本方案描述了一种经济高效的方法,用于纯化、扩增和表征小鼠来源的高度均一的骨髓间充质干细胞(BMSCs)。该方法有助于获得大量具有高增殖和分化潜能的BMSCs,可支持小鼠模型研究并推动临床前研究的进展。
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本方案描述了一种经济高效的方法,用于纯化、扩增和表征小鼠来源的高度均一的骨髓间充质干细胞(BMSCs)。该方法有助于获得大量具有高增殖和分化潜能的BMSCs,可支持小鼠模型研究并推动临床前研究的进展。
间充质干细胞(MSCs)是一类具有自我更新能力并可分化为多种细胞谱系的干细胞。其中,存在于骨髓中的间充质干细胞,称为骨髓间充质干细胞(BMSCs),在成骨作用、造血支持、归巢/迁移以及免疫抑制方面发挥着关键作用。由于其在细胞治疗策略中的潜力,以及易于获取、遗传稳定性高和免疫原性低等特点,BMSCs被广泛应用于细胞生物学和组织工程研究。造血干细胞(HSCs)与BMSCs共存于骨髓中,但来源于不同的前体细胞。在从骨髓提取细胞时,通常会获得多种细胞类型,可能导致细胞群体的异质性,从而引发实验偏差,难以满足高标准的实验要求。因此,建立有效的技术以提高体外培养中BMSCs的纯度和得率至关重要 in vitro。本研究提供了一种从BALB/c小鼠中分离BMSCs的详细方案,包括纯化、扩增及基于流式细胞术的表型鉴定。通过流式细胞术对第3代BMSCs的均一性和干细胞表型进行表征,结果显示其对CD29、CD44和Sca-1呈阳性,对CD45和CD31呈阴性,并证实其具备成骨和成脂分化能力。该方案成本低、操作简便高效,可获得数量充足、均一性高且具有强增殖与多向分化潜能的BMSCs,对于推动小鼠模型研究及广泛的临床前研究具有重要意义。
骨髓间充质干细胞(BMSCs)因其多向分化潜能特性而广为人知,且由于具有自我更新、分化和免疫调节特性,已被广泛应用于多种疾病的治疗1,2。BMSCs易于获取,可大量扩增,具有免疫抑制特性,且不会引发即刻的免疫反应3,因此在组织工程应用及作为细胞治疗的有效载体方面具有广阔前景。
在骨髓中,两种主要的干细胞群体及其后代——造血干细胞和骨髓间充质干细胞(BMSCs)——是骨髓的主要常驻细胞4。传统上,BMSCs通过靶向骨髓穿刺获取,并在体外鉴定为贴壁生长的细胞in vitro。然而,该方法不足以将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)区分开来5。因此,亟需一种简便且有效的BMSC分离方案。
本研究详细描述了通过骨髓间充质干细胞(BMSCs)对塑料细胞培养板的物理贴壁特性进行分离与纯化的方法。采用第三代BMSCs进行流式细胞术实验,检测细胞表面标志物CD29、CD44和Sca-1的表达,实验方案遵循国际细胞治疗学会(International Society for Cell & 基因治疗(ISCT)间充质基质细胞(MSC)委员会6根据国际细胞治疗学会(ISCT)标准,小鼠间充质干细胞(MSCs)的特征为表达CD29、CD44和干细胞抗原1(Sca-1),不表达造血细胞标志物CD45和内皮细胞标志物CD31。此外,骨髓间充质干细胞(BMSCs)应具备多向分化潜能,能够分化为成骨细胞、软骨细胞和脂肪细胞。在本实验中,对分离获得的BMSCs诱导成骨分化,于第7天进行碱性磷酸酶(ALP)染色,第21天进行茜素红S染色以评估成骨分化效果。同时对分离纯化的BMSCs诱导成脂分化,并于第21天进行油红O染色以评估成脂分化情况。
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动物实验已根据上海中医药大学的实验动物伦理指南获得批准(伦理批准编号:PZSHUTCM2211070009)。本研究使用8周龄雌性BALB/c小鼠(SPF级,体重20 ± 1 g)。本方案概述了小鼠来源的骨髓间充质干细胞(BMSCs)的分离纯化、传代培养、基于流式细胞术的表型鉴定,以及成骨和成脂分化。所用试剂与仪器列于材料表中。
1. 动物处理
2. 从小鼠后肢收获股骨和胫骨
3. 小鼠骨髓间充质干细胞的分离纯化与培养
4. BMSC 培养中 αMEM 培养基的更换
5. BMSCs 的传代
6. 准备P3代骨髓间充质干细胞用于表型鉴定及成骨分化
7. 通过流式细胞仪对骨髓间充质干细胞进行表型鉴定
8. BMSCs 的成骨分化
9. 通过ALP染色鉴定分化的成骨细胞
10. 通过茜素红S染色法鉴定分化的成骨细胞
11. 骨髓间充质干细胞成脂诱导分化培养基A的制备
注意:根据说明书,通常使用小鼠骨髓间充质干细胞成脂分化试剂盒(见材料表)进行骨髓间充质干细胞(BMSCs)的脂肪细胞分化。
12. 骨髓间充质干细胞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:所有操作步骤均应尽可能轻柔,以避免脂滴脱落。
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小鼠来源的骨髓间充质干细胞(BMSCs)被分离并培养约2周,以获得第3代(P3)BMSCs(图3)。如图所示 图3A,从骨髓中 freshly 提取的细胞保持单核状态,并可见脂滴。培养皿中出现纺锤形细胞,在第5天达到60%–80%融合度th 培养天数 (图3B,C)。从P1-P3(图3D-F),BMSCs 呈细长的梭形,以单层方式生长,并形成细胞集落网络。细胞通常保持适当的间距,胞质清晰,无明显凋亡迹象,细胞核未见异常碎片。
流式细胞术分析显示,骨髓间充质干细胞表面标志物 CD29(
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干细胞治疗因其在再生医学领域的革命性潜力而受到广泛关注。临床前研究已提供了大量证据,支持干细胞尤其是骨髓间充质干细胞(BMSCs)的临床应用13。然而,细胞产量低、污染风险以及生长缓慢等挑战限制了其临床应用。因此,亟需开展针对BMSC制备流程标准化的研究,以提高细胞产量和功能,从而拓展其临床应用范围2。
该方法在骨髓间充质干细胞(BMSCs)的分离与培养中具有多项显著优势。首先,通过在无任何操作条件下持续培养5天,最大限度地减少了对新鲜分离骨髓细胞的干扰,使造血细胞能够为BMSCs提供营养支持和维持环境。此外,通过采用换液和连续传代等技术对BMSCs进行纯化,并采用低比例(1:1–1:2)的慢速传代方法,既促进BMSCs的增殖,又提高其纯度。其次,该技术操作简便且干扰最小,能够使间充质干细胞(MSCs)保留在其天然微环境中,维持关键的基质细胞、细胞外基质成分及分泌因子14。这种保留有助于MSC的自我更新与分化能力,对其功能发挥至关重要。第三...
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作者声明本研究不存在利益冲突。
本工作获得了国家重点研发计划项目资助&中国国家重点研发计划(2020YFE0201600)和国家自然科学基金(82174408 和 82374477)。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 1 mL注射器(22G针头) | KINDLY GROUP(KDL) | 60017031 | |
| 1-步法 NBT/BCIP | Pierce Biotechnology, Inc. | 34042 | 碱性磷酸酶染色 |
| 10%中性缓冲福尔马林 | Wexis | 5200250 | 细胞固定 |
| 6孔板 | Labselect | 11110 | 细胞培养 |
| 24孔板 | Labselect | 11310 | 细胞培养 |
| 40 μm细胞筛 | 科尼格 | 352340 | 过滤以去除团聚物 |
| 50 mL 注射器 | KINDLY GROUP(KDL) | 60017040 | |
| 75% 乙醇 | 上海年悦生物科技有限公司 | 31009001 | 对小鼠皮肤进行消毒 |
| 茜素红S | Sigma-Aldrich | A5533 | 钙沉积与钙化结节检测 |
| APC 标记 CD44 单克隆抗体(克隆号:IM7) | eBioscience | 17-0441-82 | 流式细胞术 |
| APC 标记大鼠 IgG2b κ 同型对照(克隆:eB149/10H5) | eBioscience | 17-4031-82 | 流式细胞术 |
| 高压灭菌 | 日本平山公司 | HVE-50 | 手术器械灭菌 |
| CO2 培养箱 | 赛默飞世尔科技(中国)有限公司 | 300583057 | 细胞培养 |
| Cytoflex 流式细胞仪 | Beckman Coulter | A00-1-1102 | 流式细胞术 |
| 地塞米松 | Sigma-Aldrich | D4902 | 骨髓间充质干细胞成骨分化 |
| 培养皿(100 mm) | 康宁 | 430167 | 细胞培养 |
| 培养皿(60 mm) | 康宁 | 430166 | 移植过程中的样本放置 |
| 消毒棉球 | 上海宏龙工业有限公司 | 20230627 | 对小鼠皮肤进行消毒 |
| 一次性无菌手套 | 上海宏龙工业有限公司 | YT21131 | 无菌操作 |
| 双狮辐照啮齿类动物饲料 | 苏州双实实验动物饲料科技有限公司 | GB 14924.3 | 动物饲料 |
| 胎牛血清 | 上海拜森生物科学&Tech 公司 | BS-0002-500 | 细胞培养 |
| FITC 豚鼠抗大鼠 CD29(克隆:Ha2/5) | BD 生物科学 | 555003 | 流式细胞术 |
| FITC 仓鼠 IgM λ1 同型对照(克隆号:G235-1) | BD 生物科学 | 553960 | 流式细胞术 |
| 明胶(0.1%) | OriCell | GLT-11301 | 增强细胞的黏附能力 |
| IVCs 小鼠笼具 | 苏州美诺克动物实验设备科技有限公司 | HH-MMB-2 | 动物屏障 |
| L-抗坏血酸 | Sigma-Aldrich | A8960 | 骨髓间充质干细胞成骨分化 |
| 记号笔 | Zebra Trading (Shenzhen) Co., Ltd. | YYST5 | 在培养皿上标记细胞信息 |
| MEM α 改良培养基(1×) | 上海年悦生物科技有限公司 | SH30265 | 细胞培养 |
| 小鼠骨髓间充质干细胞成脂分化试剂盒 | Cyagen | MUXMX-90031 | 骨髓间充质干细胞成脂分化 |
| 尼康Eclipse Ti2倒置显微镜 Synstem | 日本尼康公司 | Ti2-U | 观察细胞并拍照 |
| 眼科剪 | 上海年悦生物科技有限公司 | Y00030 JZ | 切开皮肤 |
| 眼科镊子 | 上海年悦生物科技有限公司 | BS-ZER-S-100 Biosharp | 获取小鼠骨组织。 |
| 巴斯德移液管 | 上海年悦生物科技有限公司 | BS-XG-03M | 吸除培养基 |
| PE 大鼠抗小鼠 CD31(克隆:Ha2/5) | BD 生物科学 | 553373 | 流式细胞术 |
| PE 大鼠 IgG2a, κ 同型对照(克隆:R35-95) | BD 生物科学 | 553930 | 流式细胞术 |
| PE-Cyanine7 Ly-6A/E (Sca-1) 单克隆抗体(克隆号:D7) | eBioscience | 25-5981-82 | 流式细胞术 |
| PE-Cyanine7 大鼠 IgG2a κ 同型对照(克隆:eBR2a) | eBioscience | 25-4321-82 | 流式细胞术 |
| 青霉素-链霉素 | 上海年悦生物科技有限公司 | 2585636 | 细胞培养 |
| PerCP-Cy5.5 大鼠抗小鼠 CD45(克隆:Ha2/5) | BD 生物科学 | 561869 | 流式细胞术 |
| PerCP-Cy5.5 大鼠 IgG2b κ 同型对照(克隆:A95-1) | BD 生物科学 | 550764 | 流式细胞术 |
| 手术刀 | 上海医疗器械(集团)有限公司外科器械厂 | J11010-10# JZ | 分离小鼠的后肢和躯干,并去除骨骼上的多余组织 |
| 无菌操作台 | 赛默飞世尔科技(中国)有限公司 | ECO0.9 | 手术操作台 |
| 无菌手术巾 | 河南华誉医疗器械有限公司 | 20160900 | 提供无菌手术区域 |
| 50 mL 离心管 | 上海拜赛生物科技有限公司 | BLD-BL2002500 | 储存过滤后的细胞悬液 |
| 0.25% 胰蛋白酶-EDTA | Gibco | 25200056 | 消化贴壁细胞 |
| β-甘油磷酸盐 | Sigma-Aldrich | G5422 | 骨髓间充质干细胞成骨分化 |
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