本文介绍了可从鼠骨、骨髓、胸腺及人胸腺组织中分离基质细胞的实验方案,这些方案适用于单细胞多组学分析。
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本文介绍了可从鼠骨、骨髓、胸腺及人胸腺组织中分离基质细胞的实验方案,这些方案适用于单细胞多组学分析。
单细胞测序技术使得研究人员能够绘制造血器官基质中异质性细胞群体的图谱。这些方法为研究稳态下尚未解析的细胞异质性,以及由外界应激或衰老过程所诱导的细胞类型组成变化提供了有力工具。本文提供了从小鼠和人胸腺,以及小鼠骨骼和骨髓中分离高质量基质细胞群体的分步实验方案。通过这些方案分离得到的细胞适用于生成高质量的单细胞多组学数据集。文中讨论了样本消化、造血谱系细胞耗竭、流式细胞术分析/分选等步骤的影响,以及这些因素如何影响与单细胞测序技术的兼容性。通过展示流式细胞术图谱示例,说明了有效与低效解离的效果,并结合测序后分析中下游基质细胞得率,为使用者提供了可识别的操作提示。充分考虑基质细胞的特定需求,对于获得高质量且可重复的实验结果至关重要,这将推动该领域的科学认知不断深入。
在健康成人中,血细胞的从头生成发生于骨髓和胸腺。这些部位的基质细胞对维持造血功能至关重要,但基质成分仅占组织的不到1%1,2,3,4。因此,获得支持造血功能的基质细胞的纯化分离物构成了重大挑战,特别是对于需要快速处理以获取高质量样本的单细胞多组学研究而言尤为如此。不同消化液组分可能干扰多组学分析中的某些步骤5,6。本文所述方案详细介绍了从骨髓和胸腺组织中分离多种类型基质细胞的方法。
骨髓和胸腺中基质成分的扰动会严重破坏血细胞发育,并可能导致恶性肿瘤7,8,9。造血支持性基质在细胞毒性预处理及骨髓移植后会受到损伤,导致维持造血干细胞和祖细胞(HSPCs)的细胞因子和生长因子分泌减少2,10,11。此外,衰老会影响骨髓和胸腺的基质细胞,可能促进衰老相关的造血表型。胸腺是最早发生显著年龄相关性退变的器官。早在青春期开始时,脂肪组织和纤维化组织便开始取代支持T细胞发育的基质12,13。在骨髓中,随着年龄增长,脂肪细胞含量增加,血管壁龛和骨内膜壁龛也发生显著重塑14,15,16。
为了研究多种应激状态下支持造血功能的基质,以及人和小鼠胸腺组织中的此类基质,我们优化了先前发表的消化方案1,2,8,17,18。这些方案可高效且可重复地分离细胞,并适用于单细胞RNA测序(scRNAseq)及其他多组学分析技术。
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所有涉及人体组织的工作均在获得麻省总医院机构审查委员会(IRB)批准后进行。所有动物实验均按照麻省总医院机构动物护理和使用委员会(IACUC)的指南进行。本研究使用了8至10周龄的C57Bl/6小鼠,包括雄性和雌性。实验动物来自商业来源(见材料表)。
1. 小鼠胸腺组织的制备
2. 人胸腺组织的制备
3. 小鼠骨组织和骨髓组织的制备
注意:为了获得最高纯度的基质细胞并实现组织的最佳解离,骨组织和骨髓组分需分别进行两次独立的消化反应。在消化步骤完成后,可将样品合并,作为单一的基质细胞组分进行分选。
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这些方案可从胸腺和骨髓中获得适用于流式细胞分析以及单细胞多组学(如单细胞RNA测序)的可重复的基质细胞类型。小鼠胸腺组织在应激因素(如骨髓移植前的细胞毒性预处理或自然衰老过程)下会发生显著重塑。因此,在上述两种情况下,胸腺细胞数量均显著减少(图1A)。一只8周龄野生型小鼠的胸腺约含有1亿个细胞,而2岁小鼠胸腺的细胞数量可能仅为前者的一半,骨髓移植后4天的胸腺细胞数甚至可低至500,000个(图1A)。
细胞毒性预处理将优先清除造血细胞,从而使基质细胞组分相对富集(图1B)。然而,由于总体细胞数量较低,分离获得足够数量的胸腺基质细胞仍具有挑战性。因此,可能需要合并多只动物以获取适用于下游多组学分析的细胞数量,并尽可能减少样本损失。为了对胸腺基质细胞进行多组学分析,需通过荧光激活细胞分选(FACS)分离活的、单个的、CD45-Ter119-细胞(图1C
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造血器官中的基质细胞对正常的血液生成至关重要,而造血基质的紊乱可能导致造血功能维持及应激反应出现严重障碍9,23,24。深入了解造血基质细胞对于认识血液系统疾病7,9,10,24以及开发治疗这些疾病的疗法25,26具有重要意义。然而,可重复地将造血基质与实质组织分离仍是一项挑战,尤其是在单细胞多组学技术发展的背景下,该技术要求高质量的样本制备,同时最大化基质细胞的得率和多样性。本文所述方案已优化,可兼容大多数下游多组学应用,并能有效应对造血基质细胞分离中的各项挑战
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D.T.S. 是 Agios Therapeutics 和 Editas Medicines 的董事兼股东;是 Magenta Therapeutics 和 LifeVault Bio 的创始人、董事、股东及科学顾问委员会成员;是 Fate Therapeutics 和 Garuda Therapeutics 的股东及创始人;是 Clear Creek Bio 的董事、创始人及股东;并担任 FOG Pharma、Inzen Therapeutics 和 VCanBio 的顾问,同时获得住友迪艾普制药(Sumitomo Dainippon)的资助研究经费。D.T.S. 和 K.G. 是专利 US20220143099A1 的发明人。
我们得到了马萨诸塞州总医院HSCI-CRM流式细胞术实验室和哈佛大学Bauer核心实验室提供的专业技术支持。T.K. 和 K.G. 得到了瑞典研究理事会的资助,C.M. 得到了德国研究基金会的资助。我们感谢Sergey Isaev和I-Hsiu Lee在单细胞RNA测序数据分析方面提供的帮助。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 0.25% 胰蛋白酶-EDTA | Thermo Fisher Scientific | 25200-072 | |
| 7AAD(7-氨基放线菌素 D) | BD Biosciences | 559925 | |
| 抗人谱系抗体混合物 3-FITC | BD Biosciences | 643510 | |
| 牛血清白蛋白 | Millipore Sigma | A9647 | |
| C57Bl/6 小鼠 | Jackson | 664 | 雄性或雌性,8–12 周龄 |
| Calcein | Fisher Scientific | 65-0853-78 | |
| 胶原酶 IV | Millipore Sigma | C5138 | |
| Corning 无菌细胞筛,白色,孔径:70 µm | Fisher Scientific | 08-771-2 | |
| Dispase II | Thermo Fisher Scientific | 17105041 | |
| 脱氧核糖核酸酶 I 溶液 | Thermo Fisher Scientific | 90083 | 2500 U/mL |
| Easysep 小鼠链霉亲和素 RapidSpheres 分离试剂盒 | StemCell Technologies | 19860 | |
| 胎牛血清 | Gibco | A31605-01 | 合格一次性产品 |
| 人 Fc 封闭剂 | BD Biosciences | 564220 | |
| Liberase TM | Millipore Sigma | 5401127001 | 研究级 |
| Medium 199 | Gibco | 12350 | |
| 小鼠抗人 CD235a-BV77 | BD Biosciences | 740785 | |
| 小鼠抗人 CD31-PE/Dazzle594 | Biolegend | 303130 | |
| 小鼠抗人 CD45-BV77 | Biolegend | 304050 | |
| 小鼠抗人 CD4-BV605 | BD Biosciences | 562658 | |
| 小鼠抗人 CD66b-FITC | BD Biosciences | 555724 | |
| 小鼠抗人 CD8-APC/Cy7 | BD Biosciences | 557760 | |
| 小鼠抗人 EpCam-BV421 | Biolegend | 324220 | |
| Protector RNase 抑制剂 | Millipore Sigma | 3335402001 | |
| 大鼠抗小鼠 CD105-PE /dazzle594 | Biolegend | 120424 | |
| 大鼠抗小鼠 CD11b-生物素 | Biolegend | 101204 | |
| 大鼠抗小鼠 CD140a-APC | Fisher Scientific | 17-1401-81 | |
| 大鼠抗小鼠 CD16/CD32(小鼠 BD Fc 封闭剂) | BD Biosciences | 553142 | |
| 大鼠抗小鼠 CD31-BUV737 | BD Biosciences | 612802 | |
| 大鼠抗小鼠 CD31-BV421 | Biolegend | 102424 | |
| 大鼠抗小鼠 CD3-生物素 | Biolegend | 100244 | |
| 大鼠抗小鼠 CD45.2-生物素 | Biolegend | 109804 | |
| 大鼠抗小鼠 CD45-PE/Cy7 | Biolegend | 103114 | |
| 大鼠抗小鼠 CD45-PE/Cy7 | Biolegend | 103114 | |
| 大鼠抗小鼠 CD45-PE/Cy7 | Biolegend | 103114 | |
| 大鼠抗小鼠 CD45R/B220-生物素 | Biolegend | 103204 | |
| 大鼠抗小鼠 CD51-PE | Biolegend | 104106 | |
| 大鼠抗小鼠 EpCam-BV711 | BD Biosciences | 563134 | |
| 大鼠抗小鼠 Ly-6A/E(Sca-1)-AF700 | Biolegend | 108142 | |
| 大鼠抗小鼠 Ly-6G/Ly-6C(Gr1)-生物素 | Biolegend | 108404 | |
| 大鼠抗小鼠 Ter119-生物素 | Biolegend | 116204 | |
| 大鼠抗小鼠 Ter119-PE | Biolegend | 116208 | |
| 大鼠抗小鼠 Ter119-PE/Cy7 | Biolegend | 116222 | |
| Stemxyme | Worthington Biochemical | LS004107 |
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