该协议提出了一套标准化的工作流程,用于分离和表征跨通道的牙髓干细胞(DPSC)来源外泌体,从而实现再生应用中外泌体质量和功能活性的可重复评估。
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该协议提出了一套标准化的工作流程,用于分离和表征跨通道的牙髓干细胞(DPSC)来源外泌体,从而实现再生应用中外泌体质量和功能活性的可重复评估。
牙髓干细胞(DPSC)是间充质干细胞的一种可获得且临床相关性的来源,其衍生的外泌体已成为组织工程和再生医学中无细胞应用的有前景的生物活性囊泡。然而,用于分离和功能验证DPSC衍生外泌体的可重复且标准化的方法仍然有限,尤其是在细胞扩容过程中引入的变异性方面。本文介绍了一套全面、标准化、基于试剂盒的工作流程,用于从DPSC调制培养基中分离和纯化外泌体,且该流程与常规实验室操作兼容。该方法能够稳定回收完整囊泡,适用于形态学、分子和功能特征分析,采用常用技术。外泌体身份基于形态、大小分布和标志物表达评估,生物活性则通过定义的体外抗炎检测法进行评估。为研究传代相关效应,利用该功能读数比较不同DPSC传代的外泌体,为评估细胞扩增期间的一致性提供了实用框架。通过将分离、纯化、表征和功能验证整合为一个工作流程,该协议为生成功能验证的DPSC衍生外泌体提供了一种可重复且可扩展的方法,用于生物材料研究和再生应用。
源自间充质干细胞的外泌体是细胞间通信的重要介导者,并在组织工程和再生医学领域展现出显著的治疗潜力。外泌体是直径30–150纳米的囊泡,能够传递生物活性分子,并调控受体细胞的多种功能,如增殖、分化和免疫反应1,2。在各种间充质干细胞(MSC)来源中,牙髓干细胞(DPSC)因其易于获取、强健的增殖能力、低肿瘤风险以及极小的伦理问题而备受关注 3,4,5。由DPSCs衍生的外泌体(DPSC-Exos)含有丰富的功能性物质,包括蛋白质、mRNA和微小RNA,使其能够保留许多亲本细胞的生物学特性。以往研究表明,DPSC-Exos可以促进血管生成、神经修复、骨骼再生和抗炎反应。除了在组织工程中的作用外,外泌体也越来越被认可为肿瘤发生和癌症治疗中的重要调控因子,它们参与肿瘤微环境重塑、药物耐药性和免疫逃脱6。MSC来源的外泌体,包括DPSCs的外泌体,具有固有的肿瘤归巢能力和免疫调节特性,使其成为下一代靶向抗癌药物递送或无细胞免疫治疗药物的有前景载体。通过绕过细胞疗法的若干限制,DPSC-Exos已成为再生应用中有前景的无细胞生物活性成分(7,8,9,10,11,12)。
尽管有这些优势,DPSC-Exo研究转化为可重复的实验或临床应用仍具挑战。一个主要限制是缺乏统一且标准化的外泌体分离和纯化协议。目前使用的方法包括超量离心13、超滤、沉淀、尺寸排除色谱和免疫亲和力捕捉14,15。在这些方法中,聚合物沉淀具有实用优势,包括高通量、兼容广泛样品体积和操作简便,适合样本量大或放大需求16、17、18的研究。文献中广泛记录了不同分离方法的比较分析,特别是蛋白质产量和颗粒与蛋白质比的相关研究。然而,DPSC转代号对衍生外泌体特性和生物活性的影响尚未得到充分关注,这在DPSC-外泌体生产的标准化和质量控制中存在重要空白。
为解决这些技术限制,本研究提出了一套标准化的基于试剂盒的方案,用于从DPSC调控培养基中分离和纯化外泌体。除了物理和分子表征外,该方案还包含功能性测定,以评估来自不同DPSC通道的外泌体抗炎活性,从而对传代依赖性外泌体质量和功能的一致性进行比较评估。该工作流程设计为在配备标准细胞培养和分子生物学设施的实验室中实现。它依赖市售套件以减少实验间的变异性,并可灵活扩展以满足不同的实验需求。为了最大限度减少供体间的变异性,DPSCs从单个牙齿中分离,并独立扩增,而非多个供体混合。该方案对于寻求生成功能验证的DPSC衍生外泌体的研究人员尤为有用,用于后续应用,包括伤口愈合、骨组织工程和免疫调节研究,因为批次间一致性至关重要。总体而言,它为生产用于组织工程和再生医学研究的DPSC衍生外泌体提供了一个实用且标准化的框架。
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本研究依据赫尔辛基宣言原则进行,并获得机构伦理委员会批准。根据机构伦理指南(协议编号)在宁波口腔医院采集的废弃第三磨牙或正畸前磨牙组织(协议编号)NBKQYY2025LS-04;批准日期:2025年5月30日)。根据机构伦理指南,在宁波大学附属人民医院泌尿科常规包皮手术中采集了人类皮肤组织(方案编号2024104;批准日期:2024年10月30日)。在采样前,所有捐献者或其法定监护人均已获得书面知情同意。
1. 牙髓干细胞衍生外泌体的分离
2. 人体原级皮肤表皮角质细胞的分离与培养
3. 不同通道外泌体抗炎功能的功能验证
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牙髓干细胞的鉴定与特征分析
采用上述方案分离的原发牙髓干细胞(DPSC)在体外扩殖过程中表现出稳定生长和典型的间充质形态。如 图1所示,通道2、4和6的DPSC表现出均匀的纺锤形、类纤维细胞群体,无明显形态差异或通道间自发分化的迹象。所有DPSC的通道均在相同条件下培养,以最大限度减少变异性。
为确认扩殖DPSC在后续传代中仍保留间充质干细胞特征,对第6代代细胞进行了流式细胞术分析,作为体外扩殖期间维持干细胞特性的代表性质量控制。这些细胞在间充质干细胞标记CD44、CD90和CD105表达较高,而造血和内皮谱系标记CD45、CD19和CD14则缺乏表达(见图2)。这些结果表明,DPSC在连续传代后保持稳定的间充质干细胞表型,适合下游外泌体生产。
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本研究中描述的标准化方案为牙髓干细胞(DPSC)的分离、DPSC衍生的外泌体(DPSC-Exos)的产生以及跨多条细胞通道的功能验证提供了可重复的框架。以下讨论重点介绍了关键的程序性考量、优化策略、方法论局限性以及该工作流程对再生医学研究的更广泛意义。
该方案的可靠性依赖于最早阶段的严格质量控制,从组织采购和处理开始。DPSCs从年轻供体的健康牙髓组织中分离出来,包括成人(18–25岁)的第三磨牙和青少年(12–16岁)的正畸前磨牙。年轻个体的牙髓通常产生具有更高增殖能力和保存性干的细胞,为下游外泌体生成提供一致的生物学基础 3,20。在抗生素保护下快速运输和加工进一步降低污染风险,提升培养稳定性。
在DPSC分离中,选择了酶消化而非移植生长法。虽然两种方法都被广泛使用,酶消化能够在更短时间内恢复更大且更均匀的细胞群,这对于涉及多段传代的比较研...
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作者之间没有竞争的财务利益需要申报。
该项目由中国国家自然科学基金资助(资助号82273554)。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,并感谢现任及历届团队成员的宝贵讨论。作者还感谢宁波大学附属人民医院的沈莉亮博士慷慨协助和大力支持,提供包皮组织样本。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 0.05% Trypsin-EDTA溶液 | Gibco | 25300054 | 由于其消化力,胰蛋白酶被广泛用于细胞分离、常规细胞培养传代和原代组织分离。 |
| 100 mm细胞和组织培养皿 | Biofil | TCD010100 | 表面处理/未处理 无菌&非致热性 DNase/RNase-Free |
| 100 nm PS珠 | Thermo Fisher | 3100A | 在进行纳米粒子跟踪分析(NTA)实验之前,必须使用具有精确已知粒径(100 nm)的标准进行仪器校准。 |
| 15-mL批量锥形离心管 | KIRGEN | KG2611 | 无菌,无RNase/Dnase和致热性 |
| 200目Formvar-碳涂层铜网 | 中京科学仪器 | AZH200 | 支持外泌体样品用于TEM成像。Formvar-碳涂层增强样品粘附和导电性,而200目网格提供足够的开放区域以实现均匀的粒子分布和稳定的成像。 |
| 37 °C培养箱 | Thermo Scientific | 51032877 | 37度CO2培养箱提供理想的体外环境。 |
| 50-mL批量锥形离心管 | KIRGEN | KG2811 | 无菌,无RNase/Dnase和致热性 |
| Anti-CD63抗体 [MX-49.129.5] | Abcam | ab193349 | Anti-CD63抗体 [MX-49.129.5] (ab193349) 是一种小鼠单克隆抗体,在 Western Blot、流式细胞术(Intra)、流式细胞术、IHC-P、ICC/IF 中检测 CD63。适用于人。 |
| Anti-TSG101抗体 [EPR7130(B)] | Abcam | ab125011 | Anti-TSG101抗体 [EPR7130(B)] (ab125011) 是一种兔单克隆抗体,在 Western Blot、流式细胞术(Intra)、流式细胞术、IHC-P、ICC/IF 中检测 TSG101。适用于人、小鼠、大鼠。 |
| 自动细胞计数器 | Countstar | IC1000 | 用于快速、精确的细胞计数的自动细胞计数器 |
| BCA蛋白测定试剂盒 | Beyotime | P0012 | 在 50 - 2000 μg/ml 的浓度范围内具有良好的线性关系。 |
| 台式离心机 | BIORIDGE | TD5 | 台式离心机,用于在实验室环境中快速高效的样品分离 |
| 生物安全柜 | Thermo Scientific | 1379 | 生物安全柜是一种无菌密封装置,通过过滤空气中的病原体并防止微生物工作过程中的交叉污染,保护操作员、样品和环境。 |
| 细胞培养板,12孔 | Eppendorf | 0030721110 | 经过组织培养处理,带盖,平底 无菌,不含可检测的致热原,RNase & DNase,人类 & 细菌DNA 无细胞毒性 |
| 细胞培养板,96孔 | NEST | 701001 0714B | 经过组织培养处理,聚苯乙烯,非致热性,无菌 |
| Cellsaving | NCM | C40100 | 无血清,不含动物蛋白 细胞冷冻培养基 |
| 胶原酶,I型,粉末 | Gibco | 17100017 | 胶原酶是一种蛋白酶,可切割中性氨基酸(X)和甘氨酸之间的键,在序列 Pro-X-Gly-Pro 中,该序列在胶原中以高频率出现。 |
| Dispase II,粉末 | Gibco | 17105041 | Dispase II(中性蛋白酶)是一种氨基端内肽酶,可水解非极性氨基酸残基的 N 端肽键。 |
| Dulbecco's Modified Eagle Medium | Gibco | C11995500BT | [+]4.5g/L D-葡萄糖 [+]L-谷氨酰胺 [+]110mg/L 钠丙酮酸 |
| Evo M-MLV逆转录酶试剂盒 | AG | AG11707 | 专用于实时 RT-PCR 的逆转录试剂。它利用 Evo M-MLV 逆转录酶,具有强大的延伸能力,能够在短时间内高效合成 cDNA。 |
| 外泌体浓缩溶液 | Umibio | UR52111 | 从细胞上清液中提取外泌体 |
| 外泌体去除胎牛血清 | Umibio | UR50202 | 通过过滤无菌收集的健康胎牛血清获得无外泌体的胎牛血清,胎牛血清中 ≥99% 的内源性外泌体被去除。它与处理前的胎牛血清具有相同的细胞生长速率和形态。 |
| 胎牛血清,合格,澳大利亚 | Gibco | 10099141 | 血红蛋白水平: ≤30 mg/dL(水平通常 ≤25 mg/dL) |
| Human-H36B4 | 上海圣贡生物科技 | SB002 | 正向:5'-GCAATGTTGCCAGTGTCTGT-3'; 反向:5'-GCCTTGACCTTTTCAGCAAG-3' |
| Human-IL-23A | 上海圣贡生物科技 | SB002 | 正向:5'-GAAGAGGGAGATGAAGAGAC-3'; 反向:5'-TATCCGATCCTAGCAGCTTC-3' |
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