本方案描述了一种经济高效的方法来纯化、扩增和表征小鼠高度均匀的骨髓间充质干细胞 (BMSC)。这种方法有助于获得大量具有高增殖和分化潜力的 BMSC,支持小鼠模型并推进临床前研究。
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本方案描述了一种经济高效的方法来纯化、扩增和表征小鼠高度均匀的骨髓间充质干细胞 (BMSC)。这种方法有助于获得大量具有高增殖和分化潜力的 BMSC,支持小鼠模型并推进临床前研究。
间充质干细胞 (MSC) 是一组可以自我更新并分化为多个细胞谱系的干细胞。其中,在骨髓中发现的 MSCs,称为骨髓间充质干细胞 (BMSC),在成骨、造血支持、归巢/迁移和免疫抑制中起着至关重要的作用。BMSCs 因其具有细胞治疗策略的潜力,以及它们易于获得、遗传稳定性和低免疫原性,因此被广泛用于细胞生物学和组织工程研究。造血干细胞 (HSC) 和 BMSCs 共存于骨髓中,但具有不同的祖细胞。从骨髓中提取细胞时,通常会获得多种细胞类型,这可能导致细胞群的异质性,从而可能导致偏倚且不符合高实验标准。因此,开发有效的技术来提高体外 BMSCs 的均一性和产量至关重要。本研究提出了对从 BALB/c 小鼠获得的 BMSCs 进行纯化、扩增和基于流式细胞术的表型分析的详细方案。使用流式细胞术表征第三代 BMSCs 的均一性和干细胞表型,显示 CD29 、 CD44 和 Sca-1 阳性,CD45 和 CD31 阴性,并证实其成骨和成脂分化能力。这种具有成本效益的方案提供了一种简单有效的方法来获得足够数量的具有高增殖和分化潜力的均相 BMSC,这对于推进小鼠模型研究和广泛的临床前研究至关重要。
骨髓间充质干细胞 (BMSC) 以其多能特性而闻名,由于其自我可再生、分化和免疫调节特性,被广泛用于治疗各种疾病 1,2。BMSCs 易于获得,能够广泛扩增,表现出免疫抑制特性,并且不会立即引发免疫反应3,这使得它们对组织工程应用和细胞治疗的有效载体具有吸引力。
在骨髓中,两个主要的干细胞群及其后代,造血干细胞和 BMSC,是主要居民4。传统上,BMSCs 是通过靶向骨髓穿刺获得的,并在 体外被鉴定为塑料贴壁细胞。然而,这种方法不足以区分 BMSCs 与其他骨髓亚群,包括内皮细胞、周细胞、白细胞和造血干细胞5。因此,需要一种简单有效的分离 BMSCs 的方案。
目前的工作详细介绍了通过物理粘附在塑料细胞培养板上来分离和纯化 BMSC。流式细胞术实验是使用表面标记CD29、CD44和Sca-1对第三代BMSCs进行的,如国际细胞与基因治疗协会(ISCT)间充质细胞(MSC)委员会6所述。根据 ISCT 标准,小鼠 MSC 的特征是 CD29、CD44 和干细胞抗原 1 (Sca-1) 阳性,而造血细胞标志物 CD45 和内皮细胞标志物 CD31 阴性。此外,BMSC 应该是多能的,证明三系分化为成骨细胞、软骨细胞和脂肪细胞。在该实验中,在提取的 BMSC 中诱导成骨,第 7 天进行 ALP 染色,第 21 天进行茜素红 S 测定以评估分化。还诱导分离和纯化的 BMSCs 的成脂分化,在第 21 天进行油红 O 染色以评估脂肪生成。
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根据上海中医药大学实验动物伦理指南(伦理批准号:PZSHUTCM2211070009)批准了动物处理。本研究使用 8 周龄雌性 BALB/c 小鼠 (SPF 级,20 ± 1 g 体重)。该方案概述了小鼠来源的 BMSC 的纯化、传代、基于流式细胞术的表型分析以及成骨和成脂分化。使用的试剂和设备列在 材料表中。
1. 动物处理
2. 从小鼠后肢采集股骨和胫骨
3. 小鼠 BMSCs 的纯化和培养
4. 替代 αMEM 培养基用于 BMSC 培养
5. BMSC 的通过
6. 准备用于表型鉴定和成骨分化的 P3 BMSCs
7. 通过流式细胞仪对 BMSCs 进行表型鉴定
8. BMSCs 的成骨分化
9. 用 ALP 染色鉴定分化的成骨细胞
10. 茜素红 S 法鉴定分化的成骨细胞
11. BMSCs成脂诱导分化培养基A的制备
注:对于 BMSC 的脂肪细胞分化,通常根据指南使用小鼠骨髓间充质干细胞成脂分化试剂盒(参见 材料表)。
12. BMSCs成脂诱导分化培养基B的制备
13. BMSCs 的脂肪细胞分化
14. 油红 O (ORO) 染色
注意:尽可能轻柔地执行所有程序,以避免脂滴脱落。
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分离小鼠来源的 BMSCs 并培养约 2 周,以产生第三代 (P3) BMSC(图 3)。如图 3A 所示,从骨髓中新鲜提取的细胞仍然是单核细胞,带有可见的脂肪滴。纺锤形细胞出现在培养皿中,在第 5 个培养日达到 60%-80% 汇合(图 3B,C)。从 P1-P3 (图 3D-F) 开始,BMSCs 表现出长纺锤形或梭形,以单层形式生长并形成细胞集落网络。细胞通常保持适当的间距,细胞质清晰,没有明显的细胞凋亡迹象,细胞核没有异常片段。
流式细胞术分析显示,BMSC 表面标志物 CD29 (
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干细胞疗法因其彻底改变再生医学的潜力而引起了相当大的兴趣。临床前研究提供了大量证据支持干细胞的临床应用,尤其是 BMSCs13。然而,细胞产量低、污染和生长缓慢等挑战阻碍了它们的临床应用。因此,迫切需要研究 BMSC 制备过程的标准化,以提高细胞产量和功能,从而拓宽其临床用途2。
该方法在 BMSC 的分离和培养方面具有几个显着优势。首先,通过保持连续培养 5 天而不进行任何作,最大限度地减少了对新鲜分离的骨髓细胞的干扰,使造血细胞能够支持 BMSC 的营养和维持。此外,采用换培养基和连续传代等技术纯化 BMSC,采用低比例 (1:1-1:2) 的慢传代方法,促进 BMSCs 的增殖和纯化。其次,该技术简单且干扰最小,可将 MSC 维持在其天然生态位中,保留必需的基质细胞、细胞外基质成分和分泌因子14。这种保存支持 MSC 的自我更新和分化,这对它们的功能至关重要。第三,培...
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作者声明与本研究无关利益冲突。
这项工作得到了中国国家重点研发计划 (2020YFE0201600) 和中国国家自然科学基金 (82174408 和 82374477) 的资助。
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