过流式细胞术、蛋白质印迹法(WB)和动态光散射(DLS)进行鉴定。其次,使用绿色荧光脂溶性染料Dio对CB-SC来源的外泌体进行标记。随后,将标记后的外泌体与外周血单个核细胞(PBMC)共培养,通过流式细胞术检测Dio标记的CB-SC来源外泌体在PBMC不同亚群中的摄取阳性率。该方案为研究外泌体在干细胞免疫调节作用中的机制提供了指导。
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本方案遵循哈肯萨克梅里迪安健康中心发现与创新中心机构人体研究伦理委员会的指南。人血沉棕黄层血液单位购自纽约血液中心(纽约,纽约州)。人脐带血单位采集自健康供体,并购自Oldsmar市(佛罗里达州)Cryo-Cell International血库。纽约血液中心和Cryo-Cell International均获得血液采集与分发的所有认证,并已取得机构审查委员会(IRB)批准及供体签署的知情同意书。
1. 细胞培养及CB-SC来源条件培养基的制备
2. CB-SC 的表征
3. 脐带间充质干细胞来源外泌体的分离
4. CB-SC 来源外泌体的表征
5. 检测不同PBMC亚群摄取DiO标记的CB-SC来源外泌体的情况
6. 检测CB-SC来源的外泌体对单核细胞的作用
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最初,通过流式细胞术检测CB-SC的表型和纯度,所用标记物包括与CB-SC相关的白细胞共同抗原CD45、胚胎干细胞特异性转录因子OCT3/4和SOX2。CB-SC高表达CD45、OCT3/4、SOX2、CD270和半乳糖凝集素9,但不表达CD34(图1A)。流式细胞术分析证实,脐带间充质干细胞来源的外泌体表达外泌体特异性标志物CD9、CD81和CD63。图1B)。通过TEM和DLS对外泌体的形态学及粒径分布进行表征(图1C,D),大小为 79.38 ± 20.07 nm。Western 印迹进一步证实外泌体相关标志物 Alix 的表达,而内质网相关标志物 Calnexin 无表达(图1E).
采用 Dio 标记的 CB-SC-Exo 处理 PBMC。显微镜观察显示,Dio 标记的 CB-SC-Exo 与 PBMC...
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外泌体的应用是临床诊断、药物开发和再生医学领域的新兴方向。本文介绍了一种详细的实验方案,用于制备脐带间充质干细胞(CB-SC)来源的外泌体,并研究这些外泌体对人单核细胞分化功能的影响。本方案表明,通过连续离心和超速离心法可高纯度地分离出具有免疫调节功能的CB-SC来源外泌体,且其能够有效调控单核细胞的免疫功能。
与其他传统方法相比,超滤法是一种基于分子量和排阻尺寸(与其他细胞外囊泡(EVs)不同)来分离和纯化不同细胞或培养基中外泌体的成熟技术。尽管超滤法在分离外泌体时比基于超速离心的分离方法更节省时间,但可能会对较大尺寸的囊泡造成结构损伤。此外,也可通过聚乙二醇(PEG)介导的沉淀法以较低成本收集外泌体,但该方法因存在蛋白质污染风险而可能影响外泌体的纯度13,14。因此,本实验方案具有成本效益,可高效获得高纯度的外泌体。鉴于脐带间充质干细胞(CB-SC)来源外泌体具有免疫调节功能10,对其特性进行表征可能为临床应用前评...
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赵博士是天河干细胞生物技术有限公司的创始人。赵博士是干细胞教育技术的发明人。其他所有作者均无与提交稿件相关的经济利益。
我们感谢Poddar先生和Ludwig先生通过哈肯萨克大学医学中心基金会提供的慷慨资金支持。感谢Laura Zhao在英文编辑方面所做的工作。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 1.5 ml 微量离心管 | Fisher Scientific | 05-408-129 | |
| 15 ml 锥形管 | Falcon | 352196 | |
| 24 孔板 | Falcon | 351147 | 非组织培养 板 |
| 3,3'-二辛基氧羰花青高氯酸盐(Dio) | Millipore sigma | D4292-20MG | 4 °C 保存 |
| 300 目网格 | Ted Pella | 1GC300 | |
| 50 ml 锥形管 | Falcon | 352070 | |
| 6 孔板 | Falcon | 353046 | 组织培养板 |
| 96 孔板 | Falcon | 353072 | 组织培养板 |
| ACK 裂解缓冲液 | Lonza | 10-548E | 100 ml |
| Amicon-15 10 kDa 离心过滤单元 | Millipore sigma | UFC901024 | |
| 抗人 Alix 抗体 | Biolegend | 634501 | 4 °C 保存,RRID: AB_2268110 |
| 抗人 Calnexin 抗体 | Biolegend | 699401 | 4 °C 保存,RRID: AB_2728519 |
| 抗人 CD11c 抗体,Pe-Cy7 | BD Bioscience | 561356 | 4 °C 保存,RRID: AB_10611859 |
| 抗人 CD14 抗体,Karma Orange | Beckman Coulter | B36294 | 4 °C 保存,RRID: AB_2728099 |
| 抗人 CD163 抗体,PE | BD Bioscience | 556018 | 4 °C 保存,RRID: AB_396296 |
| 抗人 CD19 抗体,PC5 | Beckman Coulter | IM2643U | 4 °C 保存,RRID: AB_131160 |
| 抗人 CD206 抗体,FITC | BD Bioscience | 551135 | 4 °C 保存,RRID: AB_394065 |
| 抗人 CD209 抗体,Brilliant Violet 421 | BD Bioscience | 564127 | 4 °C 保存,RRID: AB_2738610 |
| 抗人 CD270 抗体,PE | Biolegend | 318806 | 4 °C 保存,RRID: AB_2203703 |
| 抗人 CD3 抗体,Pacfic Blue | Biolegend | 300431 | 4 °C 保存,RRID: AB_1595437 |
| 抗人 CD34 抗体,APC | Beckman Coulter | IM2427U | 4 °C 保存,RRID: N/A |
| 抗人 CD4 抗体,APC | BD Bioscience | 555349 | 4 °C 保存,RRID: AB_398593 |
| 抗人 CD45 抗体,Pe-Cy7 | Beckman Coulter | IM3548U | 4 °C 保存,RRID: AB_1575969 |
| 抗人 CD56 抗体,PE | Beckman Coulter | IM2073U | 4 °C 保存,RRID: AB_131195 |
| 抗人 CD63 抗体,PE | BD Bioscience | 561925 | 4 °C 保存,RRID: AB_10896821 |
| 抗人 CD8 抗体,APC-Alexa Fluor 750 | Beckman Coulter | A94686 | 4 °C 保存,RRID: N/A |
| 抗人 CD80 抗体,APC | Beckman Coulter | B30642 | 4 °C 保存,RRID: N/A |
| 抗人 CD81 抗体,FITC | BD Bioscience | 561956 | 4 °C 保存,RRID: AB_394049 |
| 抗人 CD86 抗体,APC-Alexa Fluor 750 | Beckman Coulter | B30646 | 4 °C 保存,RRID: N/A |
| 抗人 CD9 抗体,FITC | ThermoScientic | MA5-16860 | 4 °C 保存,RRID: AB_2538339 |
| 抗人 Galectin 9 抗体,Brilliant Violet 421 | Biolegend | 348919 | 4 °C 保存,RRID: AB_2716134 |
| 抗人 OCT3/4 抗体,eFluor660 | ThermoScientic | 50-5841-82 | 4 °C 保存,RRID: AB_11218882 |
| 抗人 SOX2 抗体,Alexa Fluor 488 | ThermoScientic | 53-9811-82 | 4 °C 保存,RRID: AB_2574479 |
| BCA 蛋白检测试剂盒 | ThermoFisher Scientific | 23227 | |
| 牛血清白蛋白 | Millipore Sigma | A1933 | |
| 血沉棕黄层 | 纽约血液中心 | 每单位 40–60 ml | |
| 细胞刮刀 | Falcon | 353085 | |
| 一次性半微量比色皿 | VWR | 97000590 | |
| 解离缓冲液 | Gibco | 131510014 | 100 ml |
| 双室细胞计数板 | Bio-Rad | 1450015 | |
| 外泌体-人 CD63 检测试剂 | ThermoFisher Scientific | 10606D | 4 °C 保存 |
| Ficoll-Paque PLUS 密度梯度介质 | GE Health | 17-1440-03 | 500 ml |
| 固定角转子(25°) | Thermo Scientifc | 75003698 | 最大 24,700 × g |
| Gallios 流式细胞仪 | Beckman Coulter | 3 激光 最多 10 色 | |
| 人脐带血 | Cryo-Cell International | 每单位 40–100 ml | |
| 人 Fc 封闭剂 | BD Bioscience | 564220 | 4 °C 保存 |
| Immun-Blot PVDF 膜 | Bio-Rad | 1620177 | |
| Millex-GP 注射器滤器单元,0.22 µm | Millipore Sigma | SLGP033RS | |
| Optima XE-90 超速离心机 | Beckman Coulter | ||
| 轨道摇床 MP4 | BioExpress | S-3500-1 | |
| PBS | ThermoFisher Scientific | 10010049 | 500 ml |
| 碘化丙啶 | BD Bioscience | 56-66211E | 4 °C 保存 |
| Nikon Eclipse Ti2 显微镜 | Nikon instruments Inc | Eclipse Ti2 | NIS-Elements 软件版本 5.11.02 |
| Hochest 33342 | Thermo Scientifc | 62249 | 5 ml |
| 倒置显微镜 | Fisher scientific | 12563518 | |
| 转子 41 Ti | Beckman Coulter | 331362 | 最大 41,000 rpm |
| Sorvall St 16R 离心机 | Thermo Scientifc | 75004381 | |
| 摆桶转子 | Thermo Scientifc | 75003655 | |
| TC-20 细胞计数仪 | Bio-Rad | ||
| ThermoScientific Forma 380 Steri Cycle CO2 培养箱 | ThermoFisher Scientific | ||
| 透射电子显微镜 | JEOL | JEM-2100 PLUS | |
| 超速离心管 | Beckman Coulter | 331372 | |
| X'VIVO 15 无血清培养基 | Lonza | BEBP04-744Q | 1000 ml 培养基,4 °C 保存 |
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