このプロトコルは、歯髄幹細胞(DPSC)由来のエクソソームを通路間で分離・特徴付けするための標準化されたワークフローを示し、再生応用におけるエクソソームの品質および機能活性の再現性評価を可能にします。
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このプロトコルは、歯髄幹細胞(DPSC)由来のエクソソームを通路間で分離・特徴付けするための標準化されたワークフローを示し、再生応用におけるエクソソームの品質および機能活性の再現性評価を可能にします。
歯髄幹細胞(DPSC)は、間葉幹細胞のアクセスしやすく臨床的に重要な供給源であり、その由来エクソソームは組織工学や再生医療における細胞無添加の有望な生体活性小胞として注目されています。しかし、DPSC由来エクソソームの単離および機能検証のための再現可能かつ標準化された方法は、特に細胞拡張時に導入される変異性に関して限界が残っています。ここでは、DPSC調整培地からのエクソソームの分離および精製のための包括的で標準化されたキットベースのワークフローを説明し、通常の実験室作業と互換性があります。この方法は、一般的に利用されている技術を用いて形態学的、分子的、機能的特徴付けに適した完全な小胞の一貫した回収を可能にします。エクソソームの同一性は形態、サイズ分布、マーカー発現に基づいて評価され、生物学的活性は定義されたin vitro抗炎症アッセイを用いて評価されます。通路関連効果を調べるために、異なるDPSC通路由来のエクソソームをこの機能的読み取りを用いて比較し、細胞増殖時の一貫性を評価する実用的な枠組みを提供します。分離、精製、特性評価、機能検証を単一のワークフローに統合することで、このプロトコルはバイオマテリアル研究および再生応用向けの機能検証済みDPSC由来エクソソームを生成する再現性と拡張性のアプローチを提供します。
間葉系幹細胞由来のエクソソームは細胞間コミュニケーションの重要な媒介者として機能し、組織工学や再生医療の分野で大きな治療可能性を示しています。エクソソームは直径30〜150 nmの小胞で、生体活性分子を伝達し、増殖、分化、免疫応答など受容細胞のさまざまな機能を調節することができます1,2。さまざまな間葉質幹細胞(MSC)供給源の中で、歯髄幹細胞(DPSC)は入手しやすいこと、強靭な増殖能力、低腫瘍リスク、そして倫理的懸念が最小であることから特に注目されています。DPSC由来のエクソソーム(DPSC-Exos)は、タンパク質、mRNA、マイクロRNAなど多様な機能的貨物を含み、親細胞の多くの生物学的特性を保持しています。過去の研究では、DPSC-エクソスが血管新生、神経修復、骨再生、抗炎症反応を促進することが示されています。組織工学の役割を超えて、エクソソームは腫瘍発生やがん治療において重要な調節因子としてますます認識されており、腫瘍微小環境の再構築、薬剤耐性、免疫回避に寄与しています。DPSC由来を含むMSC由来のエクソソームは、腫瘍ホーミング能力と免疫調節特性を有しており、標的抗がん薬送達や細胞フリー免疫治療薬としての次世代有望な媒体として位置づけられています。細胞ベースの治療に伴ういくつかの制限を回避することで、DPSC-エクソは再生応用における有望な非細胞生物活性成分として浮上しました(7,8,9,10,11,12)。
これらの利点にもかかわらず、DPSC-Exo研究を再現可能な実験的または臨床的利用に転換することは依然として困難です。主な制約は、エクソソームの分離および精製に関する統一かつ標準化されたプロトコルが存在しないことです。現在使用されているアプローチには、超遠心分離13、超ろ過、沈殿法、サイズ排除クロマトグラフィー、免疫親和性キャプチャ14,15があります。これらの方法の中で、ポリマーベースの沈殿は高スループット、幅広い試料体積への適合性、操作の簡便さなど実用的な利点を持ち、大量のサンプル数やスケールアップ要件を伴う研究に適しています 16,17,18。タンパク質収量や粒子対タンパク質比率に関する異なる分離方法の比較解析は文献で広く記録されています。しかし、DPSCの通過番号が派生エクソソームの特徴や生物学的活性に与える影響は十分に解明されておらず、DPSC-エクソ生産の標準化および品質管理において重要なギャップとなっています。
これらの技術的制約に対処するため、本研究はDPSC条件付け培地からエクソソームを分離・精製するための標準化されたキットベースのプロトコルを提示します。物理的および分子的特徴付けに加え、プロトコルには機能的アッセイを組み込んで、異なるDPSC通路由来のエクソソームの抗炎症活性を評価することにより、外分泌体品質と機能の一貫性を比較評価することが可能です。ワークフローは、標準的な細胞培養および分子生物学設備を備えた実験室での簡単な導入を想定しています。これは市販キットに依存して実験間のばらつきを減らすことができ、さまざまな実験ニーズに合わせて容易にスケール可能です。ドナー間の変動を最小限に抑えるため、DPSCは個々の歯から分離され、複数のドナーからプールされるのではなく、独立して増殖されます。このプロトコルは、創傷治癒、骨組織工学、免疫調節研究など、バッチごとの一貫性が不可欠な後継用途のために機能的に検証されたDPSC由来エクソソームを生成する研究者に特に有用です。全体として、組織工学や再生医療研究に利用されるDPSC由来エクソソームの製造に向けた実用的かつ標準化された枠組みを提供します。
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この調査はヘルシンキ宣言の原則に従って実施され、制度倫理委員会によって承認されました。人間の歯髄組織は、寧波口腔医学病院で処分された第三大臼歯や矯正前臼歯から採取され、機関の倫理ガイドラインに従って採取されました(プロトコル番号:NBKQYY2025LS-04;承認日:2025年5月30日)。人間の皮膚組織は、寧波大学付属人民病院泌尿器科で通常の割礼手術中に採取された廃棄された包皮サンプルから採取され、機関の倫理ガイドラインに従い(プロトコル番号2024104、承認日:2024年10月30日)に従ったものである。サンプル採取前に、すべてのドナーまたはその法定後見人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。
1. 歯髄幹細胞由来のエクソソームの単離
2. ヒト一次皮膚表皮角化細胞の単離および培養
3. 異なる通路からのエクソソームの抗炎症機能の機能的検証
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歯髄幹細胞の同定と特徴付け
本プロトコルで単離された一次歯髄幹細胞(DPSC)は、in vitro増殖中に安定した成長と典型的な間葉形態を示しました。 図1に示すように、2、4、6の通路におけるDPSCは、均質な紡錘形の線維芽細胞集団を示し、形態学的な違いや通路間の自発分化の兆候は見られませんでした。すべてのDPSCの通路は、変動を最小限に抑えるために同一条件下で培養されました。
拡張されたDPSCが後のパスで間葉系幹細胞の特徴を保持することを確認するため、パスセージ6の細胞に対してフローサイトメトリー解析が行われ、in vitro増殖中の幹細胞特性を維持するための代表的な品質管理が行われました。これらの細胞は間葉幹細胞マーカーのCD44、CD90、CD105の発現が高い一方で、造血および内皮系マーカーのCD45、CD19、CD14の発現は欠けていました(
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本研究で述べた標準化されたプロトコルは、歯髄幹細胞(DPSC)の分離、DPSC由来エクソソーム(DPSC-Exos)の産生、および複数の細胞通路にわたるこれらの小胞の機能的検証のための再現可能な枠組みを提供します。以下の議論では、重要な手続き上の考慮事項、最適化戦略、方法論的限界、そしてこのワークフローが再生医療研究に与えるより広範な関連性を強調しています。
このプロトコルの信頼性は、組織の調達と取り扱いから始まる最も初期段階での厳格な品質管理に依存しています。DPSCは、若年ドナーから得られた健康な歯髄組織から分離され、成人(18〜25歳)の第三大臼歯や思春期(12〜16歳)の矯正前臼歯などが対象となりました。若い個体から採取された歯髄は通常、より高い増殖能力と保存された幹を持つ細胞を産出し、下流のエクソソーム生産に一貫した生物学的基盤を提供します3,20。抗生物質保護下での迅速な輸送と処理は、汚...
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著者には競合する金銭的利益を主張する必要はない。
このプロジェクトは中国国家自然科学基金(助成金番号82273554)によって資金提供されました。著者らは寧波口腔医学病院の生体材料・組織再生工学研究室の継続的な支援に感謝し、現職および過去のチームメンバーの貴重な議論に感謝します。また、寧波大学付属人民病院の沈麗良博士にも、包皮組織サンプルの提供に寛大な支援と強力な支援をいただき感謝しています。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 0.05% Trypsin-EDTA Solution | Gibco | 25300054 | 消化力を活かして、トリプシンは細胞解離、日常的な細胞培養の継代、および一次組織解離に広く使用されています。 |
| 100 mm Cell and Tissue Culture Dish | Biofil | TCD010100 | 表面処理済み/未処理 無菌&非発熱性 DNase/RNaseフリー |
| 100 nm PS beads | Thermo Fisher | 3100A | ナノ粒子トラッキング解析(NTA)実験を実施する前に、正確に知られた粒子サイズ(100 nm)を持つ標準物質を使用して機器を校正する必要があります。 |
| 15-mL Bulk Conical Centrifuge Tube | KIRGEN | KG2611 | 無菌、RNase/Dnase、発熱性フリー |
| 200-mesh Formvar-carbon-coated copper grid | Zhongjing Scientific Instruments | AZH200 | TEM撮像用のエクソソームサンプルをサポートします。Formvar-carbonコーティングはサンプルの接着性と導電性を高め、200-meshグリッドは均一な粒子分布と安定な撮像のための適切な開口部を提供します。 |
| 37 °C Incubator | Thermo Scientific | 51032877 | 37度のCO2インキュベーターは理想的なin vitro環境を提供します。 |
| 50-mL Bulk Conical Centrifuge Tube | KIRGEN | KG2811 | 無菌、RNase/Dnase、発熱性フリー |
| Anti-CD63 antibody [MX-49.129.5] | Abcam | ab193349 | Anti-CD63 antibody [MX-49.129.5] (ab193349)は、ウェスタンブロット、フローサイトメトリー(イントラ)、フローサイトメトリー、IHC-P、ICC/IFでCD63を検出するマウスモノクローナル抗体です。ヒトに適しています。 |
| Anti-TSG101 antibody [EPR7130(B)] | Abcam | ab125011 | Anti-TSG101 antibody [EPR7130(B)] (ab125011)は、ウェスタンブロット、フローサイトメトリー(イントラ)、フローサイトメトリー、IHC-P、ICC/IFでTSG101を検出するウサギモノクローナル抗体です。ヒト、マウス、ラットに適しています。 |
| Automated cell counter | Countstar | IC1000 | 高速で正確な細胞数測定のための自動細胞カウンター |
| BCA Protein Assay Kit | Beyotime | P0012 | 50 - 2000 μg/mlの濃度範囲内で良好な直線関係があります。 |
| Benchtop Centrifuge | BIORIDGE | TD5 | 実験室環境での迅速かつ効率的なサンプル分離用の卓上遠心分離機 |
| Biological safety cabinet | Thermo Scientific | 1379 | 生物安全キャビネットは、空気中の病原体をろ過し、微生物学的作業中の交差汚染を防ぐことで、オペレーター、サンプル、環境を生物学的危険から保護する無菌封じ込め装置です。 |
| Cell Culture Plate,12-Well | Eppendorf | 0030721110 | 組織培養処理済み、ふた付き、底面フラット 無菌、検出可能な発熱性の存在なし、RNase & DNase、ヒト & 細菌DNA 非細胞毒性 |
| Cell Culture Plate,96-Well | NEST | 701001 0714B | 組織培養処理済み、ポリスチレン、非発熱性、無菌 |
| Cellsaving | NCM | C40100 | 無血清、動物タンパク質フリー 細胞凍結培養基 |
| Collagenase, Type I, powder | Gibco | 17100017 | コラーゲナーゼは、コラーゲンに高頻度で見られるPro-X-Gly-Proの配列で、中性アミノ酸(X)とグリシンの間の結合を切断するプロテアーゼです。 |
| Dispase II, powder | Gibco | 17105041 | Dispase II(中性プロテアーゼ)は、非極性アミノ酸残基のN末端ペプチド結合を加水分解するアミノエンドペプチダーゼです。 |
| Dulbecco's Modified Eagle Medium | Gibco | C11995500BT | [+]4.5g/L D-グルコース [+]L-グルタミン [+]110mg/L ナトリウムピルビン酸 |
| Evo M-MLV Reverse Transcription Kit | AG | AG11707 | リアルタイムRT-PCR用専用リバース転写試薬です。Evo M-MLVリバース転写酵素を活用し、短時間で効率的にcDNAを合成することができます。 |
| Exosome Concentration Solution | Umibio | UR52111 | 細胞上清からエクソソームを抽出 |
| Exosome Depleted Fetal Bovine Serum | Umibio | UR50202 | エクソソームフリーの胎児ウシ血清は、無菌に収集された健康な胎児ウシ血清を濾過することにより得られ、胎児ウシ血清内の内因性エクソソームの99%以上が除去されました。処理前の胎児ウシ血清と同様の細胞成長速度と形態を示しました。 |
| Fetal Bovine Serum, qualified, Australia | Gibco | 10099141 | ヘモグロビンレベル: ≤30 mg/dL(通常は≤25 mg/dL) |
| Human-H36B4 | Sangon Biotech | SB002 | フォワード:5'-GCAATGTTGCCAGTGTCTGT-3'; リバース:5'-GCCTTGACCTTTTCAGCAAG-3' |
| Human-IL-23A | Sangon Biotech | SB002 | フォワード:5'-GAAGAGGGAGATGAAGAGAC-3'; リバース:5'-TATCCGATCCTAGCAGCTTC-3' |
| Inverted Biological Microscope | Leica | DMI1 | 培養フラスコやペトリ皿などの容器の壁に付着している生きた細胞や組織を直接観察します。 |
| Minimum Essential Medium | Gibco | C12571500BT | [+]L-グルタミン [+]リボヌクレオシド [+]デオキシリボヌクレオシド |
| NcmSpin Rapid RNA Extraction Kit | NCM | M5106 | このキットは最大3,000,000個の細胞および最大10mgの組織から総RNAを迅速に抽出できます。 |
| Penicillin-Streptomycin | NCM | C100C5 | ペニシリン10,000単位/mlと |
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