ここでは、マウス骨髄由来の間葉間質細胞を単離するプロトコルと、BMSCsの免疫抑制効果を増幅するサイトカインプライミング法を示します。
方法論記事
ここでは、マウス骨髄由来の間葉間質細胞を単離するプロトコルと、BMSCsの免疫抑制効果を増幅するサイトカインプライミング法を示します。
間葉間質細胞(MSC)は強力な再生および免疫調節機能を持っています。これらの特性により、MSCは複数の免疫疾患治療に強力な細胞内医薬品として機能しています。骨髄はMSCの主要かつ最も頻繁に利用される供給源です。マウスモデルを用いた前臨床的メカニズム研究は、ヒト臨床試験におけるBMSCの最適な薬物送達戦略の知識を得る上で極めて重要です。したがって、マウスMSCの製造プロセスの標準化も、より良い治療効果を得るために不可欠です。このプロトコルの中心的な目的は、制御されたインターフェロンガンマ(IFN-γプライミング)がBMSCの内在的な免疫抑制特性をどのように強化するかを示すことです。未処理またはIFN γ事前認可されたBMSCから調理媒体(CM)を生成する過程を記述し、一次腹膜マクロファージを用いてその生物学的活性を評価します。ELISAおよびフローサイトメトリメトリープロファイリングを通じて、プロトコルは特にIFN γプライム時にBMSC由来のセクレトームが、IL-10産生とM2関連表面マーカーの上昇を特徴とする抗炎症マクロファージ分極をどのように駆動するかを詳述しています。全体として、このプロトコルは機能的に一貫したマウスBMSCの製造と免疫調節能力の評価のための統一された枠組みを確立します。技術的ばらつきを減らし、視覚的・手順的な明確さを提供することで、前臨床MSC研究における再現性の向上を支援し、トランスレーショナル研究における最適化されたMSC展開戦略を促進します。
骨髄由来間葉質細胞(BMSC)は、前臨床および臨床試験の両方で広く応用されています。その低い免疫原性、利用しやすい、多系統分化能力により、BMSCは細胞医薬品として臨床現場での利用に有望な候補となっています1,2,3。その免疫抑制および再生特性は、移植片対宿主病(GVHD)4、敗血症5、炎症性腸疾患(IBD)6などの炎症性疾患の治療に広く利用されています。骨髄間質ニッチは、多様な間質細胞群で構成されています。それにもかかわらず、すべてのMSCは国際細胞療法学会(ISCT)が定める基準を満たしており、その基準には、形成接着、表面受容体発現(ヒトではCD73、CD90、CD105)、マウスではCD29、CD44、CD90(造血または内皮マーカーの発現なし)が含まれます。CD11b、CD14、CD19、CD34、CD45、CD79a、HLA-DR、および脂肪形成能力、 軟骨性、または骨形成性分化7.
BMSCは、シトカイン、ケモカイン、成長因子、細胞外小胞、その他可溶性かつ接触依存性分子を含むパラクリン因子の放出によって機能を維持します(8,9)。MSCのセクレトームは、先天免疫系の要素と双方向的に相互作用することでニッチを調節します。10。MSCsとマクロファージの相互作用で放出される因子は、マクロファージを炎症促進型または抗炎症性の表現型にシフトさせることがあります11,12。逆に、MSCの機能状態も局所免疫細胞、特にマクロファージによってフィードバック機構を通じて調節されます11。このMSCとマクロファージのクロストークは、MSCの免疫抑制機能に不可欠です。養子移植されたMSCは、マクロファージが存在する場合にのみ組織の炎症を減少させ、これは大腸炎マウスモデルで観察されています。対照的に、マクロファージがない場合にMSCがBリンパ球またはTリンパ球と相互作用することは、治療効果を発揮するには不十分です(13)。
同種のBMSCを用いた最初の第III相臨床試験は、米国のOsiris Therapeuticsによってステロイド難治性GVHD(NCT00366145)1の治療のために完了しました。それ以来、多くの前臨床および臨床試験が実施されましたが、臨床試験の成功は前臨床結果に基づく期待を裏切っていません。MSCベースの臨床試験の成功率を向上させるためには、薬剤展開戦略の最適化が不可欠です。最適な送達経路、治療用細胞の投与量、ケア現場の細胞の生理的状態を理解することは極めて重要です。例えば、 生体内 大腸炎マウスモデルでは、低温保存MSCや静脈内投与は最適でない投与方法であることが研究で示されています14。
サイトカイン事前ライセンス、遺伝子組み換え、低酸素前調整などのさまざまなアプローチが、MSCのin vivo持続率と治療効果の向上に広く研究されています15。マウス後肢虚血モデルでは、低酸素前調整(2%O2)により、熱衝撃タンパク質である78-kDグルコース調節タンパク質(GRP78)の発現増加によりMSCの増殖および移動能力が改善されました16。IL-1β(インターロイキン1ベータ)は、MSCが好中球、単球、リンパ球、好酸球を利用できるようにします17。生体内投与後、MSCは活性化されたTおよびNK細胞由来のIFNγにさらされ、MSC18によるインドレアミン2,3-ジオキシキゲナーゼ(IDO)産生を促進します。IDOはMSCの分泌物に不可欠な成分であり、T細胞の増殖速度を低下させます。興味深いことに、MSCはマウス由来のTリンパ球と共培養すると免疫抑制能力が低下します19。研究では、IFN-γ事前ライセンスが凍結保存MSCにおけるT細胞介性アポトーシスの発生率を低下させることが確認されています13,20。IFNγプライミングはBMSCsの治療効果を向上させる13。これらすべての証拠は、より強力な免疫抑制性MSCの産生においてIFNγが不可欠な役割を果たすことを示しています。
MSCの最も効果的な送達方法を決定するために、動物モデルは倫理的なアクセス性のために広く活用されています。前臨床転帰のばらつきを減らすためには、MSCの製造プロセスにおいて高収量、細胞生存率、時間経過の一貫性を保証する最適化された方法を確立することが極めて重要です21。MSCの通過は、さまざまな治療効果を生み出す重要な変数です。 in vitro 培養中、パスケージングはMSCの特徴付けや有効性を調節し、一定回数のパステージ後には細胞が老化状態になります。したがって、臨床試験や前臨床研究においては、MSCの伝道番号の使用を一貫させることが極めて重要です。同様に、MSCの隔離に関する特定のプロトコルとの整合性も、MSC使用の結果の再現性を達成するための重要な要素です。多くのアプローチの中で、抗体ベースの細胞選別法23、ネガティブ選択法24、酵素による消化法25 がMSCの分離に人気があります。しかし、これらの方法の適用可能性は供給源によります。なぜなら、不適切な使用は収量、有効性、三系性の分化能力を低下させるからです。
ここでは、BMSCの分離および特性評価のための標準化されたプロトコルを提示し、推奨されるパッセージ番号、凍結保存技術、BMSC由来の状態培地収集を重視します。また、IFNを媒介γ MSCプライミングのプロトコルを提供し、最後に腹膜マクロファージが正常またはIFNをγの事前認可済みBMSCに対してどのように異なる反応するかの比較研究を実証しました。
本研究は、ICMR-国立生殖・児童健康研究所(IAECプロジェクトNo.09/23)およびウィスコンシン大学マディソン校施設動物ケア・利用委員会の承認とガイドラインのもとで実施されました。本研究では、特定の病原体フリー(SPF)条件下で繁殖・飼育された6〜8週齢の雌C57Bl/6Jマウスを用いました。
注:in vivo または in vitro 試験の作業中、機関バイオセーフティ委員会(IBSC)が定めたバイオセーフティプロトコルに従いました。簡単に言うと、動物実験ではストレスと怪我のリスクを減らすために優しい取り扱いを続けました。安全メガネ、手袋、実験用コート、マスク、使い捨てのブーファンキャップなど、適切なPPEを使用しました。DMSOのようなバイオハザード化学試薬については、化学物質を扱うためにバイオセーフティキャビネットを使用しました。特定の廃棄物容器を使って、バイオハザード試薬や鋭利な物を捨てました。
1. 小鼠骨髄間葉間質細胞の単離
注:後肢採取後、残りの手順は組織培養層流フードと無菌無菌技術で行うべきです。
2. 培養MSCから調製培地の調製
3. 培養MSCからIFNγプライム調整培地の製剤
4. 腹膜腔由来のマクロファージの単離および培養
5. 酵素結合免疫吸着アッセイ
6. MSCsおよびマクロファージ表現型解析のフローサイトメトリー解析
全体の実験回路図は 図1に示されています。マウス骨髄は大腿骨と脛骨の両方から採取され、種子化、通過、フローサイトメトリーの特性評価が行われました(図1A)。BMSCの条件培地(BMSCs-CM)をIFNγ事前認可の有無にかかわらず収集し、BMSCs-CMのバイアルは将来の実験用に-80°Cで保管されました(図1B)。
骨髄由来の細胞はヘモサイトメーター(図2A)で数えられ、完全なDMEM培地中に5000細胞/cm²の密度でシードされました。48時間後、最初の培地を交換し、その後は3〜4日ごとに培地を交換し、完全に合流するまで続けました。細胞が80%の合流度に達した時点で胚胎継代を行いました(図2B)。4番では、MSC特異的マーカー発現に基づいて細胞を特徴付けました。細胞はCD44、CD29、CD90陽性、CD45、CD11b、CD34は陰性でした(図2C)。BMSCは脂肪形成系統、骨形成系統、軟骨起源系統に分化できます 14,27,28,29。これは国際細胞療法学会のアイデンティティガイドラインを維持しています。
MSCs-CMの免疫抑制効果を理解するために、腹膜腔由来マクロファージ(PMφ)を治療し、BMSCs-CMで処理しました(図3A)。BMSCs-CM処理マクロファージのフローサイトメトリー解析を行いました(図3B、C)。腹膜腔に常駐する培養適応マクロファージは、M1およびM2特異的表面マーカーで染色されました。細胞マーカーの染色前に、マクロファージを精製した抗マウスCD32/CD16(マウスFc Block)でインキュベートし、染色抗体を加えることで非特異的抗体結合を防ぎました。M1特異的マーカーであるCD86およびiNOS、およびM2特異的マーカーであるCD206およびCD163の発現が研究されました。細胞は最初に造血マーカーCD45.2(C57BL6の場合)に基づいてゲートが特定されました。IL-10はM2表現型のシグネチャーサイトカインです。MSCs-CM処理マクロファージから放出されるIL-10はELISA試験で測定されました(図3D)。LPS/IFNgはM1偏極を誘導するため、この処理は陰性対照群として機能しました。
CCL2はMSCのセクレトームで同定されるシグネチャーサイトカインの一つであり、マクロファージ分極を誘発します。MSCによって放出されたCCL2はELISA(図3E)によって検出されました。マクロファージ分極におけるCCL2の役割を確認するため、マクロファージをCCR2阻害剤で前処理し、その後MSC-CM処理を行い(図3F)、再びIL-10 ELISA研究でマクロファージ分極を検出しました(図3F)。
我々の結果は、MSCのセクレトームが抗炎症性マクロファージ分極を誘導できることを明確に示しており、これは条件付け培地処理後の腸由来マクロファージにおけるIL-10産生の増加によって示されています(図3)。

図1:研究フローチャート。 (A) C57BL/6匹のマウスが安楽死されました。骨髄は大腿骨と脛骨の両方から洗浄され、遠心分離され、培地を3日ごとに交換しながら1週間培養されました。MSCはパセジングされ、4番目のパスではフローサイトメトリーおよび脂肪形成解析で特徴づけられました。(B) 4つのパスを6ウェルプレートにシードし、1セットは25 ng/mL濃度のIFNγを加え、もう1セットは未処理で保管しました。48時間後、通常の新しい完全なDMEMメディアに交換してください。24時間後に、プレート、遠心分離機、フィルターから媒体を採取します。状態のメディアは-80°Cで保存し、将来使用します。 この図の拡大版はこちらをクリックしてご覧ください。

図2:表現型の特徴付け。 (A) 種子授種前にヘモサイトメーターで骨髄由来の細胞を数えました。(B) 細胞は各通過前に80%の合流率まで成長させました。(C) 4番のパステージはマウスMSC特異的マーカーを用いたフローサイトメトリー解析で特徴付けられました。スケールバーは100 mMを表しています。 図2C は14から修正されています。 この図の拡大版はこちらをクリックしてご覧ください。

図3:BM-MSCセクレトーム解析。 (A) 実験の回路図。(B) MSC-CM処理PMφの代表的なプロット・フォーフローサイトメトリー解析。腹膜由来の細胞は造血マーカーのCD45.2陽性集団に基づいてゲートが特定されました。選定された集団は、M1特異的マーカーCD86またはiNOS、M2特異的マーカーCD206またはCD163、さらにCD11bの二重染色でそれぞれ染色されました。(C) 細胞のM1またはM2集団の割合を定量化した。LPS/IFNγで処理された細胞集団が陰性対照として機能しました。(D) MSC-CM処理PMφによって放出されたIL-10を定量するためにELISAを実施しました。ELISAは、MSC-CMによって放出された(E)CCL2、PMφによって放出された(F)IL-10を定量するために実施されました。図に示されているように、1セットの実験はCCR2拮抗薬の存在下で行われました。誤差バーはSEM±平均を表しています。データは3つの独立した実験、各グループに3つのMSCサンプルを代表しています。学生のt検定を用いてすべての実験の統計解析を行いました。∗p < 0.05、∗∗p < 0.01、∗∗∗p < 0.001、∗∗∗∗p < 0.0001。図3B-Fは13から修正されています。この図の拡大版はこちらをクリックしてご覧ください。
補足図1: BMSCは0、5、10、25、50、100 ng/mLのIFNgで事前認可されていました。マクロファージはIFNγで事前認可されたMSCs-CMで処理されました。ELISAはMSC-CM処理PMφによって放出されるIL-10の定量のために実施されました。誤差バーはSEM±平均を表しています。データは3つの独立した実験、各グループに3つのMSCサンプルを代表しています。 このファイルをダウンロードするにはこちらをクリックしてください。
補足図2: (A-C)単一細胞は前方散乱および側散乱パラメータに基づいて選定されました。(D) 単一細胞は生死染色に基づいてゲート化されていました。 このファイルをダウンロードするにはこちらをクリックしてください。
マウス骨髄由来の間葉質質細胞の単離は、 生体内 動物モデルにおけるMSCの内在的な免疫抑制および再生特性を理解する上で重要な技術です。この方法は一見簡単で従いやすいように見えますが、細菌汚染を防ぎ最適な細胞収量を確保するためには、いくつかの手順を正確に実行する必要があります。処置の各段階は、超クリーンな環境で無菌的に行うべきです。
細胞の収率が低くなるため、6〜8週齢のマウスを選びます。大腿骨と脛骨の端を切る際は、骨髓腔をできるだけ保護し、洗浄はしっかりとしながらも優しくして、完全に骨髄を抜く必要があります。分離された細胞は適切なCO₂濃度と加湿条件下で培養されるべきです。培地交換時には、汚染された造血細胞を除去するために、リン酸緩衝生理食塩水(PBS)で細胞を優しく洗浄してから培地を交換することが重要です。造血細胞の汚染を防ぐため、再通過時のトリプシン化は5分を超えないようにします。初期の経過では培地の交換があまり速くならないようにしましょう。頻繁な培地交換は細菌汚染を引き起こす可能性があるためです。
各通過時に、一貫性と利用可能性を維持するために複数回のバッチに分けてクライオプリザードする必要があります。IFN-γプライミングについては、MSC調整された媒体の最も効果的な事前ライセンス条件を決定するために線量依存実験を行うべきです。実験では、5、10、25、50、100 ng/mLといった範囲のIFNγ濃度を試験し、MSCの事前ライセンスを取得しました。次に、最適濃度として25 ng/mLが特定されました。
データの完全性を保つために、特定のパッセージ番号の細胞はすべての実験アッセイで一貫して使用されるべきです。MSCのフローサイトメトリー特性評価には、表面受容体発現の信頼できる検出を確保するために、3回以上のパセージの細胞を使用するべきです。フローサイトメトリー染色時の生死細胞識別は、偽陰性の可能性を減らすために不可欠です。
この結果は、外因性に投与されるBMSCが大腸炎中の腸の炎症を軽減する重要なメカニズムを示しています。IFN-γプライミングは、MSC条件付け培地がマクロファージ分極に作用する効果を高めます。BMSCsから放出されるCCL2は、マクロファージに作用してM2分極を誘導する重要なケモカインです。私たちの先行の研究では、CCL2およびCXCL12ケモカインがマクロファージに協力して作用し、その分極を促進していることが示されました。このイベントは、T細胞およびB細胞の表現型の調節を通じて抗炎症シグナル伝達を伝播させるために不可欠です13。
本研究では、MSCの塑性付着特性に基づくBMSC分離の簡単なプロトコルを特に適用しました。フローサイトメトリーソーティングや免疫磁気ソーティングを用いて、MSC特異的表面マーカーに基づくBMSCを分離できます。しかし、これらの方法の両方において、試料準備中に多くの細胞を失う可能性があります。マウスの骨髄は非常に少ないMSCの数(骨髄細胞の約0.001%から0.08%と推定)を含んでいるため、標準的なプラスチック付着性特性に基づく分離法を好みました。しかし、この方法にはいくつかの欠点があります。主なリスクは造血細胞の汚染であり、MSCの治療能力を低下させる可能性があります。したがって、MSC特異的表面受容体を発現する細胞群がかなり多い特定の通過番号を特定することが重要です。
著者には開示すべき利益相反はありません。
DBT/ウェルカム・トラスト・インディア・アライアンスからのJ.G.への若手キャリアフェローシップの資金提供。この原稿には、DMラボのNIRRCH ID: REV/1502/02-2023 Fund(DMラボ)が記載されています。この研究は国立衛生研究所(NIH)、国立糖尿病・消化器・腎臓病研究所の支援を受け、J. ガリポー氏に授与R01DK109508されました。この研究はウィスコンシン大学カーボーンがんセンターの支援助成金P30 CA014520の支援も受けています。
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 垂直層流を持つ細胞培養フード、UV光とnbspを備え、 | |||
| 滅菌外科用はさみ | |||
| 25/75 cm2フラスク | |||
| 5/10mL注射器に27Gの針を使った | |||
| 6ウェル培養皿 | |||
| アキュターゼ | コーニング | #AT104 | |
| アンニットマウス F4/80 装甲兵員輸送車 | バイオレジェンド | #123116 | |
| アンチマウスCD 11b PE | BD ファルミンゲン | #557397 | |
| アンチマウスCD 45.2 APC | BD ファルミンゲン | #558702 | |
| アンチマウスCD163 Percp eFluor710 | eバイオサイエンス | #46-1631-80 | |
| アンチマウスCD206 PE | バイオレジェンド | #141706 | |
| アンチマウスCD86 FITC | BD ファルミンゲン | #553691 | |
| アンチマウスiNOS PE-Cy7 | eバイオサイエンス | #25-5920-80 | |
| CCL2 ELISAキット | インビトロジェン | #554722 | |
| CCR2の敵役(RS 102895) | シグマ | #R1903 | |
| 遠心分離機およびnbsp; | |||
| DPBS | コーニング | #21-031-CV | |
| ダルベッコの変形鷲の中質(DMEM) | コーニング | # 10-013-CV | |
| 胎児用牛血清 | シグマ | #F8067 | |
| フィルターメッシュ(70mm) | |||
| ゴーストレッド780バイアビリティダイ | トンボ・バイオサイエンス | #13-0865-T100 | |
| IL-10 ELISAキット | インビトロジェン | #88-7105-88 | |
| L-グルタミン | コーニング | #25-005-CI | |
| 位相差装置を備えた顕微鏡 | |||
| マウスIFN&γ; | R&Dシステム | #485-MI-100 | |
| ペニシリン・ストレプトマイシン | コーニング | #30-002-CI | |
| ラット抗マウス CD16/CD32 | BD ファルミンゲン | #553142 | |
| RPMImedium | コーニング | #10-040-CV | |
| 無菌外科用鉗子(直線かつ湾曲) | |||
| 温度・ガス組成制御インキュベーター | |||
| トリプシン | コーニング | #25052-cl | |
| 温度制御付きの水浴 |
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