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Developmental Biology

Vorbereitung von Plasmamembran-Vesikeln aus Knochenmark Mesenchymale Stammzellen für potentielle Zytoplasma-Ersatztherapie

Published: May 18, 2017 doi: 10.3791/55741

Summary

Altersbedingte Krankheiten sind mit mehreren Defekten in Komponenten des Zytoplasmas verbunden. Hier präsentieren wir ein Protokoll zur Herstellung von Plasmamembran-Vesikeln aus Knochenmark-Mesenchym-Stammzellen. Diese Technik könnte potentiell als Mittel zur Zytoplasma-Ersatztherapie verwendet werden, um altersbedingte Phänotypen zu lindern oder sogar umzukehren.

Abstract

Wir haben bisher über die Erzeugung von Plasmamembran-Vesikeln (PMVs) durch die mechanische Extrusion von Säugetierzellen berichtet. Die Fusion von PMVs mit mitochondrialen defizienten Rho0-Zellen stellte die Mitoseaktivität unter normalen Kulturbedingungen wieder her. Atherosklerose, Typ-2-Diabetes, Alzheimer-Krankheit und Krebs sind altersbedingte Erkrankungen, von denen berichtet wurde, dass sie mit mehreren mechanischen und funktionellen Defekten im Cytosol und Organellen einer Vielzahl von Zelltypen assoziiert sind. Knochenmark mesenchymale Stammzellen (BMSCs) stellen eine einzigartige Zellpopulation aus dem Knochenmark dar, die Selbsterneuerungsfähigkeiten besitzen und gleichzeitig ihre Multipotenz beibehalten. Die Ergänzung von Seneszenzzellen mit dem jungen Zytoplasma aus autologen BMSCs über die Fusion von PMVs bietet einen vielversprechenden Ansatz, um altersbedingte Phänotypen zu verbessern oder sogar umzukehren. Dieses Protokoll beschreibt die Vorbereitung von PMVs aus BMSCs durch Extrusion durch eine Polycarbonatmembran mit 31, m Poren, bestimmen die Existenz von Mitochondrien und untersuchen die Aufrechterhaltung des Membranpotentials innerhalb von PMVs unter Verwendung eines konfokalen Mikroskops, konzentrieren PMVs durch Zentrifugation und führen die In-vivo- Injektion von PMVs in den Gastrocnemius-Muskel von Mäusen durch.

Introduction

Eine enorme Menge an Aufwand wurde der Etablierung von Ansätzen für Gen-, Enzym- und Zellersatztherapien gewidmet. Dies führte zu großen Durchbrüchen und sogar klinischen Anwendungen 1 , 2 , 3 . In jüngster Zeit wurde eine umstrittene Mitochondrien-Ersatztherapie auf Basis der Nukleustransfertechnologie auf die In-vitro- Fertilisation für Frauen im Alter angewendet oder mit einer tödlichen mitochondrialen DNA-Mutation 4 assoziiert. Defekte, die bei altersbedingten Krankheiten, einschließlich Atherosklerose, Typ-2-Diabetes, Alzheimer-Krankheit und Krebs, gefunden werden, sind in der Regel facettenreich. Es wurde dokumentiert, dass die Ansammlung von Lipidtröpfchen; Die Ablagerung von Amyloidprotein; Die Beibehaltung von entfalteten Proteinen im endoplasmatischen Retikulum; Und defektes Proteasom, Autophagosom und Mitochondrien tragen zur Entwicklung oder Verschlimmerung dieser Krankheiten bei"Xref"> 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 . Gegenwärtig gibt es keinen verfügbaren Mechanismus zur direkten Sanierung von Fehlfunktionen im Cytosol und Organellen, die Seneszenz und Alterung Phänotypen verursacht.

Wir haben bisher über die Erzeugung von Plasmamembran-Vesikeln (PMVs) durch die mechanische Extrusion von Säugetierzellen 12 berichtet. Mit Ausnahme des Kerns wurden in PMVs Komponenten in der Membran oder Cytosol einschließlich Proteine ​​und RNA sowie die Organellen wie Mitochondrien gefunden. Im Wesentlichen kann ein PMV als eine Miniatur-Enkernzelle betrachtet werden. Noch wichtiger ist, dass die Fusion von PMVs mit mitochondrien-defizienten Rho0-Zellen die Mitoseaktivität unter normalen Kulturbedingungen wiederherstellte. Dies ist der erste bericht auf establiEinen potenziell effizienten Ansatz für die Zytoplasma-Ersatztherapie.

Knochenmark mesenchymale Stammzellen (BMSCs) sind multipotenten Vorläuferzellen, die routinemäßig aus dem Knochenmark erzeugt werden und in Kultur leicht expandiert werden. Embryonale Stammzellmarker Oct4, Nanog und SOX2 wurden bei niedrigen Werten in MSCs 13 nachgewiesen. Telomerase-Aktivität ist auch messbar. Darüber hinaus machen die Abwesenheit von co-stimulierenden Molekülen und menschlichen Leukozyten-Antigen (HLA) Klasse-II-Molekülen sowie einer niedrigen HLA-Klasse-I-Expression auf MSCs ideale ideelle Zellen für die allogene oder "off-the-shelf" Sowohl regenerative Medizin als auch immunmodulatorische Anwendungen 14 .

Hier beschreiben wir, wie man PMVs aus Maus-BMSCs durch Extrusion durch eine Polycarbonat-Membran mit 3-Poren-Poren herstellt, die Existenz von Mitochondrien bestimmt und die Aufrechterhaltung des Membranpotentials in PMVs mit confoc untersuchtAl-Mikroskopie, konzentrierte, aber nicht aggregierte PMVs durch Zentrifugation vorbereiten und die In-vivo- Injektion von PMVs in den Gastrocnemius-Muskel von Mäusen durchführen.

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Protocol

8 bis 12 Wochen alte BALB / c-Mäuse wurden von Shanghai Experimental Animal Center (Shanghai, China) gekauft und in einer spezifischen pathogenfreien und klimatisierten Tieranlage aufgewachsen. Tierpflege und experimentelle Verfahren wurden in Übereinstimmung mit den Richtlinien für die Verwendung und Pflege von Labortieren von Shantou University.

1. Montage des Gerätes

  1. Um die Sterilität zu gewährleisten, schalte das UV-Licht einer Gewebekulturhaube für 30 Minuten vor dem Gebrauch ein.
  2. Schrauben Sie eine Einweg-25-mm-Filtereinheit ab und tauchen Sie die Kappe und den Boden des Gerätes in eine 200 ml Glasschale, die mit 75% Ethanol für 30 min gefüllt ist. Das Gerät besteht aus medizinischem Polypropylen.
  3. Heben Sie die Kappe und die Unterseite des Gerätes mit Pinzette auf, schütteln Sie das restliche Ethanol von Hand ab und lassen Sie die Teile 10 Minuten lang in der Haube an der Luft trocknen.
  4. Netzen Sie eine 19-mm-Polycarbonat-Membran in PBS und legen Sie sie sorgfältig auf die Trägermatrix des bottoM der Einheit. Der Polymerfilm hat eine glatte, flache Oberfläche und streifengeätzte 3 μm Poren.
  5. Das Gerät wieder zusammenbauen, indem man die Kappe fest gegen den Boden schraubt. Vergewissern Sie sich, dass die Membran nicht aus der Mitte verschoben ist.
  6. Entfernen Sie die Nadel einer 1 mL Insulinspritze und ziehen Sie 1 ml PBS. Bringen Sie die Spritze an die Filtereinheit an und drücken Sie dann PBS durch das Gerät, um die Baugruppe zu benetzen und zu prüfen, ob Leckage vorliegt.

2. Erzeugung von Plasmamembran-Vesikeln (PMVs)

  1. Stellen Sie eine BMSC-Kultur her, wie von Nemeth et al. 15 , in DMEM-Kulturmedium, enthaltend 15% FBS und 1% Penicillin / Streptomycin. Kultivieren Sie die Zellen in einer 6-Well-Platte in einem befeuchteten Inkubator, der 5% CO 2 bei 37 ° C enthält.
  2. Um die Zellen zu vermehren, entfernen Sie das Kulturmedium und spülen Sie den Brunnen mit 0,5 ml Calcium-freiem PBS aus.
  3. Füge 0,5 ml 0,25% Trypsin-EDTA hinzu und inkubiere die Zellen bei 37 ° CFür 3 min. Tip die Platte gegen die Handfläche ein paar Mal, um die Zellabteilung zu erleichtern. Stoppen Sie die Verdauung durch Zugabe von 1 ml Kulturmedium.
  4. Sammeln Sie die Zellen in einem 15 ml konischen Röhrchen und drehen Sie bei 200 xg für 2 min in einer Tischzentrifuge. Resuspendieren der Zellen in 4 ml Kulturmedium und aliquotieren die Zellen in zwei Vertiefungen einer 6-Well-Platte.
    ANMERKUNG: Zellen erreichen in der Regel etwa 24 Stunden bei Konfluenz.
  5. Um PMVs zu erzeugen, ernten Sie die Zellen aus einer Vertiefung (etwa 5 x 10 & sup5; Zellen) einer 6-Well-Platte durch Trypsinverdauung und monodispers die Zellen in 0,5 ml Kulturmedium.
  6. Legen Sie die Zellen in die Insulinspritze, befestigen Sie sie an der Filtereinheit und schieben Sie den Kolben schnell, um die Zellen durch den Filter zu quetschen. Verwerfe das extrudierte Medium, da es nur wenige PMVs darin geben sollte.
  7. Laden Sie weitere 0,5 ml Medium in die Spritze und schieben Sie ihn schnell durch den Filter. Gesammelt das Medium der zweiten Extrusion, die enthaltenS PMVs von unterschiedlicher Größe.
  8. Legen Sie 150 μl des gesammelten Mediums in eine 35-mm-Glasbodenschale und lassen Sie die PMVs ca. 10 min auf den Boden absetzen. Untersuche die PMVs unter einem invertierten Phasenkontrastmikroskop, das mit einer CCD-Kamera mit dem 20X Objektiv ausgestattet ist.

3. Prüfung der Inhalte innerhalb der PMVs mit konfokaler Mikroskopie

  1. Um die Transfektion in den BMSCs durchzuführen, verdünnen Sie 2 μg supercoiled Plasmid DNA und 6 μl kationisches Transfektionsreagenz ( zB PolyJet) in 50 μl serumfreiem DMEM. Vortex, um gut zu mischen und kurz zu drehen, um alle Flüssigkeit von den Seiten des Rohres zu sammeln.
  2. Die verdünnte Lösung (aus Schritt 3.1) tropfenweise in verdünnte DNA-Lösung geben, 1 Minute stark abtexen, kurz drehen und 10 Minuten bei Raumtemperatur inkubieren.
  3. Ersetzen Sie das alte Medium auf die BMSCs, die bei etwa 30% Konfluenz über Nacht mit 2 ml frischem Kulturmedium ausgesät wurden und DN hinzufügenEine Transfektionsmischung tropfenweise
  4. Ersetzen Sie mit 2 ml frischem Medium nach 12 h Transfektion.
  5. Um zytoplasmatisch lokalisierte Proteine ​​zu verfolgen, transfizieren die Zellen mit dem Plasmid, das eine EGFP-Expressionskassette (pEGFP-N1) enthält, wie oben beschrieben. Ernte die Zellen durch Trypsin-Verdauung 48 h nach der Transfektion zur PMV-Erzeugung, wie oben beschrieben.
  6. Um die Mitochondrien zu verfolgen, färben Sie die Zellen mit dem mitochondrialen Farbstoff (1 μM, MitoTracker) in frischem Kulturmedium für 30 min bei 37 ° C.
  7. Um das Membranpotential der Mitochondrien zu detektieren, färben Sie die Zellen mit dem Cyaninfarbstoff JC-1 (5,5 ', 6,6'-Tetrachlor-1,1', 3,3'-tetraethylbenzimi-dazolylcarbocyaninjodid) (10 μg / Ml) in frischem Kulturmedium für 30 min bei 37 ° C.
    1. Die Zellen mit 0,5 ml PBS dreimal waschen und dann die Zellen durch Trypsin-Verdauung für die PMV-Erzeugung, wie oben beschrieben, ernten.
    2. 150 μl des gesammelten medIn eine 35-mm-Glasbodenschale geben und die PMVs ca. 10 min auf den Boden absetzen lassen. Untersuche die PMVs unter einem konfokalen Mikroskop mit dem 100X Öl Objektiv.
  8. Um EGFP oder den mitochondrialen Farbstoff zu detektieren, schalte den 488-nm-Laser ein und sammle das Signal bei 505-530 nm. Um JC-1 zu detektieren, schalten Sie die Laser von 488 nm und 543 nm ein und sammeln Signale bei 505-530 nm und 560-615 nm. Setzen Sie den Pinhole-Wert auf ca. 1,4.

4. Herstellung von konzentrierten PMVs durch Zentrifugation

  1. Ernten Sie die Zellen durch Trypsinverdauung und erzeugen Sie PMVs, wie oben beschrieben, in 0,5 ml Kulturmedium.
  2. Die PMVs bei 1.200 xg in einer Tischzentrifuge für 5 min bei Raumtemperatur drehen. Den Überstand vorsichtig absaugen und das Pellet in 100 μl Kulturmedium mit sanfter Verwirbelung resuspendieren.
  3. 50 μl PMVs in eine 35 mm Glasbodenschale geben und bei Raumtemperatur ca. 10 min absetzen lassen. Untersuche die PMVsUnter einem konfokalen Mikroskop mit dem 40X Öl Objektiv.
  4. Füge die Reihe der verdünnten Polyethylenimin (PEI) -Lösung der BMSC-Kultur für 1 h hinzu und kontrolliere auf Anzeichen einer Zytotoxizität.
    HINWEIS: Hier wurde der PEI mit 2 μg / ml gewählt, da in BMSCs kein Toxizitätszeichen nachgewiesen wurde.
  5. Ernte die Zellen durch Trypsin-Verdauung und füge PEI bei 2 μg / ml für 1 h hinzu, um die Zellmembran als Mittel zur Verhinderung der Aggregation aufzuladen. Generieren Sie PMVs, wie oben beschrieben, in 0,5 ml Kulturmedium. Konzentriere die PMVs und untersuche sie unter einem konfokalen Mikroskop, wie oben beschrieben.

5. Injektion von PMVs in den Gastrocnemius Muskel

  1. Um die Membran zu färben, fügen Sie CM-DiI (Chlormethyl-Dialkyl-indocarbocyanin) (10 & mgr; M) -Farbstoff in 1 ml frischem Kulturmedium zu den BMSCs für 30 min hinzu.
  2. Ernten Sie die Zellen (ca. 5 x 10 & sup5; ) durch Trypsinverdauung und resuspendieren sie in 0,5 ml Kulturmedium. Füge PEI (2 μg / ml) für 1 hinzuH. Generieren und konzentrieren die PMVs in 100 & mgr; l Kulturmedium, wie oben beschrieben.
  3. Anästhesieren Sie eine BALB / c-Maus, indem Sie Natriumborge (10 mg / kg) nach 12 h Fasten injizieren.
  4. Reinigen Sie die Außenseite des Gastrocnemius-Muskels mit 75% Ethanol. Langsam injizieren die PMVs (100 μl) in den Gastrocnemius Muskel mit einer 30 G Insulin Spritze.
  5. Nach der Verabreichung der Anästhesie, legen Sie eine nasse Gaze über die Augen für die Dauer des Experiments und wärmen die Maus mit einem Glühlampe, bis es aufwacht. Haus die Maus allein in einem individuellen Lüftungskäfig.
  6. Um den gastrocnemius muskel 12 h nach der Operation zu ernten, töte die Maus durch zervikale Versetzung.
  7. 75% Ethanol über den Gastrocnemius-Muskel streuen, die Haut mit einer Schere öffnen und den ganzen Gastrocnemius-Muskel an beiden Enden ausschneiden.
  8. Spülen Sie den Muskel mit PBS und untersuchen Sie ihn unter einem Fluoreszenzmikroskop mit dem 20X Objektiv.
  9. Schneide den Muskel mit einemScharfe Rasierklinge zur Entfernung der Teile ohne Fluoreszenz. Schneiden Sie die Teile mit starker roter Fluoreszenz in ca. 9 mm 3 Würfel.
  10. Setzen Sie jeden Würfel in optimales Schneidtemperaturmedium (OCT) ein, tauchen Sie es in flüssigem Stickstoff für 5 min ein und bewahren Sie es in einem Gefrierschrank von -20 ° C bis zum Gebrauch auf.
  11. Schneiden Sie die gefrorenen Abschnitte in Stücke 20 μm dick mit einem Kryostat und haften Sie jeden Abschnitt zu einer Glasrutsche. Spülen Sie den Abschnitt einmal mit PBS.
  12. Zeichne einen Kreis um den Schnitt mit einem Fleckkreisstift und füge 100 μl DAPI (1 μg / ml) hinzu. Die DAPI-Lösung nach 10 min Inkubation bei Raumtemperatur im Dunkeln nachgießen und dreimal mit PBS waschen.
  13. Drop-Montage Öl über die Probe, decken Sie es mit einem Glas-Slip, und dichten Sie die Folie mit Nagellack. Untersuche den Abschnitt unter einem konfokalen Mikroskop mit dem 100X Öl Objektiv.
  14. Um CM-DiI zu detektieren, schalte den 543 nm Laser ein und sammle das Signal bei 560-615 nm. Um DAPI zu erkennen, schalte das 405 einNm-Laser und sammeln Signal bei 420-480 nm. Setzen Sie den Pinhole-Wert auf ca. 1,4.

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Representative Results

Der Schlüssel zu einer erfolgreichen Vorbereitung von PMVs hängt stark von der korrekten Montage der Filtereinheit ab (Abbildung 1 ), die durch Drücken von 1 mL PBS durch die Membran getestet werden kann. Falls Leckage auftritt, die Filtereinheit wieder zusammenbauen und erneut prüfen. Allerdings kann die Leckage nur zuverlässig getestet werden, wenn die Zellen durch die Membran geschoben werden. Wenn nur wenige PMVs unter einem regulären Mikroskop unter Verwendung des 10X-Objektivs erkannt werden oder wenn die Größe der PMVs meistens etwa 1 & mgr; m beträgt, würde dies anzeigen, dass die meisten Zellen im Inneren des Gerätes aufgrund einer fehlerhaften Montage gefangen sind. PMVs mit einer Größe im Bereich von etwa 3 μm Durchmesser waren bei der Untersuchung unter einem Phasenkontrastmikroskop unter Verwendung des 20X-Objektivs vorherrschend (Abbildung 2 ). Da PMVs von Nanometer-Größe nicht leicht visualisiert wurden, war der Prozentsatz der großen PMVs in Bezug auf die Zahl niedrig. Es wurde festgestellt, dass es hilfreich ist, die Spritze schnell zu drückenDie Menge an Membrantrümmern, die anscheinend keine sphärischen PMVs bilden. Weiterhin wurden PMVs mit kleineren Größen (weniger als 1 μm) im ersten Extrusionsmedium gefunden, wobei größere PMVs in der zweiten Extrusion gewonnen wurden.

Der eindeutigste Aspekt der PMVs war die Umschließung von zellulären Komponenten abgesehen vom Kern 12 . BMSCs wurden mit einer Expressionskassette von EGFP für 48 Stunden transfiziert, bevor sie für die PMV-Präparation verwendet wurden. Die Ergebnisse zeigen, dass zytoplasmatisch lokalisiertes EGFP-Protein in PMVs eingekapselt werden kann (Abbildung 3A ). Die Umhüllung von Mitochondrien wurde durch die Färbung des mitochondrialen Farbstoffs nachgewiesen, was zeigt, dass ein großer Bruchteil von, aber nicht alle PMVs grüne fluoreszierende Punkte enthält, was auf Mitochondrien hindeutet (Abbildung 3 ). Einige der PMVs, auch solche mit einem Durchmesser von bis zu 3 μm, zeigten keinen Nachweis, dass sie Mitochondrien enthieltenBei einigen mechanischen Zwängen kann die Verkapselung von Mitochondrien in PMVs verhindern. Das Membranpotential der Mitochondrien wurde durch JC-1-Färbung nachgewiesen, die rote Fluoreszenz emittiert, wenn Mitochondrien ein normales Potential haben. Das Ergebnis zeigt, dass in PMVs tatsächlich eine rote Fluoreszenz nachgewiesen wurde (Abbildung 3 ), während die grüne Fluoreszenz nicht nachweisbar war (Daten nicht gezeigt), was darauf hindeutet, dass die Mitochondrien innerhalb der PMVs funktional waren.

Es wird ein Konzentrationsverfahren für PMVs benötigt, insbesondere für die in vivo Anwendung, um das Volumen zu reduzieren und die bei der Extrusion freigesetzten zellulären Komponenten zu entfernen. Nach der Zentrifugation bei 1.200 xg für 5 min bei Raumtemperatur wurden im Supernatant nur wenige PMVs kleinerer Grße gefunden. Um die Resuspension des Pellets zu erleichtern, wurde ein 2-ml-Rundbodenrohr für die Zentrifugation verwendet. Allerdings wurden die meisten PMVs im Pellet aggregiert, besonders PMVs kleinerer Größen ( Abbildung 4 ). Dies ist vermutlich auf Adhäsionsmoleküle auf der Membran zurückzuführen. Das Medium wurde daher mit PEI (2 μg / ml) ergänzt, dessen Konzentration auf eine merkliche Zytotoxizität abgestimmt war. Die an der Zellmembran angebrachte positive Ladung von PEI verhinderte die Aggregation von PMVs während der Zentrifugation (Abbildung 4 ).

Schließlich wurden die Membranen von BMSCs vor der Herstellung der PMV mit CM-DiI-Farbstoff markiert (Abbildung 5 ). Nach der Konzentration wurden PMVs in die Gastrocnemius-Muskeln von Mäusen injiziert, die 12 h nach der Operation geerntet und unter einem konfokalen Mikroskop untersucht wurden. Gefrorene Abschnitte des Gastrocnemius-Muskels wurden auf das Vorhandensein von roter Fluoreszenz untersucht, die im Myofaser nachgewiesen wurde (Abbildung 5 ), was zeigt, dass PMVs dem Cytoplasma, vermutlich über Endozytose, zugeführt wurden. Bemerkenswert, rote fluoresZentat wurde um die Peripherie der Myofaser gefunden (Daten nicht gezeigt), was darauf hinweist, dass ein großer Anteil von PMVs entweder nicht endozytiert wurde oder gerade zu Beginn der Endozytose bei 12 h nach der Injektion war.

Abbildung 1
Abbildung 1: Montage der Filtereinheit. ( A ) Handelsübliche Polycarbonatmembranen. ( B ) Spurgeätzte Poren mit einem Durchmesser von 3 μm, betrachtet unter einem optischen Mikroskop mit einem 20fachen Objektiv. Maßstab = 50 μm. ( C ) Die Membran wurde auf die Trägermatrix einer Einwegfiltereinheit gelegt. ( D ) Die zusammengebaute Filtereinheit mit einer Membran innen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Page = "1"> Figur 2
Abbildung 2: Erzeugung von PMVs aus BMSCs. ( A ) BMSCs von Mäusen wurden in einer 6-Well-Platte kultiviert. ( B ) BMSCs (5 x 10 & sup5; ) wurden durch Trypsinverdauung geerntet und in 500 & mgr; l Kulturmedium monodispersiert. Bilder von angehängten und resuspendierten BMSCs wurden unter einem optischen Mikroskop mit einem 20fachen Ziel aufgenommen. ( C ) Die Zellen wurden in eine Insulinspritze geladen, bevor sie an der Filtereinheit befestigt wurden. ( D ) PMVs, die aus BMSCs erzeugt wurden, wurden in eine 35 mm Glasbodenschale gegeben und unter einem invertierten Phasenkontrastmikroskop unter Verwendung einer 20fachen Objektivlinse untersucht. Maßstäbe = 40 μm. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

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Abbildung 3: Nachweis von PMV-Gehalt durch konfokale Mikroskopie. PMVs wurden aus ( A ) BMSCs, die mit pEGFP-N1 für 48 h transfiziert wurden, um das zytoplasmatisch lokalisierte EGFP-Protein zu verfolgen, ( B ) BMSCs, die mit Mitochondrienfarbstoff (1 & mgr; M) für 30 min gefärbt wurden, um die Existenz von Mitochondrien zu verfolgen, oder ( C ) BMSCs Färbung mit JC-1 (10 μg / ml) für 30 min, um das Membranpotential der Mitochondrien zu bestätigen. PMVs, die aus BMSCs erzeugt wurden, wurden auf eine 35 mm Glasbodenschale gegeben und durch konfokale Mikroskopie unter Verwendung einer 100fachen Ölobjektivlinse untersucht. Maßstäbe = 10 μm. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Abbildung 4
Abbildung 4: Konzentration von PMV S durch Zentrifugation. BMSCs (5 x 10 & sup5; ) wurden durch Trypsinverdauung geerntet und in 0,5 ml Kulturmedium, das mit oder ohne 2 & mgr; g / ml PEI ergänzt wurde, resuspendiert. Generierte PMVs wurden bei 1200 g für 5 min versponnen, in 100 & mgr; l Kulturmedium resuspendiert und unter einem konfokalen Mikroskop mit einem 40fachen Ölobjektiv untersucht. ( A ) Schematische Darstellung der PMV-Aggregation, die vermutlich durch die Wechselwirkung von Adhäsionsmolekülen nach der Zentrifugation verursacht wird. ( B ) Schematische Darstellung von PMVs, die eine Monodispersion beibehalten, nachdem sie mit PEI beladen worden sind. ( C ) Aggregierte PMVs nach der Zentrifugation. ( D ) PMVs zeigen nach der Zentrifugation aufgrund der positiven Aufladung mit PEI weniger Aggregation. Maßstäbe = 10 μm. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

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Abbildung 5: Lieferung von CM-DiI-markierten PMVs an den Gastrocnemius-Muskel. PMVs wurden aus 5 x 10 5 BMSCs erzeugt, durch Zentrifugation in ein Volumen von 100 μl konzentriert und langsam in den Gastrocnemius-Muskel einer BALB / c-Maus injiziert. ( A ) Schematische Darstellung der PMV-Injektion ( B ) BMSCs, die mit CM-DiI markiert sind; Maßstab = 20 μm. ( C ) PMVs, die aus CM-DiI-markierten BMSCs erzeugt und durch konfokale Mikroskopie untersucht wurden; Maßstab = 10 μm. ( D ) Gastrocnemius Muskel geerntet 12 h nach der Operation; Maßstab = 20 μm. ( E - H ) Gefrorener Abschnitt des Gastrocnemius - Muskels durch konfokale Mikroskopie untersucht; Maßstab = 10 μm. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

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Disclosures

Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Acknowledgments

Diese Forschung wurde von der Li Ka Shing Foundation, die Guangdong High-Level-Universität-Projekt "Green Technologies für Marine Industries", die Natural Science Foundation von China (http://www.nsfc.gov.cn/ Grant Nr. 30971665, 81172894, 81370925), und die Bildung Abteilung von Guangdong (http://www.gdhed.edu.cn/ Grant No.cxzd1123).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
IsoporeTM membranes Millipore TSTP04700 3 mm pore
Disposable filter unit Xinya, Shanghai, China 25 mm Medical grade polypropylene
Insulin syringe BD 328446 1 mL
pN1-EGFP Clontech  6085-1
MitoTracker Molecular Probes M7514 Green FM, 1 μM
JC-1 Beyotime, Haimen, China C2006 10 mg/mL
CM-DiI Beyotime, Haimen, China C1036 10 mM
PEI Sigma P3143 Mn = 75,000
Fluorescence Microscope Nikon Eclipse TE 2000 With CCD camera
Confocol Microscope Carl Zeiss LSM 510 Meta
PolyJet SigaGen SL100688 For cell transfection

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References

  1. Abe, A., Miyanohara, A., Friedmann, T. Enhanced gene transfer with fusogenic liposomes containing vesicular stomatitis virus G glycoprotein. J Virol. 72 (7), 6159-6163 (1998).
  2. Dolatabadi, J., Valizadeh, H., Hamishehkar, H. Solid lipid nanoparticles as efficient drug and gene delivery systems: recent breakthroughs. Adv Pharm Bull. 5 (2), 151-159 (2015).
  3. Torchilin, V. P. Multifunctional, stimuli-sensitive nanoparticulate systems for drug delivery. Nat Rev Drug Discov. 13 (11), 813-827 (2014).
  4. Wolf, D. P., Mitalipov, N., Mitalipov, S. Mitochondrial replacement therapy in reproductive medicine. Trends Mol Med. 21 (2), 68-76 (2015).
  5. López-Otin, C., Blasco, M. A., Partridge, L., Serrano, M., Kroemer, G. The hallmarks of aging. Cell. 153 (6), 1194-1217 (2013).
  6. Plakkal, J., Paul, A. A., Goo, Y. H. Lipid droplet-associated proteins in atherosclerosis. Mol Med Rep. 13 (6), 4527-4534 (2016).
  7. Hoppener, J. W. M., Ahren, B., Lips, C. J. M. Islet amyloid and type 2 diabetes mellitus. N Engl J Med. 343 (6), 411-419 (2000).
  8. Jagust, W. Is amyloid-β harmful to the brain? Insights from human imaging studies. Brain. 139 (Pt 1), 23-30 (2016).
  9. Naidoo, N. The endoplasmic reticulum stress response and aging. Rev Neurosci. 20 (1), 23-37 (2009).
  10. Cuervo, A. M. Autophagy and aging: keeping that old broom working. Trends Genet. 24 (12), 604-612 (2008).
  11. Bratic, A., Larsson, N. G. The role of mitochondria in aging. J Clin Invest. 123 (3), 951-957 (2013).
  12. Lin, H. P., et al. Incorporation of VSV-G produces fusogenic plasma membrane vesicles capable of efficient transfer of bioactive macromolecules and mitochondria. Biomed Microdevices. 18 (3), 41 (2016).
  13. Riekstina, U., et al. Embryonic stem cell marker expression pattern in human mesenchymal stem cells derived from bone marrow, adipose tissue, heart and dermis. Stem Cell Rev. 5 (4), 378-386 (2009).
  14. Purandare, B., Teklemariam, T., Zhao, L. M., Hantash, B. M. Temporal HLA profiling and immunomodulatory effects of human adult bone marrow- and adipose-derived mesenchymal stem cells. Regen Med. 9 (1), 67-79 (2014).
  15. Nemeth, K., Mayer, B., Sworder, B. J., Kuznetsov, S. A., Mezey, E. A practical guide to culturing mouse and human bone marrow stromal cells. Curr Protoc Immunol. 102, Unit 22F.12 (2013).
  16. Shahabipour, F., et al. Exosomes: Nanoparticulate tools for RNA interference and drug delivery. J Cell Physiol. , [Epub ahead of print (2017).
  17. Lamichhane, T. N., et al. Emerging roles for extracellular vesicles in tissue engineering and regenerative medicine. Tissue Eng B. 21 (1), 45-54 (2015).
  18. Baumgart, T., et al. Large-scale fluid/fluid phase separation of proteins and lipids in giant plasma membrane vesicles. Proc Natl Acad Sci. 104 (9), 3165-3170 (2007).
  19. Sezgin, E., et al. Elucidating membrane structure and protein behavior using giant plasma membrane vesicles. Nat Protoc. 7 (6), 1042-1051 (2012).
  20. Lingwood, D., Ries, J., Schwille, P., Simons, K. Plasma membranes are poised for activation of raft phase coalescence at physiological temperature. Proc Natl Acad Sci. 105 (29), 10005-10010 (2008).
  21. Pandey, A. P., Sawant, K. K. Polyethylenimine: A versatile, multifunctional non-viral vector for nucleic acid delivery. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 68, 904-918 (2016).

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Xu, L. q., Lin, M. j., Li, Y. p.,More

Xu, L. q., Lin, M. j., Li, Y. p., Li, S., Chen, S. j., Wei, C. j. Preparation of Plasma Membrane Vesicles from Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells for Potential Cytoplasm Replacement Therapy. J. Vis. Exp. (123), e55741, doi:10.3791/55741 (2017).

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