중간엽 줄기세포(MSC-sEV)에서 유래한 작은 세포외 소포체는 부작용을 최소화하는 무세포 치료 방식으로 강조되어 왔습니다. 이 연구는 혈액 투석과 초원심분리를 결합한 프로토콜을 제공하여 전체 프로세스에 소요되는 시간을 크게 줄이고 GMP(Good Manufacturing Practice) 표준을 준수하도록 합니다.
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중간엽 줄기세포(MSC-sEV)에서 유래한 작은 세포외 소포체는 부작용을 최소화하는 무세포 치료 방식으로 강조되어 왔습니다. 이 연구는 혈액 투석과 초원심분리를 결합한 프로토콜을 제공하여 전체 프로세스에 소요되는 시간을 크게 줄이고 GMP(Good Manufacturing Practice) 표준을 준수하도록 합니다.
중간엽 줄기세포(MSC-sEV)에서 유래한 작은 세포외 소포체(sEV)는 부작용을 최소화하는 무세포 치료 방식으로 강조되어 왔습니다. 반면, 초원심분리 및 크기 배제 크로마토그래피와 같은 기존 추출 방법은 시간 강도, 비용 및 확장성으로 인해 제한이 있습니다. 이러한 한계를 극복하기 위해 혈액 투석기와 초원심분리를 통합하는 방법을 제안합니다. 이 접근 방식은 100kDa 분자량 컷오프(MWCO) 멤브레인이 있는 혈액 투석 장치를 사용하여 과다한 단백질을 걸러내면서 sEV를 선택적으로 농축하여 sEV의 수율과 순도를 향상시킵니다. 이 초기 정제 단계 후에는 sEV 제제를 더욱 정제하기 위한 초원심분리가 이어집니다. 이 두 기술의 통합으로 전체 프로세스에 소요되는 시간이 크게 단축되었을 뿐만 아니라 GMP(Good Manufacturing Practice) 표준을 준수할 수 있었습니다. 여기서의 방법은 많은 양의 샘플에서 sEV를 분리하는 데 높은 효율성을 보여주며 기존 방법보다 상당한 발전을 제공합니다. 이 프로토콜은 확장 가능하고 비용 효율적이며 GMP를 준수하는 솔루션을 제공함으로써 EV 기반 치료법을 임상 실습으로 전환하는 것을 가속화할 수 있는 가능성을 제공합니다.
중간엽 줄기세포(MSC-sEV)에서 유래한 작은 세포외 소포체는 mRNA, 마이크로 RNA, 사이토카인, 지질 및 대사 산물과 같은 여러 성분이 풍부한 이종 소포입니다1. 최근 몇 년 동안 많은 연구에서 부작용을 최소화한 무세포 치료 방식으로서 MSC-sEV의 엄청난 치료 잠재력이 강조되었으며2 노화, 조직 변성, 암 및 염증성 장애를 포함한 다양한 질환을 치료할 수 있는 가능성을 보여주었습니다 3,4,5,6. 그럼에도 불구하고 sEV의 대규모 추출에는 중요한 과제가 남아 있으며, 기존 방법은 힘들게 시간이 많이 걸리거나 경제적으로 실현 불가능한 것으로 입증되었습니다. 또한, EV 기반 치료법의 임상 적용 및 번역을 위해서는 재현성을 보장하는 것이 가장 중요합니다7. 연구자들은 간단하고 효율적일 뿐만 아니라 GMP(Good Manufacturing Practice) 표준8을 준수하는 정제 방법이 절실히 필요합니다.
초원심분리(ultracentrifugation), 한외여과(ultrafiltration), 크기 배제 크로마토그래피(size-exclusion chromatography), 면역친화성(immunoaffinity), 폴리머 침전(polymer precipitation)을 포함한 기존의 정제 방법은 이전 연구에서 광범위하게 적용되었습니다9. 일반적으로 sEV 분리를 위한 기존 방법은 낮은 수율, 순도 저하, 엄격한 무균 표준 충족 등의 한계가 있습니다. 또한, 이전 연구에서는 뛰어난 성능을 달성하기 위해 미세유체 시스템10,11, 무표지 자기 절연12 및 공유 화학 절연13과 같은 유망한 기술의 잠재력을 보고했습니다. 그러나 특수 장비에 대한 요구 사항으로 인해 대부분의 연구 팀이 이러한 고급 기술을 채택하기가 어렵습니다. 요약하면, 많은 양의 샘플에서 GMP 등급 sEV를 분리하는 효율적인 방법은 여전히 중요한 장애물로 남아 있어 연구 및 임상 응용 분야에서 수많은 팀의 진행을 제한합니다.
초원심분리는 sEV 분리에 가장 널리 채택되는 방법이며 황금 표준 방법으로 인식되고 있습니다14,15. 밀도와 크기의 차이를 활용하여 sEV를 분리하는 기술입니다. 분리된 sEV는 일반적으로 잔류 오염 물질을 제거하기 위해 인산염 완충 식염수(PBS)로 헹굽니다. 그런 다음, 일반적으로 헹굼된 sEV를 재현탁하기 위해 적절한 부피의 PBS를 사용하고, PBS의 부피를 조절하여 다양한 예상 농도의 sEV를 수확할 수 있습니다. 또한, 초원심분리에 의해 얻어진 플라즈마 sEV의 순도는 크기 배제 크로마토그래피(SEC)에 의해 분리된 플라즈마 sEV보다 우수한 것으로 나타나며, 초원심분리에 의해 얻어진 sEV는 비소포성 세포외 입자(NVEP) 불순물이 더 낮은 것으로 보고되었습니다. 이것은 또한 초원심분리를 가장 널리 사용되며 고농도의 sEV가 필요한 많은 치료에서 대체하기 어렵게 만듭니다. 그러나 품질과 순도 외에도 효율성은 대량 sEV 추출에서 무시할 수 없는 요소입니다. 지금까지 한 차례의 초원심분리로 최대 약 600mL의 시료를 지원할 수 있으며, 이는 초원심분리16만으로는 대규모 추출에 대한 수요를 충족하기 어렵다고 판단되었습니다.
혈액 투석 장치는 수천 개의 중공 섬유를 수용하는 멤브레인 기반 모듈로 구성됩니다. 혈액은 밀폐된 원통형 챔버17 내에서 이러한 섬유를 통해 순환합니다. 혈액의 구성 성분은 분자 크기와 이온 농도에 따라 이러한 막을 선택적으로 통과할 수 있습니다. 임상에서는 환자의 혈액에서 노폐물과 과도한 체액을 제거하는 인공 신장으로 널리 사용됩니다 18,19,20. 즉, 혈액 투석기는 접선 유동 여과(TFF)와 유사한 공정에 의존하여 대량의 시료를 농축할 수 있는 잠재력도 가지고 있습니다. ISEV(International Society for Extracellular Vesicles)에서 발행한 최근 가이드라인에 따르면 sEV 농축액은 세포 배양 배지와 같은 대용량 샘플에 적합한 것으로 간주됩니다. 수십 년에 걸친 개발 끝에 혈액 투석기는 병원에서 널리 채택되었으며, 풍부한 성숙한 소모품과 숙련된 작업자 풀의 지원을 받아 샘플을 더 쉽게 멸균 상태로 유지할 수 있습니다.
본 연구는 GMP와 호환되는 혈액투석기 및 초원심분리기를 기반으로 하는 sEV 정제 방법을 제시합니다. 여기에서는 100kDa 분자량 한계치(MWCO)의 투석기를 선택하며, 이는 sEV를 효과적으로 포획하고 수많은 단백질을 걸러내는 것으로 입증되었습니다22. 초원심분리는 또한 추가 정제를 위한 단계를 제공합니다. 이 연구는 혈액 투석기가 sEV의 집중에 동등하게 적합하다는 것을 보여줍니다. 이 프로토콜을 통해 연구원은 대용량 샘플에서 sEV를 효율적으로 분리할 수 있습니다. 중국 임상시험 등록부(Chinese Clinical Trial Registry, ChiCTR, NO. ChiCTR2200059018)에 임상시험을 등록했으며, 아직 진행 중이며 아직 완료되지 않았습니다. 현재로서는 임상 데이터를 쉽게 발표할 수 없지만, 이 프로토콜에 보고된 바와 같이 sEV를 생산하기 위한 신뢰할 수 있고, 대규모이며, 효율적이고, 규정을 준수하는 방법은 전임상 및 임상 시험을 수행하기 위한 전제 조건입니다.
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이 프로토콜은 Southwest Hospital의 인간 연구 윤리 위원회(Human Research Ethics Committee)에 따라 승인되고 수행되었습니다.
1. 배양 배지에서 세포 파편을 제거하는 단계
참고: 아래 절차는 특히 샘플이 환경에 직접 노출될 수 있는 경우 GMP 준수 환경에서 작동해야 합니다.
2. 여과된 배양 배지를 혈액투석기로 농축
참고: 혈액 투석기의 혈액 누출 감지기가 활성화되거나 혈액 투석 설정에서 혈액 누출 감지기가 종료되므로 세포 배양에서 페놀이 빨간색을 함유한 Dulbecco의 DMEM(Modified Eagle Medium) 사용을 자제하십시오.
3. 초원심분리기로 sEV 분리
4. 획득된 sEV의 특성화
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sEV의 형태학적 특성화
농축의 마지막 단계에서 낭비되는 유체도 설명된 대로 수집되었습니다. 농축된 매체와 폐기된 유체를 각각 초원심분리했습니다. 투과전자현미경(TEM) 분석을 위한 강수량을 수집했습니다. 예상한 바와 같이, 농축된 배지 그룹에서 상당한 수의 컵 모양의 나노소포가 관찰되었습니다(그림 2A, B). 그러나 일반적인 sEV 입자는 폐액 그룹에서 검출되지 않았습니다. 이러한 결과는 프로토콜이 중요한 농도 단계에서 큰 손실을 겪지 않고 sEV를 분리할 수 있다는 증거를 제공합니다.
sEV에 대한 단백질 마커의 특성화
또한 분리된 sEV의 단백질 마커(CD9, CD81, HSP70)를 특성화하기 위해 웨...
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sEV를 분리하는 전통적인 방법에는 차등 초원심분리, 크기 배제 크로마토그래피 및 PEG 침전이 포함되며 각각 고유한 장점과 단점이 있습니다. 이러한 이질적인 기술을 통합하면 sEV의 수율 또는 순도를 향상시킬 수 있지만, 추가 단계를 통해 시료 오염이 발생할 수 있는 더 많은 기회가 발생하는 경우가 많습니다. sEV를 대량으로 추출하고 GMP 표준을 준수한다고 주장하는 통합 시스템이 시장에 등장했습니다21. 그러나 광범위한 채택은 특히 증가하는 EV 연구 팀에 상당한 경제적 문제를 제기합니다. 또한 이러한 새로운 장치에 대한 표준화된 프로토콜과 인정된 절차가 없기 때문에 특정 수준의 위험이 발생할 수 있습니다. GMP는 수율과 순도를 동시에 준수하기 위해 방법론과 장비 모두에 대한 더 많은 시도가 필요합니다.
sEV의 임상 적용에 대한 최근 검토에 따르면
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저자는 경쟁하는 재정적 이해관계가 없다고 선언합니다.
이 연구는 중국 국립과학재단(822101167, BB로), 충칭 자연과학재단(CSTB2022NSCQ-MSX0020에서 BB), 충칭 박사 "Through Train" 과학 연구 프로젝트(CSTB2022BSXM-JCX0031에서 BB) 및 중국 국립과학재단(82271132에서 YL)의 자금 지원을 받았습니다. 장비 및 기술 지원에 대한 신장내과, 제1부속병원, 제3군의과대학(육군 의과대학), 병리학 연구소 및 남서부 암 센터, 남서부 병원, 제3 군사 의과대학(육군 의과대학)의 지원에 감사드립니다.
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| 구리 그리드 | 정확한 | RGRS GP-SMPG-1 | |
| 투석기 | Helixone | FX8 | 100 kDa MWCO |
| 배수 가방 | CZRUIDE | YLD-01 | |
| 염소 안티 래빗 HRP | SBI 시스템 바이오사이언스 | EXOAB-CD63A-1 | 1:10000 희석 |
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