このプロトコルは、自己組織化された幹細胞集合体から大きな細胞外小胞(LEV)を効率的に分離し、下顎骨再生に治療的応用する方法を詳述しています。
方法論記事
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このプロトコルは、自己組織化された幹細胞集合体から大きな細胞外小胞(LEV)を効率的に分離し、下顎骨再生に治療的応用する方法を詳述しています。
細胞外小胞(EV)は細胞間コミュニケーションの重要な媒介者であり、再生医療における細胞フリーエージェントとして有望です。EVサブポピクルの中で、大型の細胞外小胞(LEV)はその豊かな再生促進貨物により組織修復に特に適しています。しかし、機能的な歯科幹細胞由来LEVを下流の特性評価や治療評価のために生成する標準化かつ再現性の高い手法は依然として限られています。頂端乳頭からの幹細胞(SCAPs)の卓越した骨形成能力を活用し、低接着条件下で自己組織化SCAP集合体を誘導する3D培養モデルを開発しました。このモデルは生理的な間葉結縮を模倣し、細胞間相互作用を有意に強化し、LEV分泌を促進します。細胞の生存率を維持しつつ、集合体の一貫性を高め、LEV産出を最大化するために重要な培養パラメータと取り扱いノートが提供されています。ここでは、3D集合体生成、差分遠心分離による分離、ナノ粒子追跡分析(NTA)に基づく粒子サイズ分布と濃度解析、そして下顎骨欠損修復のための熱架橋ハイドロゲルを用いた治療的投与を含む、機能的SCAP由来LEVの効率的な生産のための標準化されたプロトコルを提示します。このアプローチにより、LEV生成は下流の機構研究や頭蓋顔面再生における前臨床評価のための効率化を実現します。この最適化されたワークフローにより、一定の収量と濃縮されたプロステオジェニックカーゴを持つバイオアクティブLEVの再現性調製が可能となり、基礎研究を促進し、EV介在の頭蓋顔面再建の臨床翻訳を加速させます。代表的な用途では、ハイドロゲル充填LEVが欠陥部位に局所的なデポを提供し、移植時の便利な取り扱いを可能にします。この手法は、SCAP由来のLEVを作成するためのスケーラブルなプラットフォームを提供し、標準化された報告およびトランスレーショナルスタディ設計における重要な考慮事項を浮き彫りにします。このアプローチは、頭蓋顔面EV検査室でのより広範な普及を支援します。
細胞外小胞(EV)は、細胞から放出される膜に結合されたナノ粒子であり、タンパク質、miRNA、脂質などの生物活性物質の移動を通じて細胞間コミュニケーションを媒介します。EVサブ集団の中で、大きな細胞外小胞(LEV)は細胞膜からの直接放出と再生促進分子の固有的な富集が特徴であり、組織修復や再生に適している4,5。再生医療において、間葉幹細胞(MSC)由来のEVは、全細胞療法の有効な細胞フリー代替としてますます認識されています6,7,8。これらは親MSCのパラクリン再生効果を再現しつつ、直接移植の制約である低い着床効率、免疫原性、バッチ変動(7,8,9,10)を回避しています。MSCの源としては、頂端乳頭からの幹細胞(SCAPs)が優れた骨形成および歯原性分化ポテンシャル11,12,13を示しており、SCAP由来のEVは口顔面の骨および歯組織修復に特に魅力的です8。
特に、EVの生の生成と機能は細胞微小環境に大きく影響されています。従来の二次元(2D)単層培養は、自然組織の文脈から大きく逸脱し、しばしば再生能力が低下したEVを生み出します18。対照的に、三次元(3D)自己組織化MSC集合体は、細胞密度が高く、細胞間接触が集中し、細胞外マトリックス(ECM)が濃縮され、構造的支持を提供し、細胞の接着、移動、運命の決定を調節する生化学的・機械的な手がかりを提供する生理的間葉結縮の重要な側面を再現します 19,20,21.このバイオミメティックな3Dマイクロ環境は、細胞間コミュニケーションとパラクリンシグナル伝達を強化するだけでなく、EVの分泌を促進し、より高い収量と改善されたバイオアクティブ貨物プロファイル(24,25,26)を生み出します。このように、3D自己組み立てMSCアグリゲージを利用することは、再生用途向けの機能的に強力なEVを得るための非常に有望な戦略として浮上しています。
集約由来のEVには明確な利点があるものの、3Dシステムからの分離や特性評価のための標準化されたプロトコルは依然として十分に発展していません。差動遠心分離などの現在のEV隔離手法は確立されており、EV生産のためのスケーラブルな枠組みを提供しています。同様に、MSC集合体を生成する方法も報告されており、多くの場合、ビタミンCによる細胞のカールと2D培養細胞からの凝集に依存しています28。しかし、これらのビタミンC誘導集合体内のECM構造は、空間的に組織化された凝縮状の天然間葉組織の微小環境とは異なる場合があります。これに対し、低接着条件下での足場なし自己組織化は、間葉結合の主要な特徴に近似するコンパクトで球状の集合体の形成を促進します19,29。現在、このような低接着誘発の3D SCAPアグリゲットからEVを分離し適用するための体系的かつ再現可能なワークフローが不足しています。実用的な観点から、従来の2D SCAP培養によるLEV生産は通常、ナノ粒子追跡解析(NTA)で11個11個程度の範囲に入り、3D低付着集体はLEV出力を数倍に増加させつつ、後続の応用で再現性を維持することが期待されています。このギャップを埋めるために、SCAPsの固有の骨生成・歯学的機能を活用し、3D低接着集約を通じてMSCマイクロ環境を最適化する包括的なプロトコルを詳述します。このプロトコルにより高品質なLEVの信頼性の高い生産が可能となり、頭蓋顔面医学における細胞フリー再生療法の標準化ツールを提供します。
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すべての動物実験は第四軍医大学の動物ケア・利用委員会の承認を受け、ARRIVEガイドラインに準拠して実施されました。人体サンプルの採取および使用は、第四軍医科大学倫理委員会(承認番号)によって承認されました。IRB-REV-2022187)。サンプル採取前にすべてのドナーから書面によるインフォームドコンセントが取得されました。未成年者や同意を提供できないドナーについては、法定後見人から書面によるインフォームド・コンセントを取得しました。すべての試薬は無菌ろ過され、細胞培養手順は無菌を維持するためにバイオセーフティキャビネット内で行われました(材料 表参照)。すべてのヒト由来物質(歯、組織、一次細胞、調整培地、EV製剤)を感染性のあるものとして扱いましょう。人体サンプルを含むすべての手順は、適切な個人防護具(PPE)を用いて認証されたバイオセーフティキャビネット内で行い、白衣、手袋、目の保護具を着用してください。バイオセーフティおよび廃棄物処理に関しては、機関のBSL-2ガイドラインに従います:すべての人為由来物質および汚染された使い捨て品をBSL-2バイオハザード廃棄物として扱うこと;使用後は、機関承認の消毒剤で表面や設備を除染してください。液体バイオハザード廃棄物をラベル付き容器に収集し、承認された方法で無効化してから処分してください。シャープはすぐに認可されたシャープ容器に入れて処分してください(キャップの交換はなし)。動物組織・死骸および麻酔・化学残渣を規制対象のバイオハザード・化学廃棄物として扱い、該当する規制に従い機関サービスを通じて処分してください。
1. ヒトSCAPの分離と培養
注意:P/Sはバイオアクティブ抗生物質混合物であり、皮膚や目の刺激やアレルギー反応を引き起こす可能性があります。開封時のBSL-2バイオセーフティキャビネット内のハンドル;手袋と目の保護具を着用すること;エアロゾル発生を避けること;そして、機関の化学廃棄物ガイドラインに従って廃棄物を処分すること。コラーゲナーゼタイプI(溶液)はバイオアクティブ酵素であり、皮膚や目の刺激やアレルギー反応を引き起こす可能性があります。BSL-2バイオセーフティキャビネット内のハンドル;手袋と目の保護具を着用すること;ピペッティング中の飛沫やエアロゾル発生の回避、そして、機関の手続きに従って速やかに流出したものを除染すること。保管や使用中にコラーゲナーゼタイプIを光から守りましょう(材料表を参照)。
2. SCAPアグリゲートの自己組織化
3. SCAPアグリゲートからのEVの分離と特性評価
4. 下顎骨再生におけるLEVの治療的応用
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実験ワークフローによると、SCAP分離、骨材形成、LEV抽出、治療的埋め込みなどの重要な工程が成功裏に実行されました(図1)。ドナーからの臨床的埋伏された第3大臼歯では、未熟な先端が見られ、開口根管の周囲に完全な頂端乳頭組織が付着しており、SCAPの適切な供給源が確認されました(図2A)。 vitro培養時、豊富な細胞突起を持つ紡錘形のSCAPが頂端乳頭組織から移動し、3日以内に徐々に合流し、特徴的な渦状の配列を形成しました(図2B)。フローサイトメトリーによりCD90陽性およびCD45陰性のSCAP表現型が確認されました(図3A)。自己更新能力はCFUの設立とEdUの法人化によって支えられました(図3B)。アリザリンレッドSおよびオイルレッドO染色によって...
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細胞フリー再生療法への関心の高まりにより、間葉系幹細胞由来のLEVは、細胞ベースのアプローチに伴うリスクなく生体活性分子を送達できるため、全細胞移植の有望な代替手段として位置づけられています。しかし、LEVベースの治療法の臨床応用は、LEVの機能を完全に維持・強化できる生理学的に関連性の高い培養システムが不足しているため、妨げられています。従来の2D単層培養は、生体内で間葉質幹細胞の機能を支えるネイティブの微小環境から大きく異なり、再生能力が限定的なLEVとなります18,24。この制約に対処するため、自己組立した3D SCAPアグリゲートに基づくプロトコルを開発し、LEVの収率を向上させるだけでなく、臨床文脈での機能的関連性も向上させる標準化されスケーラブルなワークフローを構築しました。
本研究は、SCAPの低接着凝集を通じて幹細胞ニッチの主要な生理的特性を再現する効率的な足場フリ...
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著者たちは利益相反を一切認めていない。
この研究は、中国国家重点研究開発プログラム(2021YFA1100600)、中国国家自然科学基金(82471011、82401201)、口腔顎顔面再生国家重点研究所プロジェクト(2024MS04)、中国博士後科学基金(BX20230485)、および第四軍医大学パートナーラボ協力交流プログラムプロジェクト(2024HB014)からの助成金によって支援されました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 針付き1mL注射器 | BD | 300841 | 麻酔 |
| 10cm細胞培養皿 | コーニング | 353003 | 細胞培養 |
| 15 mL ポリスチレン遠心分離機管 | コーニング | 352095 | 細胞培養 |
| 75%エタノール消毒剤 | 海詩海怒 | HS-750 | 動作 |
| 吸収性縫合 4-0 | 金環医療 | R413 | 動作 |
| ベンチトップ遠心分離機 | ウィッゲンズ | CE187 | EVのアイソレーション |
| CO2インキュベーター、150リットル、ユニバーサルタイプ | サーモフィッシャー | 51032874 | 細胞培養 |
| コラーゲナーゼタイプI | サーモフィッシャー | 17100017 | 細胞培養 |
| 綿球 | デロイヤル | 30-033 | 動作 |
| 曲面作動ハサミ | JZ外科用器具 | J21040 | 動作 |
| 歯科用移動式タービンユニット | カヴォ | S609C | 動作 |
| 電子天秤 | 志可 | ZK-DST | 細胞培養 |
| エッペンドルフ管 | エッペンドルフ | 3810X | EVのアイソレーション |
| 鉗子、大丈夫 | JZ外科用器具 | JD1020 | 動作 |
| 脱毛クリーム | ヴェート | 1.00097E+11 | 動作 |
| 高速ボールバー | デンツプリ・シロナ | E0123 | 動作 |
| 高速ハンドピース | カヴォ | KV-1-008-1644 | 動作 |
| 倒立顕微鏡 | Mshot | MF53-N | 細胞培養 |
| MEMとα;(最低限の必須ミディウム&アルファ) | サーモフィッシャー | 12561056 | 細胞培養 |
| ナノ粒子追跡ビデオ顕微鏡 PMX-120 | 粒子メトリクス | ゼータビュー PMX120 | ナノ粒子追跡解析 |
| ペニシリン・ストレプトマイシン(P/S) | サーモフィッシャー | 15140122 | 細胞培養 |
| ペントバルビタールナトリウム | シグマ・オルドリッチ | 57-33-0 | 麻酔 |
| リン酸緩衝生理食塩水(PBS) | サーモフィッシャー | 10010023 | 細胞培養 |
| プルロニックF-127 | シグマ・オルドリッチ | P2443 | EVインプラント |
| ポビドンヨウ素溶液 | バクスター | PROSL500 | 動作 |
| 特殊胎児用牛血清(FBS) | サーモフィッシャー | 12664025 | 細胞培養 |
| 滅菌ガーゼブロック | 勝利 | 10-000-681 | 動作 |
| 卓上高速マイクロ遠心分離機 | 日立 | CT15E | EVのアイソレーション |
| トレフィンドリル | バイオメットマイクロフィクセーション | 01-9182 | 動作 |
| トリプシン-EDTA | サーモフィッシャー | 25200072 | 細胞培養 |
| 超低圧アタッチメント24ウェルプレート | コーニング | 3473 | 細胞培養 |
| ボルテックスミキサー・ジーニー | 科学産業 | SI0425 | EVインプラント |
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