Este protocolo detalla el aislamiento eficiente de grandes vesículas extracelulares (LEVs) a partir de agregados de células madre autoensambladas y su aplicación terapéutica para la regeneración ósea mandibular.
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Este protocolo detalla el aislamiento eficiente de grandes vesículas extracelulares (LEVs) a partir de agregados de células madre autoensambladas y su aplicación terapéutica para la regeneración ósea mandibular.
Las vesículas extracelulares (EV) son mediadores vitales de la comunicación intercelular y prometedores agentes libres celulares para la medicina regenerativa. Entre las subpoblaciones de EV, las grandes vesículas extracelulares (LEVs) son especialmente adecuadas para la reparación tisular debido a su carga pro-regenerativa enriquecida. Sin embargo, los métodos estandarizados y reproducibles para generar LEVs funcionales derivados de células madre dentales para caracterización posterior y evaluación terapéutica siguen siendo limitados. Aprovechando el excepcional potencial osteogénico de las células madre de la papilla apical (SCAPs), desarrollamos un modelo de cultivo 3D bajo condiciones de baja adhesión para inducir agregados SCAP autoensamblados. Este modelo imita la condensación mesenquimalesa fisiológica, mejorando significativamente las interacciones célula-célula y aumentando la secreción de LEV. Se proporcionan parámetros clave de cultivo y notas de manejo para mejorar la consistencia agregada y maximizar la producción de LEV, manteniendo la viabilidad de la célula. Aquí presentamos un protocolo estandarizado para la producción eficiente de LEVs funcionales derivados de SCAP, que abarca la generación de agregados 3D, aislamiento mediante centrifugación diferencial, análisis de distribución y concentración de partículas basados en análisis de seguimiento de nanopartículas (NTA), y administración terapéutica utilizando un hidrogel termoreticulado para la reparación de defectos óseos mandibulares. Este enfoque agiliza la producción de LEV para estudios mecanicistas posteriores y evaluaciones preclínicas en la regeneración craneofacial. Este flujo de trabajo optimizado garantiza la preparación reproducible de LEVs bioactivos con rendimientos consistentes y carga proosteogénica enriquecida, facilitando la investigación fundamental y acelerando la traducción clínica de la reconstrucción craneofacial mediada por EV. En aplicaciones representativas, los LEVs cargados con hidrogel proporcionan un depósito localizado en los sitios defectuosos y facilitan un manejo conveniente durante la implantación. En conjunto, este método proporciona una plataforma escalable para preparar LEVs derivados de SCAP y destaca consideraciones clave para la estandarización de informes y el diseño de estudios traslacionales. Este enfoque favorece una adopción más amplia en los laboratorios de vehículos eléctricos craneofaciales.
Las vesículas extracelulares (EV) son nanopartículas unidas a membranas liberadas por las células que median la comunicación intercelular mediante la transferencia de cargas bioactivas como proteínas, miARN y lípidos 1,2,3. Entre las subpoblaciones de EV, las grandes vesículas extracelulares (LEVs) se distinguen por su liberación directa de la membrana celular y el enriquecimiento inherente de moléculas pro-regenerativas, lo que las hace muy adecuadas para la reparación y regeneración de tejidos 4,5. En medicina regenerativa, los EVs derivados de células madre mesenquimales (MSC) son cada vez más reconocidos como una alternativa viable libre de células a la terapia de célulascompletas 6,7,8. Recapitulan los efectos regenerativos paracrinos de las MSC parentales evitando limitaciones del trasplante celular directo, como baja eficiencia de enjerto, inmunogenicidad y variabilidad enlotes 7,8,9,10. Entre las fuentes de MSC, las células madre de la papilla apical (SCAPs) presentan un potencial de diferenciación osteogénico yodontogénico superior 11,12,13, lo que hace que los EVs derivados de SCAP sean especialmente atractivos para la reparación orofacial de hueso y tejido dental 8.
Cabe destacar que la biogénesis y funcionalidad de los VE están profundamente influenciadas por el microambiente celular14,15. Los cultivos monocapa bidimensionales convencionales (2D) se desvían significativamente del contexto tisularnativo 16,17, produciendo frecuentemente EVs con capacidad regenerativacomprometida 18. En contraste, los agregados tridimensionales (3D) autoensamblados de MSC replican aspectos clave de la condensación mesenquimatal fisiológica, una etapa de desarrollo caracterizada por alta densidad celular, contacto intensivo célula-célula y matriz extracelular enriquecida (ECM), que proporciona soporte estructural y proporciona señales bioquímicas y mecánicas que regulan la adhesión, migración y decisiones de destino celular 19,20,21. Este microentorno 3D biomimético no solo mejora la comunicación intercelular y la señalizaciónparacrina 22,23, sino que también promueve la secreción de vehículos eléctricos con mayor rendimiento y perfiles bioactivos de cargamejorados 24,25,26. El uso de agregados MSC autoensamblados en 3D surge así como una estrategia muy prometedora para obtener vehículos eléctricos funcionalmente potentes para aplicacionesregenerativas 18.
A pesar de las claras ventajas de los VE derivados de agregados, los protocolos estandarizados para su aislamiento y caracterización de sistemas 3D siguen poco desarrollados. Las metodologías actuales de aislamiento de VE, como la centrifugación diferencial, están bien establecidas y ofrecen un marco escalable para la producciónde VE. De manera similar, se han informado métodos para generar agregados de MSC, a menudo basados en el curling celular inducido por vitamina C y la agregación a partir de células cultivadas en2D. Sin embargo, la arquitectura de la ECM dentro de estos agregados inducidos por vitamina C puede diferir aún del microambiente espacialmente organizado y similar a la condensación de los tejidos mesenquimales nativos. En cambio, el autoensamblaje libre de andamios bajo condiciones de baja adhesión facilita la formación de agregados compactos y esféricos que se aproximan a características clave de la condensaciónmesenquimalesa 19,29. Actualmente, falta un flujo de trabajo sistemático y reproducible para aislar y aplicar los EVs a partir de agregados SCAP 3D inducidos por baja adhesión. Desde un punto de vista práctico, la producción de LEV a partir de cultivos convencionales de SCAP 2D suele situarse en el rango de ~1011 partículas/mL según el análisis de seguimiento de nanopartículas (NTA), y se espera que la agregación 3D de baja adhesión aumente la salida de LEV varias veces mientras mantiene la reproducibilidad para aplicaciones posteriores. Para abordar esta brecha, detallamos aquí un protocolo completo que aprovecha la funcionalidad osteogénica/odontogénica inherente de los SCAP y optimiza el microentorno MSC mediante agregación 3D de baja adhesión. Este protocolo permite la producción fiable de LEVs de alta calidad, proporcionando una herramienta estandarizada para avanzar en terapias regenerativas libres de células en la medicina craneofacial.
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Todos los experimentos con animales fueron aprobados por el Comité de Cuidado y Uso Animal de la Cuarta Universidad Médica Militar y se realizaron en cumplimiento de las directrices de ARRIVE. La recogida y el uso de muestras humanas fueron aprobados por el Comité de Ética de la Cuarta Universidad Médica Militar (nº de aprobación). IRB-REV-2022187). Se obtuvo el consentimiento informado por escrito de todos los donantes antes de la recogida de muestras; Para los donantes que eran menores o que no pudieran dar su consentimiento, se obtenía el consentimiento informado por escrito de sus tutores legales. Todos los reactivos fueron filtrados con estéril, y los procedimientos de cultivo celular se realizaron en un gabinete de bioseguridad para mantener la esterilidad (véase la Tabla de Materiales). Trata todos los materiales de origen humano (dientes, tejidos, células primarias, medios condicionados y preparaciones para EV) como potencialmente infecciosos. Realizar todos los procedimientos que impliquen muestras humanas en un gabinete de bioseguridad certificado utilizando el equipo de protección individual (EPP) adecuado, incluyendo bata de laboratorio, guantes y protección ocular. Para la bioseguridad y la eliminación de residuos, seguir las directrices institucionales BSL-2: Manipular todos los materiales de origen humano y desechables contaminados como residuos biohazard BSL-2; Descontamina superficies/equipos con un desinfectante aprobado institucionalmente después de su uso. Recoge los residuos líquidos de riesgo biológico en recipientes etiquetados e inactívalos utilizando métodos aprobados antes de su eliminación. Desecha los objetos punzantes inmediatamente en recipientes aprobados (sin retapar la tapa). Tratar los tejidos animales/cadáveres y residuos anestésicos/químicos como residuos biológicos/químicos regulados y deshacerse de ellos a través de servicios institucionales según la normativa aplicable.
1. Aislamiento y cultura de los SCAPs humanos
NOTA: La P/S es una mezcla bioactiva de antibióticos y puede causar irritación en la piel o los ojos o reacciones alérgicas. Asa en un armario de bioseguridad BSL-2 al abrirla; llevar guantes y protección ocular; evitar la generación de aerosoles; y eliminar los residuos conforme a las directrices institucionales sobre residuos químicos. La colagénasa tipo I (solución) es una enzima bioactiva y puede causar irritación en la piel o los ojos o reacciones alérgicas. Asa en un armario de bioseguridad BSL-2; llevar guantes y protección ocular; evitar salpicaduras y la generación de aerosoles durante el pipeteo; y descontaminar los vertidos de forma rápida según los procedimientos institucionales. Proteger la colagnosa tipo I de la luz durante el almacenamiento y el uso (véase la Tabla de Materiales).
2. Autoensamblaje de agregados SCAP
3. Aislamiento y caracterización de vehículos eléctricos a partir de agregados SCAP
4. Aplicación terapéutica de los LEVs en la regeneración del hueso mandibular
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Según el flujo de trabajo experimental, se ejecutaron con éxito pasos clave como el aislamiento de SCAP, la formación de agregados, la extracción de LEVs y la implantación terapéutica (Figura 1). Los terceros molares impactados clínicos de donantes mostraron ápices inmaduros con tejido papilar apical intacto adherido alrededor de los orificios abiertos del conducto radicular, confirmando la fuente adecuada de SCAP (Figura 2A). C...
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El creciente interés en terapias regenerativas libres de células ha posicionado a los LEVs derivados de células madre mesenquimales como alternativas prometedoras al trasplante de células completas, debido a su capacidad para entregar moléculas bioactivas sin los riesgos asociados a los enfoques basados en células. Sin embargo, la traducción clínica de las terapias basadas en LEV se ha visto dificultada por la falta de sistemas de cultivo fisiológicamente relevantes que puedan preservar ...
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Los autores no declaran conflictos de interés.
Este trabajo fue apoyado por subvenciones del Programa Nacional Clave de Investigación y Desarrollo de China (2021YFA1100600), la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (82471011, 82401201), el Proyecto del Laboratorio Estatal Clave de Reconstrucción y Regeneración Oral y Maxilofacial (2024MS04), la Fundación Científica Postdoctoral de China (BX20230485) y el Proyecto del Programa de Cooperación e Intercambio de Laboratorios Socios de la Cuarta Universidad Médica Militar (2024HB014).
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| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| 1 mL de jeringuilla con aguja | BD | 300841 | Anestesiación |
| Plato de cultivo celular de 10 cm | Corning | 353003 | Cultivo celular |
| Tubo centrífugo de poliestireno de 15 mL | Corning | 352095 | Cultivo celular |
| Desinfectante de etanol al 75% | Hai Shi Hai Nuo | HS-750 | Funcionamiento |
| Sutura absorbible 4-0 | Jinhuan Medical | R413 | Funcionamiento |
| Centrífuga de mesa | WIGGENS | CE187 | Aislamiento de vehículos eléctricos |
| Incubadora de CO2, 150 L, tipo universal | ThermoFisher | 51032874 | Cultivo celular |
| Colagenasa Tipo I | ThermoFisher | 17100017 | Cultivo celular |
| Bolas de algodón | Deroyal | 30-033 | Funcionamiento |
| Tijera de Operación Curva | Instrumento Quirúrgico JZ | J21040 | Funcionamiento |
| Unidad de Turbina Móvil Dental | KaVo | S609C | Funcionamiento |
| Balance electrónico | Zhi Ke | ZK-DST | Cultivo celular |
| Tubo de Eppendorf | Eppendorf | 3810X | Aislamiento de vehículos eléctricos |
| Pinza, bien | Instrumento Quirúrgico JZ | JD1020 | Funcionamiento |
| Crema depilatoria | Veet | 1.00097E+11 | Funcionamiento |
| Bufón de bola de alta velocidad | Dentsply Sirona | E0123 | Funcionamiento |
| Pieza de mano de alta velocidad | KaVo | KV-1-008-1644 | Funcionamiento |
| Microscopio invertido | Mshot | MF53-N | Cultivo celular |
| MEM y Alpha; (Medio Esencial Mínimo &alfa;) | ThermoFisher | 12561056 | Cultivo celular |
| Microscopio de vídeo de seguimiento de nanopartículas PMX-120 | Particle Metrix | ZetaView PMX120 | Análisis de seguimiento de nanopartículas |
| Penicilina-estreptomicina (P/S) | ThermoFisher | 15140122 | Cultivo celular |
| Pentobarbital sódico | Sigma-Aldrich | 57-33-0 | Anestesiación |
| Solución Salina Tamponada con Fosfato (PBS) | ThermoFisher | 10010023 | Cultivo celular |
| Pluronic F-127 | Sigma-Aldrich | P2443 | Implantación de EV |
| Solución de Yodo Povidona | Baxter | PROSL500 | Funcionamiento |
| Suero Fetal Bovino Especial (FBS) | ThermoFisher | 12664025 | Cultivo celular |
| Bloque de gasa estéril | Victorias | 10-000-681 | Funcionamiento |
| Microcentrífuga de alta velocidad de mesa | Hitachi | CT15E | Aislamiento de vehículos eléctricos |
| Trephine Drill | Microfijación Biomet | 01-9182 | Funcionamiento |
| Tripsina-EDTA | ThermoFisher | 25200072 | Cultivo celular |
| Placa de fijación ultra-baja de 24 pozos | Corning | 3473 | Cultivo celular |
| Genio mezclador de vórtices | Industrias científicas | SI0425 | Implantación de EV |
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