Questo studio descrive un metodo per isolare vescicole extracellulari arricchite di esosomi che trasportano fattori di stimolazione delle colonie di macrofagi dei granulociti immunostimoltori da cellule staminali embrionali.
È richiesta un abbonamento a JoVE per visualizzare questo contenuto. Accedi o inizia la tua prova gratuita.
Articolo metodologico
Questo studio descrive un metodo per isolare vescicole extracellulari arricchite di esosomi che trasportano fattori di stimolazione delle colonie di macrofagi dei granulociti immunostimoltori da cellule staminali embrionali.
Le cellule staminali embrionali (ESC) sono cellule staminali pluripotenti in grado di auto-rinnovarsi e differenziarsi in tutti i tipi di cellule embrionali. Come molti altri tipi di cellule, le ESC rilasciano piccole vescicole di membrana, come gli esosomi, nell'ambiente extracellulare. Gli esosomi fungono da mediatori essenziali della comunicazione intercellulare e svolgono un ruolo fondamentale in molti processi (pato)fisiologici. Il fattore stimolante le colonie di granulociti-macrofagi (GM-CSF) funziona come una citochina per modulare la risposta immunitaria. La presenza di GM-CSF negli esosomi ha il potenziale per aumentare la loro funzione immuno-regolatoria. Qui, GM-CSF è stato stabilmente sovraespresso nella linea cellulare murina ESC ES-D3. È stato sviluppato un protocollo per isolare vescicole extracellulari (EV) arricchite di esosomi di alta qualità da cellule ES-D3 che sovraesprimono GM-CSF. I veicoli elettrici isolati arricchiti di esosomi erano caratterizzati da una varietà di approcci sperimentali. È importante sottolineare che quantità significative di GM-CSF sono risultate presenti nei veicoli elettrici arricchiti di esosomi. Nel complesso, i veicoli elettrici arricchiti di esosomi contenenti GM-CSF provenienti da ESC potrebbero funzionare come vescicole prive di cellule per esercitare le loro attività di immunoregolamentazione.
Le ESC sono derivate dallo stadio di blastocisti di un embrione preimpianto1. Come cellule staminali pluripotenti, le SC hanno la capacità di auto-rinnovarsi e differenziarsi in qualsiasi tipo di cellula embrionale. Grazie al loro notevole potenziale di sviluppo e alla capacità proliferativa a lungo termine, le SC sono estremamente preziose per la ricerca biomedica1. Gli attuali sforzi di ricerca si sono in gran parte concentrati sul potenziale terapeutico delle ESC per una varietà di importanti disturbi patologici, tra cui diabete, malattie cardiache e malattie neurodegenerative2,3,4.
Le cellule di mammifero, comprese le ESC, sono note per rilasciare vescicole di dimensioni variabili nell'ambiente extracellulare e queste EV possiedono molte funzioni fisiologiche e patologiche a causa del loro ruolo nella comunicazione intercellulare5. Tra i diversi sottotipi di EV, gli esosomi sono piccole vescicole di membrana rilasciate da vari tipi di cellule nello spazio extracellulare dopo la fusione di compartimenti endocitici intermedi, corpi multivesicolari (MVB), con la membranaplasmatica 6. Gli esosomi sono stati segnalati per mediare la comunicazione intercellulare e sono criticamente coinvolti in molti processi (pato)fisiologici7,8. Gli esosomi ereditano alcune funzioni biologiche dalle proprie cellule parentali, perché gli esosomi contengono materiali biologici acquisiti dal citosol, tra cui proteine e acidi nucleici. Pertanto, gli antigeni associati o i fattori che stimolano la risposta immunitaria specifica per una data malattia sono incapsulati negli esosomi di particolari tipi di cellule9. Ciò ha spianato la strada a studi clinici che esplorano gli esosomi derivati dal tumore come vaccino anti-cancro10.
GM-CSF è una citochina secreta da diversi tipi di cellule immunitarie11. Prove emergenti dimostrano che GM-CSF attiva e regola il sistema immunitario e svolge un ruolo essenziale nel processo di presentazione dell'antigene12. Ad esempio, un rapporto clinico suggerisce che GM-CSF stimola la risposta immunitaria ai tumori come adiuvantevaccinale 13. Diverse strategie di immunoterapia del cancro basate su GM-CSF per sfruttare la potente attività immunostimolante di GM-CSF sono state studiate in studi clinici14. Tra questi, un vaccino antitumorale composto da cellule tumorali secrete di GM-CSF irradiate ha mostrato qualche promessa nei pazienti con melanoma avanzato inducendo risposte antitumorali cellulari e umorali e successiva necrosi nei tumori metastatizzati15.
Poiché gli esosomi derivati dalle ESC possiedono attività biologiche simili a quelli delle ESC originali, forse gli esosomi portatori di GM-CSF da ESC potrebbero funzionare come vescicole prive di cellule per regolare la risposta immunitaria. In questo documento, viene descritto un metodo dettagliato per produrre veicoli elettrici arricchiti di esosomi di alta qualità da ESC che esprimono GM-CSF. Questi veicoli elettrici arricchiti di esosomi hanno il potenziale per fungere da vescicole immunoregolatrici per modulare la risposta immunitaria.
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
1. Coltivazione di cellule ES-D3
2. Generazione di plasmidi di espressione GM-CSF
NOTA: Generare il plasmide di trasfezione pEF1α-mGM-CSF-IRES-hrGFP per sovraesprimere GM-CSF nelle cellule ES-D3. In questo plasmide, l'espressione del cDNA murino GM-CSF insieme alla proteina marcatore umanizzata Renilla reniformis GFP (hrGFP) è guidata dal promotore del fattore di allungamento della catena polipeptidica umana 1α (EF1α)17,18.
3. Generazione di cellule ES-D3 che sovraesprimono GM-CSF
NOTA: Trasfettate le cellule ES-D3 con il plasmide pEF1α-mGM-CSF-IRES-hrGFP per sovraesprimere GM-CS. Cotrasfettere il plasmide pBabe-Neo in cellule ES-D3 per facilitare la selezione delle cellule stabilmente trasfettate18,20.
4. Isolamento delle vescicole extracellulari arricchite con esosomi
5. Caratterizzazione di vescicole extracellulari arricchite di esosomi mediante microscopia elettronica a trasmissione
NOTA: Studiare la composizione e la struttura degli EV arricchiti di esosomi isolati dalle ESC utilizzando la microscopia elettronica a trasmissione (TEM)5.
6. Valutazione delle vescicole extracellulari arricchite di esosomi mediante analisi western blot
7. Determinazione delle concentrazioni di GM-CSF nelle vescicole extracellulari arricchite di esosomi mediante ELISA
NOTA: Valutare le quantità di GM-CSF in veicoli elettrici arricchiti di esosomi mediante ELISA utilizzando un kit per GM-CSF murino, seguendo il protocollo del produttore con alcune modifiche.
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
GM-CSF è sovraespresso nelle QCS murine.
Per sovraesprimere stabilmente GM-CSF nelle cellule ES-D3, il cDNA murino GM-CSF è stato clonato in un vettore di trasfezione per generare il vettore di espressione pEF1α-mGM-CSF-IRES-hrGFP (Figura 1A). Il GM-CSF è stato sovraespresso nelle cellule ES-D3 per trasfezione e circa il 20% delle cellule ES-D3 trasfettate transitoriamente erano GFP-positive. I cloni cellulari che sovraesp...
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
Questo studio mostra un metodo altamente efficiente per produrre EV arricchiti di esosomi che trasportano la proteina immunostimolante GM-CSF, che può essere impiegata per studiare gli effetti immunomodulanti dei veicoli elettrici arricchiti di esosomi. Diversi studi suggeriscono che gli esosomi esibiscono funzioni immuno-regolatorie eantitumorali 22. Pertanto, gli esosomi delle ESC che esprimono GM-CSF potrebbero anche possedere attività biologiche che regolano la risposta immunitaria. In questo ...
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
Kavitha Yaddanapudi, Chi Li e John W. Eaton hanno presentato una domanda di brevetto statunitense "Composizioni comprendenti esosomi derivati da cellule staminali embrionali ingegnerizzate e metodi di utilizzo degli stessi".
Siamo grati al signor Arkadiusz Slusarczyk e al Kentucky Biomedical Research Infrastructure Network (KBRIN, P20GM103436) per l'acquisizione di immagini al microscopio elettronico a trasmissione. Questo lavoro è stato supportato in parte da sovvenzioni di NIH AA018016-01 (J.W.E.), Commonwealth of Kentucky Research Challenge Trust Fund (J.W.E.), NIH CA106599 e CA175003 (C.L.), NIH CA198249 (K.Y.) e Free to Breathe Research Grant (K.Y.).
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Fosfato alcalino, Vitello intestinale | New England Biolabs | M0290S | Plasmide di DNA defosforilante |
| anti-Annexin V mAb | Santa Cruz Biotechnology | clone H-3, sc-74438 | Western blot, RRID:AB_1118989 |
| anti-CD81 mAb | Santa Cruz Biotechnology | clone B-11, sc-166029 | Western blot, RRID:AB_2275892 |
| anti-citocromo c mAb | Santa Cruz Biotecnologia | clone A-8, sc-13156 | Western blot, RRID:AB_627385 |
| anti-Flotillin-1 mAb | Santa Cruz Biotechnology | clone C-2; sc-74566 | Western blot, RRID:AB_2106563 |
| anti-GAPDH pAb | Rockland | 600-401-A33S | Western blot, RRID:AB_11182910 |
| anti-topo IgG, capra, perossidasi-coniugato | Thermo Fisher | 31430 | Western blot, RRID:AB_228307 |
| anti-Oxphos COX IV-subunità IV mAb | Thermo Fisher | clone 20E8C12 A21348 | Western blot, RRID:AB_221509 |
| anti-proteina disolfuro isomerasi (PDI) pAb | Enzo | ADI-SPA-890 | Western blot, RRID:AB_10616242 |
| anti-coniglio IgG, capra, coniugato con perossidasi | Thermo Fisher | 31460 | Western blot, RRID:AB_228341 |
| Saggio BCA (acido bicinconninico) | Thermo Fisher | 23223 | Determinazione delle concentrazioni proteiche |
| Bis-Tris PAGE Gel, ExpressPlus, 4-20% | Genscript | M42015 | Western blot |
| Carbenicillina, sale disodico | Thermo Fisher | 10177012 | Selezione E. coli |
| Centrifuga, Avanti J-26 XPI | Beckman Coulter | Centrifugazione a bassa velocità | |
| Rotore per centrifuga, JA-10 | Beckman Coulter | 09U1597 | centrifuga a bassa velocità |
| , Nalgene PPCO | Thermo Fisher | 3120-0500PK | centrifugazione a bassa velocità |
| con film di supporto in carbonio | Scienze di microscopia elettronica | FF200-Cu | Acquisizione di immagini al microscopio elettronico |
| EcoRI | New England Biolabs | R0101 | Digerire il plasmide del DNA |
| Chemiluminescenza potenziata sistema di rilevamento | Thermo Fisher | 32106 | Western blot |
| FACScitometro a flusso | Calibur Becton Dickinson | Esame dei livelli di GFP delle cellule ES-D3 | |
| Siero fetale | bovino ATCC | SCRR-30-2020 | Terreno per cellule ES-D3 |
| Filtri cellulari sterili Fisherbrand; Dimensione della maglia: 40μ m | Thermo Fisher | 22-363-547 | Filtraggio delle celle ES-D3 per la selezione FACS |
| Gelatina (0,1%) | Thermo Fisher | ES006B | Coltura delle cellule ES-D3 |
| Kit ELISA GM-CSF | Thermo Fisher | 88733422 | Determinazione delle concentrazioni di GM-CSF |
| KnockOut Dulbecco' s Aquila modificata' s Medium | Thermo Fisher | 10-829-018 | Terreno per cellule ES-D3 |
| Fattore inibitorio della leucemia | Thermo Fisher | ESG1106 | Medium per cellule ES-D3 |
| L-glutammina | VWR | VWRL0131-0100 | Medium per cellule ES-D3 |
| Reagente di trasfezione Lipofectamine 2000 | Thermo Fisher | 11668019 | Trasfezione di cellule ES-D3 |
| Lettore di micropiastre, PowerWave XS | BioTek | Determinazione delle concentrazioni di GM-CSF Selezionatore | |
| cellulare ad alta velocità MoFlo XDP | Beckman Coulter | Isolamento di singoli cloni cellulari ES-D3 NEB | |
| 5-alfa E. coli competente | New England Biolabs | C2988J | Generazione del plasmide di espressione GM-CSF |
| Neomicina | Thermo Fisher | 10-131-035 | Selezione di cloni ES-D3 |
| Aminoacidi | non essenzialiThermo Fisher | SH3023801 | Medium per cellule ES-D3 |
| Latte in polvere scremato | Thermo Fisher | NC9022655 | Western blot |
| Opti-MEM I Siero ridotto Medium | Thermo Fisher | 31985062 | Trasfezione di cellule ES-D3 |
| Paraformaldeide | Microscopia elettronica Scienze | 15710 | Acquisizione di immagini al microscopio elettronico |
| Penicillina/streptomicina | VWR | sc45000-652 | Terreno per cellule ES-D3 |
| Plasmide pEF1a-FD3ER-IRES-hrGFP | Addgene | 37270 | plasmide di espressione GM-CSF |
| Millipore EMD | IPVH00010 | Western blot | |
| QIAprep Spin Miniprep Kit (250) | QIAGEN | 27106 | Generazione del plasmide di espressione GM-CSF |
| QIAquick Gel Extraction Kit (50) | QIAGEN | 28704 | Generazione di plasmidi di espressione GM-CSF |
| Kit di legatura rapida | New England Biolabs | M2200S | Generazione di plasmidi di espressione GM-CSF |
| Microscopio elettronico a trasmissione | Hitachi | HT7700 | Acquisizione di immagini al microscopio elettronico |
| Tripsina | VWR | 45000-660 | Coltura di cellule ES-D3 |
| Ultracentrifuga, OptimaTM L-100 XP | Beckman Coulter | High centrifugazione ad alta velocità | |
| Rotore per ultracentrifuga, 45Ti | Beckman Coulter | 09U4454 | Centrifugazione ad alta velocità |
| Flacone in policarbonato per ultracentrifuga | Beckman Coulter | 355622 | Centrifugazione ad alta velocità |
| UranyLess soluzione colorante | Scienze della microscopia elettronica | 22409 | Acquisizione di immagini al microscopio elettronico |
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.