Este protocolo detalha o isolamento eficiente de grandes vesículas extracelulares (LEVs) de agregados de células-tronco auto-montadas e sua aplicação terapêutica para regeneração óssea mandibular.
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Este protocolo detalha o isolamento eficiente de grandes vesículas extracelulares (LEVs) de agregados de células-tronco auto-montadas e sua aplicação terapêutica para regeneração óssea mandibular.
Vesículas extracelulares (EVs) são mediadoras vitais da comunicação intercelular e agentes livres de células promissoras para a medicina regenerativa. Entre as subpopulações de EV, as grandes vesículas extracelulares (LEVs) são particularmente adequadas para reparo tecidular devido à sua carga pró-regenerativa enriquecida. No entanto, métodos padronizados e reprodutíveis para gerar LEVs funcionais derivados de células-tronco odontológicas para caracterização posterior e avaliação terapêutica continuam limitados. Utilizando o excepcional potencial osteogênico das células-tronco da papila apical (SCAPs), desenvolvemos um modelo de cultura 3D sob condições de baixa adesão para induzir agregados SCAP auto-montados. Esse modelo imita a condensação mesenquimal fisiológica, aumentando significativamente as interações célula-célula e aumentando a secreção de LEV. Parâmetros-chave de cultura e notas de manuseio são fornecidos para melhorar a consistência agregada e maximizar a saída de LEV, mantendo a viabilidade da célula. Aqui, apresentamos um protocolo padronizado para a produção eficiente de LEVs funcionais derivados do SCAP, abrangendo geração de agregados 3D, isolamento via centrifugação diferencial, análise de distribuição e concentração de partículas baseadas em análise de rastreamento de nanopartículas (NTA), e entrega terapêutica usando um hidrogel termicamente reticulado para reparo de defeitos ósseos mandibulares. Essa abordagem otimiza a produção de LEVs para estudos mecanicistas posteriores e avaliação pré-clínica na regeneração craniofacial. Esse fluxo de trabalho otimizado garante a preparação reprodutível de LEVs bioativos com rendimentos consistentes e carga pró-osteogênica enriquecida, facilitando pesquisas fundamentais e acelerando a tradução clínica da reconstrução craniofacial mediada por EV. Em aplicações representativas, LEVs carregados em hidrogel fornecem um depósito localizado nos locais de defeito e facilitam o manuseio conveniente durante a implantação. Coletivamente, esse método fornece uma plataforma escalável para preparar LEVs derivados do SCAP e destaca considerações-chave para relatórios padronizados e design de estudos translacionais. Essa abordagem apoia uma adoção mais ampla em laboratórios de veículos elétricos craniofaciais.
Vesículas extracelulares (EVs) são nanopartículas ligadas à membrana liberadas por células que mediam a comunicação intercelular por meio da transferência de cargas bioativas como proteínas, miRNAs e lipídios 1,2,3. Entre as subpopulações de EV, as grandes vesículas extracelulares (LEVs) são distintas por sua liberação direta da membrana celular e pelo enriquecimento inerente de moléculas pró-regenerativas, tornando-as bem adequadas para demandas de reparo e regeneraçãode tecidos 4,5. Na medicina regenerativa, os EVs derivados de células-tronco mesenquimatosas (MSCs) são cada vez mais reconhecidos como uma alternativa viável livre de células à terapia com célulasinteiras 6,7,8. Eles recapitulam os efeitos regenerativos paracrinos das MSCs parentais, evitando limitações do transplante celular direto, como baixa eficiência de entravemento, imunogenicidade e variabilidade emlotes 7,8,9,10. Entre as fontes de MSC, células-tronco da papilla apical (SCAPs) exibem potencial superior de diferenciação osteogênica eodontogênica 11,12,13, tornando os EVs derivados do SCAP particularmente atraentes para reparo orofacial do osso e tecido dentário 8.
Notavelmente, a biogênese e a funcionalidade dos VEs são profundamente influenciadas pelo microambiente celular14,15. Culturas convencionais de monocamada bidimensional (2D) diferem significativamente do contexto do tecidonativo 16,17, frequentemente resultando em EVs com capacidade regenerativacomprometida 18. Em contraste, agregados de MSC auto-montados tridimensionais (3D) replicam aspectos-chave da condensação mesenquimal fisiológica, um estágio de desenvolvimento caracterizado por alta densidade celular, contato intensivo célula-célula e matriz extracelular enriquecida (ECM), que fornece suporte estrutural e fornece pistas bioquímicas e mecânicas que regulam a adesão, migração e decisões de destino celular 19,20,21. Esse microambiente 3D biomimético não só aprimora a comunicação intercelular e a sinalização paracrina 22,23, mas também promove a secreção de veículos elétricos com maior rendimento e perfis bioativos de cargaaprimorados 24,25,26. A utilização de agregados MSC auto-montados 3D surge assim como uma estratégia altamente promissora para obter EVs funcionalmente potentes para aplicaçõesregenerativas 18.
Apesar das claras vantagens dos VE derivados de agregados, protocolos padronizados para seu isolamento e caracterização em relação aos sistemas 3D ainda estão pouco desenvolvidos. As metodologias atuais de isolamento de EVs, como a centrifugação diferencial, são bem estabelecidas e oferecem uma estrutura escalável para a produçãode EVs 27. De forma semelhante, métodos para gerar agregados de MSC foram relatados, muitas vezes baseando-se em curling celular e agregação induzidos por vitamina C a partir de células cultivadas em2D. No entanto, a arquitetura de MEE dentro desses agregados induzidos por vitamina C ainda pode diferir do microambiente espacialmente organizado, semelhante a condensação, dos tecidos mesenquimatosos nativos. Em contraste, a auto-montagem livre de andaimes sob condições de baixa aderência facilita a formação de agregados compactos e esféricos que se aproximam das características-chave da condensação mesenquimal. Atualmente, falta um fluxo de trabalho sistemático e reprodutível para isolar e aplicar EVs a partir desses agregados SCAP 3D induzidos por baixa aderência. Do ponto de vista prático, a produção de LEVs a partir de culturas convencionais de SCAP 2D normalmente fica na faixa de ~1011 partículas/mL por análise de rastreamento de nanopartículas (NTA), e a agregação 3D de baixa adesão deve aumentar a saída de LEV várias vezes, mantendo a reprodutibilidade para aplicações posteriores. Para suprir essa lacuna, detalhamos aqui um protocolo abrangente que aproveita a funcionalidade osteogênica/odontogênica inerente dos SCAPs e otimiza o microambiente MSC por meio da agregação 3D de baixa aderência. Esse protocolo possibilita a produção confiável de LEVs de alta qualidade, fornecendo uma ferramenta padronizada para avançar terapias regenerativas sem células na medicina craniofacial.
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Todos os experimentos com animais foram aprovados pelo Comitê de Cuidado e Uso Animal da Quarta Universidade Médica Militar e conduzidos em conformidade com as diretrizes ARRIVE. A coleta e o uso de amostras humanas foram aprovados pelo Comitê de Ética da Quarta Universidade Médica Militar (aprovação nº IRB-REV-2022187). Consentimento informado por escrito foi obtido de todos os doadores antes da coleta da amostra; Para doadores menores de idade ou incapazes de dar consentimento, o consentimento informado por escrito era obtido de seus tutores legais. Todos os reagentes foram filtrados por estéreis, e procedimentos de cultura celular foram realizados em um gabinete de biossegurança para manter a esterilidade (veja a Tabela de Materiais). Trate todos os materiais de origem humana (dentes, tecidos, células primárias, meios condicionados e preparações para EV) como potencialmente infecciosos. Realize todos os procedimentos envolvendo amostras humanas em um armário certificado de biossegurança, utilizando equipamentos de proteção individual (EPI) adequados, incluindo jaleco, luvas e proteção ocular. Para biossegurança e descarte de resíduos, siga as diretrizes institucionais BSL-2: Manusear todos os materiais de origem humana e descartáveis contaminados como resíduos biohazardos BSL-2; Descontamine superfícies/equipamentos com um desinfetante aprovado institucionalmente após o uso. Colete resíduos líquidos de risco biológico em recipientes rotulados e iative-os usando métodos aprovados antes do descarte. Descarte os objetos cortantes imediatamente em recipientes aprovados (sem recaptar). Tratar tecidos/carcaças animais e resíduos anestésicos/químicos como resíduos biohazardos/químicos regulados e descartá-los por meio de serviços institucionais, conforme regulamentações aplicáveis.
1. Isolamento e cultura dos SCAPs humanos
NOTA: P/S é uma mistura bioativa de antibióticos e pode causar irritação na pele/olhos ou reações alérgicas. Cabo em um armário de biossegurança BSL-2 ao abrir; usar luvas e proteção ocular; evitar a geração de aerossóis; e descartar resíduos de acordo com as diretrizes institucionais de resíduos químicos. A colagenase tipo I (solução) é uma enzima bioativa e pode causar irritação na pele/olhos ou reações alérgicas. Cabo em um armário de biossegurança BSL-2; usar luvas e proteção ocular; evitar respingos e geração de aerossóis durante a pipeteação; e descontaminar os vazamentos rapidamente, de acordo com os procedimentos institucionais. Proteja a colagenase tipo I da luz durante o armazenamento e uso (veja a Tabela de Materiais).
2. Auto-montagem de agregados SCAP
3. Isolamento e caracterização de VE a partir de agregados SCAP
4. Aplicação terapêutica de LEVs na regeneração óssea mandibular
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De acordo com o fluxo de trabalho experimental, etapas principais incluindo isolamento do SCAP, formação de agregados, extração de LEVs e implantação terapêutica foram executadas com sucesso (Figura 1). Os terceiros molares impactados clínicos de doadores apresentaram ápices imaturos com tecido papilar apical intacto preso ao redor dos orifícios do canal radicular abertos, confirmando a fonte adequada do SCAP (Figura 2A). Quando...
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O crescente interesse em terapias regenerativas sem célula posicionou os LEVs derivados de células-tronco mesenquimais como alternativas promissoras ao transplante de células inteiras, devido à sua capacidade de entregar moléculas bioativas sem os riscos associados às abordagens baseadas em células. No entanto, a tradução clínica das terapias baseadas em LEVs tem sido dificultada pela falta de sistemas de cultura fisiologicamente relevantes que possam preservar e aprimorar plenamente a f...
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Os autores não declaram conflitos de interesse.
Esse trabalho foi apoiado por bolsas do Programa Nacional Chave de Pesquisa e Desenvolvimento da China (2021YFA1100600), da Fundação Nacional de Ciências Naturais da China (82471011, 82401201), do Projeto do Laboratório Estatal Chave de Reconstrução e Regeneração Oral e Maxilofacial (2024MS04), da Fundação Pós-Doutoral de Ciências da China (BX20230485) e do Projeto do Programa de Cooperação e Intercâmbio de Laboratórios Parceiros da Quarta Universidade Médica Militar (2024HB014).
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| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| 1 mL de seringa com agulha | BD | 300841 | Anestesiação |
| Prato de Cultura Celular de 10 cm | Corning | 353003 | Cultura celular |
| Tubo centrífugo de poliestireno de 15 mL | Corning | 352095 | Cultura celular |
| Desinfetante com etanol 75% | Hai Shi Hai Nuo | HS-750 | Operação |
| Sutura Absorvível 4-0 | Jinhuan Medical | R413 | Operação |
| Centrífuga de bancada | WIGGENS | CE187 | Isolamento de veículos elétricos |
| Incubadora de CO2, 150 L, Tipo Universal | ThermoFisher | 51032874 | Cultura celular |
| Colagenase Tipo I | ThermoFisher | 17100017 | Cultura celular |
| Bolinhas de algodão | Deroyal | 30-033 | Operação |
| Tesoura Curva de Operação | Instrumento Cirúrgico JZ | J21040 | Operação |
| Unidade Móvel de Turbina Odontológica | KaVo | S609C | Operação |
| Balanço Eletrônico | Zhi Ke | ZK-DST | Cultura celular |
| Tubo Eppendorf | Eppendorf | 3810X | Isolamento de veículos elétricos |
| Pinça, tudo bem | Instrumento Cirúrgico JZ | JD1020 | Operação |
| Creme Depilador | Veet | 1.00097E+11 | Operação |
| Escavador de Bolas de alta velocidade | Dentsply Sirona | E0123 | Operação |
| Peça de mão de alta velocidade | KaVo | KV-1-008-1644 | Operação |
| Microscópio Invertido | Mshot | MF53-N | Cultura celular |
| MEM e Alpha; (Médio Essencial Mínimo α) | ThermoFisher | 12561056 | Cultura celular |
| Microscópio de vídeo de rastreamento de nanopartículas PMX-120 | Metrix de partículas | ZetaView PMX120 | Análise de rastreamento de nanopartículas |
| Penicilina-Estreptomicina (P/S) | ThermoFisher | 15140122 | Cultura celular |
| Pentobarbital sódico | Sigma-Aldrich | 57-33-0 | Anestesiação |
| Solução salina tamponada com fosfato (PBS) | ThermoFisher | 10010023 | Cultura celular |
| F-127 Plurônico | Sigma-Aldrich | P2443 | Implantação de EV |
| Solução de Povidona Iodo | Baxter | PROSL500 | Operação |
| Soro Fetal Bovino Especial (FBS) | ThermoFisher | 12664025 | Cultura celular |
| Bloqueio de gaze estéril | Vitória | 10-000-681 | Operação |
| Microcentrífuga de Alta Velocidade de Mesa | Hitachi | CT15E | Isolamento de veículos elétricos |
| Broca de Trephine | Microfixação Biomet | 01-9182 | Operação |
| Tripsina-EDTA | ThermoFisher | 25200072 | Cultura celular |
| Placa de Fixação Ultra-Baixa de 24 Poços | Corning | 3473 | Cultura celular |
| Gênio Misturador de Vórtices | Indústrias Científicas | SI0425 | Implantação de EV |
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