本方案概述了一种标准化的工作流程,用于分离和表征不同传代次数的牙髓干细胞(DPSC)来源的外泌体,从而可重复地评估外泌体的质量及其在再生医学应用中的功能活性。
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本方案概述了一种标准化的工作流程,用于分离和表征不同传代次数的牙髓干细胞(DPSC)来源的外泌体,从而可重复地评估外泌体的质量及其在再生医学应用中的功能活性。
牙髓干细胞(DPSCs)是一种易于获取且具有临床相关性的间充质干细胞来源,其分泌的外泌体已成为组织工程和再生医学中无细胞治疗应用的有前景的生物活性囊泡。然而,目前仍缺乏可重复且标准化的外泌体分离与功能验证方法,尤其是在细胞传代扩增过程中引入的变异性方面。本文介绍了一种全面、标准化的基于试剂盒的工作流程,用于从DPSC条件培养基中分离和纯化外泌体,该方法适用于常规实验室操作。该方法能够稳定回收完整的囊泡,适用于利用常规技术进行形态学、分子水平及功能特性的表征。通过形态、粒径分布和标志物表达来确认外泌体的身份,同时采用明确的体外抗炎实验评估其生物学活性。为研究传代次数相关的影响,本方法通过该功能性检测手段比较不同传代DPSC来源的外泌体,从而为细胞扩增过程中的稳定性评估提供实用框架。通过将分离、纯化、表征和功能验证整合至单一工作流程中,本方案为生物材料研究和再生医学应用提供了可重复且可放大的功能验证型DPSC来源外泌体制备策略。
间充质干细胞来源的外泌体作为细胞间通讯的关键介质,在组织工程与再生医学领域展现出重要的治疗潜力。外泌体是直径为30–150 nm的囊泡,能够递送生物活性分子,并调控受体细胞的多种功能,如增殖、分化和免疫反应1,2在众多间充质干细胞(MSC)来源中,牙髓干细胞(DPSCs)因其独特优势而备受关注 易于获取、强大的增殖能力、低致瘤风险以及极少的伦理问题3,4,5来自牙髓干细胞的外泌体(DPSC-Exos)含有多种功能性物质,包括蛋白质、mRNA 和 microRNA,使其能够保留亲代细胞的多种生物学特性。 先前的研究表明,牙髓干细胞外泌体(DPSC-Exos)可促进血管生成、神经修复、骨再生及抗炎反应。除在组织工程中的作用外,外泌体在肿瘤发生及癌症治疗中亦日益被视为重要的调控因子,其参与肿瘤微环境重塑、药物耐药性形成以及免疫逃逸过程。6间充质干细胞来源的外泌体,包括牙髓干细胞来源的外泌体(DPSC-Exos),具有内在的肿瘤趋向性和免疫调节特性,因而被视为有前景的下一代靶向抗癌药物递送载体,或可作为无细胞免疫治疗剂。通过规避细胞疗法相关的若干局限性,DPSC-Exos 已成为再生医学应用中一种颇具潜力的无细胞生物活性成分7,8,9,10,11,12.
尽管具有这些优势,将DPSC-Exo的研究转化为可重复的实验或临床应用仍面临挑战。 主要局限在于缺乏统一和标准化的外泌体分离与纯化方案。 目前常用的方法包括超速离心法13、超滤法、沉淀法、尺寸排阻色谱法以及免疫亲和捕获法14,15。在这些方法中,基于聚合物的沉淀法具有实际优势,包括高通量、适用于多种样本体积以及操作简便,因此适用于涉及大量样本或需要放大的研究16,17,18。关于不同分离方法的比较分析,尤其是蛋白产量和颗粒数与蛋白比值方面的研究,已在文献中广泛报道19。然而,DPSC传代次数对其衍生外泌体特性及生物学活性的影响尚未得到充分研究,这构成了DPSC-Exo生产标准化和质量控制方面的重要空白。
为解决这些技术局限性,本研究提出了一种标准化的、基于试剂盒的方案,用于从牙髓干细胞(DPSC)条件培养基中分离和纯化外泌体。该方案除了进行物理和分子表征外,还包含一项功能检测,以评估来自不同代次DPSC的外泌体的抗炎活性,从而实现对外泌体质量和功能随代次变化的一致性进行比较分析。该实验流程设计简洁,适用于配备常规细胞培养和分子生物学设备的实验室。方案采用市售试剂盒以减少实验间变异,并可根据不同的实验需求轻松放大或缩小规模。为最大限度降低供体间差异,牙髓干细胞从单颗牙齿中独立分离并分别扩增,而非来自多个供体的细胞混合使用。该方案特别适用于希望获得功能验证的DPSC来源外泌体的研究人员,可用于后续应用,包括伤口愈合、骨组织工程和免疫调节研究,这些领域对外泌体批次间的一致性要求极高。总体而言,该方案为组织工程与再生医学研究中DPSC来源外泌体的制备提供了一个实用且标准化的框架。
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本研究遵循《赫尔辛基宣言》的原则,并经机构伦理委员会批准。人牙髓组织来源于宁波口腔医院根据机构伦理指南收集的废弃第三磨牙或正畸拔除的前磨牙(方案编号:NBKQYY2025LS-04;批准日期:2025年5月30日)。人皮肤组织来源于宁波大学附属人民医院泌尿外科在常规包皮环切手术中收集的废弃包皮样本,符合机构伦理指南(方案编号:2024104;批准日期:2024年10月30日)。在样本采集前,已从所有供体或其法定监护人处获得书面知情同意。
1. 牙髓干细胞外泌体的分离
2. 人原代皮肤表皮角质形成细胞的分离与培养
3. 不同传代外泌体抗炎功能的验证
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牙髓干细胞的鉴定与表征
采用所述方案分离的原代牙髓干细胞(DPSCs)在体外扩增过程中表现出稳定的生长特性和典型的间充质细胞形态。如图1所示,第2、第4和第6代DPSCs均呈现为均一的纺锤形、成纤维细胞样细胞群体,各代之间无明显形态学差异,亦无自发分化迹象。所有代次的DPSCs均在相同培养条件下进行培养,以尽量减少实验变异性。
为确认体外扩增后的DPSCs在后续传代中仍保留间充质干细胞特性,对第6代细胞进行了流式细胞术分析,以此作为体外扩增过程中维持干细胞特性的代表性质量控制。这些细胞高表达间充质干细胞标志物CD44、CD90和CD105,而不表达造血和内皮细胞系标志物CD45、CD19和CD14(图2)。结果表明,DPSCs在连续传代后仍保持稳定的间充质干细胞表型,适用于后续外泌体的制备。
牙...
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本研究中描述的标准化方案为牙髓干细胞(DPSCs)的分离、DPSC来源的外泌体(DPSC-Exos)的制备,以及这些囊泡在多个细胞传代过程中的功能验证提供了可重复的实验框架。下文重点讨论了关键的操作注意事项、优化策略、方法学局限性,以及该工作流程在再生医学研究中的广泛意义。
该方案的可靠性取决于从组织来源和处理等最早阶段开始的严格质量控制。牙髓干细胞(DPSCs)分离自年轻供体的健康牙髓组织,包括成年个体(18–25岁)的第三磨牙以及青少年(12–16岁)的正畸减数前磨牙。来自较年轻个体的牙髓通常能获得增殖能力更强且干性保持更完整的细胞,为后续外泌体的生产提供了稳定的生物学基础3,20。在抗生素保护条件下快速运输和处理样本,可进一步降低污染风险并提高培养的稳定性。
在DPSC分离过程中,选择酶消化法而非组织块贴壁法。尽管这两种方法均被广泛使用,但酶消化法能够在更短的时间内获得数量更多且更为均一的细胞群体,这对于...
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作者声明无竞争性财务利益。
本项目由国家自然科学基金(项目编号:82273554)资助。作者感谢宁波口腔医院生物材料与组织再生工程实验室的持续支持,并感谢课题组现任及往届成员的宝贵讨论。作者还感谢宁波大学附属人民医院沈利亮博士在提供包皮组织样本方面给予的大力支持与帮助。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 0.05% 胰蛋白酶-EDTA 溶液 | Gibco | 25300054 | 由于其较强的消化能力,胰蛋白酶被广泛用于细胞解离、常规细胞培养传代以及原代组织解离。 |
| 100 mm 细胞与组织培养皿 | 生物膜 | TCD010100 | 表面处理/未处理 无菌&无热原 无DNase/RNase |
| 100 nm PS珠 | 赛默飞世尔科技 | 3100A | 在进行纳米颗粒跟踪分析(NTA)实验之前,必须使用已知精确粒径(100 nm)的标准品对仪器进行校准。 |
| 15 mL 大容量锥形离心管 | KIRGEN | KG2611 | 无菌、无RNase/DNase且无热原 |
| 200目 Formvar-碳涂层铜网 | 钟 Jing 科学 仪器 | AZH200 | 支持外泌体样品的透射电镜成像。Formvar-碳涂层可增强样品的附着性和导电性,而200目网格可提供足够的开放面积,有利于颗粒均匀分布和稳定成像。 |
| 37 °C 培养箱 | 赛默飞世尔科技 | 51032877 | 37摄氏度的CO2培养箱提供了理想的体外环境。 |
| 50 mL 大容量锥形离心管 | KIRGEN | KG2811 | 无菌、无RNase/DNase且无致热原 |
| 抗CD63抗体 [MX-49.129.5] | Abcam | ab193349 | 抗CD63抗体 [MX-49.129.5] (ab193349) 是一种可检测CD63的小鼠单克隆抗体 Western Blot、流式细胞术(胞内)、流式细胞术、免疫组化(石蜡切片)、免疫细胞化学/免疫荧光。适用于 人类 |
| 抗TSG101抗体 [EPR7130(B)] | Abcam | ab125011 | 抗TSG101抗体 [EPR7130(B)] (ab125011) 是一种可检测TSG101的兔单克隆抗体 Western Blot、流式细胞术(胞内)、流式细胞术、免疫组化(石蜡切片)、免疫细胞化学/免疫荧光。适用于 人、小鼠、大鼠 |
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| 细胞培养板,96孔 | NEST | 701001 0714B | 组织培养处理、聚苯乙烯、无热原、无菌 |
| 细胞保存 | 正常对照培养基 | C40100 | 无血清、无动物蛋白 无细胞冷冻培养基 |
| I型胶原酶,粉末状 | Gibco | 17100017 | 胶原酶是一种蛋白酶,可切割胶原中高频出现的Pro-X-Gly-Pro序列中中性氨基酸(X)与甘氨酸之间的肽键。 |
| Dispase II,粉末 | Gibco | 17105041 | Dispase II(中性蛋白酶)是一种氨基内肽酶,可水解非极性氨基酸残基的N端肽键。 |
| Dulbecco改良Eagle培养基 | Gibco | C11995500BT | [+]4.5 g/L D-葡萄糖 L-谷氨酰胺 [+]110 mg/L 丙酮酸钠 |
| Evo M-MLV 逆转录试剂盒 | AG | AG11707 | 专用于实时荧光定量RT-PCR的反转录试剂。该试剂采用具有强延伸能力的Evo M-MLV反转录酶,可在短时间内高效合成cDNA。 |
| 外泌体浓缩液 | Umibio | UR52111 | 从细胞上清液中提取外泌体 |
| 无外泌体胎牛血清 | Umibio | UR50202 | 无外泌体的胎牛血清是通过过滤无菌采集的健康胎牛血清获得的, ≥胎牛血清中99%的内源性外泌体已被去除。处理后的胎牛血清具有与处理前相同的细胞生长速率和形态。 |
| 胎牛血清,经鉴定,澳大利亚 | Gibco | 10099141 | 血红蛋白水平: ≤30 mg/dL(常规水平) ≤25 mg/dL |
| 人-H36B4 | Sangon Biotech | SB002 | 正向:5'-GCAATGTTGCCAGTGTCTGT-3';反向:5'-GCCTTGACCTTTTCAGCAAG-3' |
| 人IL-23A | Sangon Biotech | SB002 | 正向:5'-GAAGAGGGAGATGAAGAGAC-3';反向:5'-TATCCGATCCTAGCAGCTTC-3' |
| 倒置生物显微镜 | Leica | DMI1 | 直接观察贴壁于培养瓶和培养皿等容器壁上的活细胞或活组织。 |
| 最低必需培养基 | Gibco | C12571500BT | L-谷氨酰胺 [+]核糖核苷 [+]脱氧核糖核苷 |
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| 透射电子显微镜(TEM) | HITACHI | HT7700 | 用于纳米颗粒形态的高分辨率成像,包括外泌体。在80 kV的加速电压下操作–100 kV 下观察负染样本,以确认颗粒的大小、形状及结构完整性。 |
| ZetaView_Particle Metrix | Particle Metrix | PMX-120 | 用于测量纳米颗粒的粒径、浓度、Zeta电位及荧光特性。 |
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