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Immunology and Infection

使用人类脐带血干细胞(CB-SC)治疗后,单核细胞分化成表状独特的巨噬细胞-衍生的外体

Published: November 12, 2020 doi: 10.3791/61562

Summary

外显体应用是药物开发和再生医学的新兴工具。我们建立了一种高纯度的外体分离方案,将外体与称为CB-SC的新鲜干细胞分离出来,用于机械研究。我们还与人类单核细胞共同培养CB-SC衍生的外体,导致它们分化成表型的分形巨噬细胞。

Abstract

干细胞教育者(SCE)疗法是治疗1型糖尿病和其他自身免疫性疾病的一种新型临床方法。SCE 治疗通过密码机循环分离患者的血液单核细胞(如淋巴细胞和单核细胞),在 SCE 设备中用粘附脐带血源干细胞 (CB-SC) 共同培养患者的血液单核细胞,然后将这些"受过教育的"免疫细胞返回到患者的血液中。外显子是纳米大小的细胞外囊泡,在30\u2012150 nm之间,存在所有生物流体和细胞培养基。为了进一步探索SCE治疗的分子机制,并确定从CB-SC释放的外体的行为,我们调查哪些细胞在用CB-SC治疗期间对这些外体进行噬菌体。通过与人类外周血单核细胞(PBMC)共同培养具有Dio标签的CB-SC衍生外体,我们发现CB-SC衍生的外显体主要由人类CD14阳性单细胞组成,导致单细胞分化为2型巨噬细胞(M2),具有主轴样形和M2相关表面分子标记的表达。在这里,我们提出了一个协议,用于分离和表征CB-SC衍生外体,以及CB-SC衍生外体与人类单核细胞共同培养和M2分化监测的协议。

Introduction

脐带血干细胞(CB-SC)是从人脐带血中鉴定的独特干细胞类型,与其他已知类型的干细胞(如中生血缘干细胞)和造血干细胞(HSC)1等不同。基于其独特的免疫调节特性和紧贴培养皿表面的能力,我们在临床试验2、3中开发出一种被指定为干细胞教育者(SCE)疗法的新技术。在SCE治疗期间,患者的外周血单核细胞(PBMC)通过细胞分离器收集和循环,并在体外与粘附的CB-SC共同培养。这些"受教育"细胞(CB-SC治疗的PBMC)然后返回到患者的循环在闭环系统。临床试验已经证明了SCE疗法治疗自身免疫性疾病的临床安全性和有效性,包括1型糖尿病(T1D)2、4和脱发(AA)5。

外显体是一个纳米粒子系列,直径范围为30\u2012150 nm,存在于所有生物流体和细胞培养介质6中。外显子富含许多生物活性分子,包括脂质、mRNA、蛋白质和微RNA(miRNA),并在细胞到细胞之间的通信中发挥重要作用。最近,外显体已经变得更加有吸引力的研究人员和制药公司,因为他们的治疗潜力在诊所7,8,9。最近,我们的机械研究表明,CB-SC释放的外体有助于SCE治疗10的免疫调节。

在这里,我们描述了通过CB-SC释放的外细胞来探索针对单细胞的SCE治疗机制的协议。首先,使用超离心方法从CB-SC衍生的调节介质中分离出CB-SC释放的外体,并经流式细胞学、西印(WB)和动态光散射(DLS)验证。其次,CB-SC衍生的外体被标记为绿色荧光嗜白染料:迪奥。第三,他们与PBMC共同培养,通过流细胞学检查Dio标记的CB-SC衍生外显子体在PBMC的不同亚细胞的阳性百分比。该协议为研究干细胞免疫调节的外体作用提供了指导。

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Protocol

该协议遵循发现和创新中心机构人类研究伦理委员会的指导方针,哈肯萨克子午线健康。从纽约血液中心(纽约,纽约)购买了人类布衣血单位。人体脐带血单位是从健康的献血者那里收集的,从 Cryo-Cell 国际血库(佛罗里达州的奥德斯马尔)购买。纽约血液中心和 Cryo-Cell 都获得了所有血液收集和分配的认证,并获得 IRB 的批准,并签署了捐赠者的同意书。

1. 细胞培养和制备CB-SC衍生的有条件介质

  1. 将超过20 mL的脐带血(材料表)转移到50 mL锥形管中,超过20 mL的密度梯度介质(γ = 1.077)。
  2. 在 20°C 的摆动 桶转 子中,以 1,690 x g 的温度下离心 20 分钟,无需制动器。
  3. 小心地将单核细胞层(布菲涂层)转移到新的 50 mL 锥形管中。用磷酸盐缓冲盐水 (PBS) 填充锥形管至 40 mL。在 20 °C 下,以 751 x g 混合 并离心 到颗粒细胞,10 分钟。
  4. 丢弃上流剂,在细胞颗粒中加入15 mL的CK解液缓冲液(材料表)。通过移液重新悬浮细胞。然后在室温下孵育10分钟。
    注:此步骤去除红血球。
  5. 用 25 mL 的 PBS 填充锥形管。在751 x g下 离心5分钟,并丢弃上一代,以获得颗粒单核细胞。
  6. 用 40 mL 的 PBS 清洗 2x 以去除剩余的解液缓冲液。
  7. 在 751 x g 下 离心 5 分钟,以对细胞进行分粒。
  8. 每管用10 mL的化学定义无血清介质(材料表)丢弃上流水线和重新悬浮脐带血单核细胞。
  9. 将脐带血单核细胞组合到一根管中。
  10. 以20μL细胞悬浮液,与20μL的0.4%的锥蓝溶液(材料表)混合在1.5 mL管中。
  11. 加载到腔室幻灯片中,使用自动细胞计数器量化细胞数量和细胞生存能力。
    注:如果细胞浓度高于1 x 107 个细胞/mL,细胞悬浮液在1:10稀释。
  12. 种子单核细胞在150毫米×15毫米培养皿在1 x 106 细胞/mL,25 mL/菜在化学定义的无血清细胞培养培养培养。
  13. 在 37 °C 下孵育 8% CO2 条件 10°u201214 天,直到 CB-SC 达到 80% 以上的汇合。
  14. 丢弃上一杯,用每培养皿15 mL的PBS清洗;然后,删除 PBS。
    注:CB-SC 与培养皿紧密连接。
  15. 重复步骤 1.14 两次。
  16. 每个培养皿加入25 mL的化学定义血清自由介质。
  17. 在 37 °C 下孵育 8% CO2 条件 3°u20124 天。
  18. 将 CB-SC 衍生的调节介质收集到 50 mL 锥形管中。

2. CB-SC 的特征

  1. 通过移液 10 mL 的基于 PBS 的细胞分离缓冲液,用 5 mL 移液器尖端上下分离 CB-SC(材料表)。
  2. 在 1,690 x g 下离心 5 分钟,以在 200 μL PBS 中分离细胞,然后重新悬浮。
  3. 通过染色制备套件(材料表)修复和渗透细胞,用于细胞内染色
  4. 每个样品加入5μL的Fc阻滞剂(材料表),在室温下孵育15分钟。
    注:Fc阻滞剂在用抗体染色时抑制非特异性结合。
  5. 添加荧光结合小鼠抗人单克隆抗体,包括CD34、CD45、SOX2、OCT3/4、CD270和Galectin 9,体积为25微克/mL(材料表),达到100μL的细胞体积。在室温下孵育30分钟,有光保护。
  6. 染色后,用1 mL的PBS清洗细胞,并在751 x g下离 10分钟,以颗粒细胞。
  7. 用200μL的PBS重新悬浮细胞,并转移到5 mL管中。
  8. 执行流细胞学以验证特定标记上方关联的 CB-SC 表达式。

3. 隔离CB-SC衍生的外体

  1. 将从步骤 1.18 收集的调节介质在 300 x g 下离 ,在 4 °C 下 10 分钟。 将上流液转移到新的 50 mL 锥形管中。
  2. 将从步骤 3.1 收集的上一代在 2,000 x g 下离 ,在 4 °C 下 20 分钟。 将上流液转移到新的 50 mL 锥形管中。
  3. 将从步骤 3.2 收集的上一代在 10,000 x g 下离 ,在 4 °C 下 30 分钟。 将上流液转移到新的 50 mL 锥形管中。
    注:使用固定角度转子,使细胞颗粒沉淀到管的一侧。标记盖的侧面,并在需要颗粒的管子侧面画一个圆圈。
  4. 使用 0.22 μm 过滤器(材料表)从步骤 3.3 中收集的超滤剂
  5. 将 15 mL 介质传输到每个 10 kDa 离心滤波器单元(材料表)。
  6. 在 4,000 x g 下离心 30 分钟,以分离浓缩外体介质。
  7. 将浓缩的外显体转移到超离心管。然后,在100,000 x g的颗粒 外显 体在4°C下80分钟。
  8. 丢弃上一级,在10 mL的PBS中重新悬浮颗粒体。
  9. 在 4 °C 下以 100,000 x g 的离心机 80 分钟收集外体颗粒。
  10. 通过上下移液,在200μL的PBS中重新悬浮外体颗粒。

4. CB-SC衍生外体特征

  1. 通过双辛辛酸测定(BCA)试剂盒,量化外体制剂的总蛋白质浓度
    1. 在步骤3.10中制备的每个白素标准和分离的外显体样品的移液10μL,并重复地放入96井板中。
    2. 将 BCA 试剂盒中 200 μL 的工作试剂添加到每个井中。将板内的内容完全混合在板摇床上 10 s。
      注:工作试剂(WR):50部分试剂 A,带1部分试剂B。
    3. 用铝箔盖住盘子,并在37°C下孵育30分钟。
    4. 将板冷却至室温 (RT)。
    5. 通过板读卡器测量 562 nm 的样品吸光度。
  2. 流细胞学外体的准备和染色
    1. 通过将20μL的抗人CD63磁珠(4.5μm大小)(材料表)加入25μg的CB-SC衍生外体,在步骤3.10中制备,总共100μL的PBS体积,捕获外体。
    2. 在 800 rpm 的摇床上 4 °C 下孵育管过夜 (18\u201222 h)。
    3. 将管以 300 x g 离心 30 s,以收集管底的样品。
    4. 加入300μL的分离缓冲液(PBS中的0.1%牛血清白蛋白(BSA),通过移液轻轻混合。
      注:此步骤清洗珠装外体。
    5. 将管子放在磁铁支架上 1 分钟(材料表),然后丢弃上经剂。
    6. 重复步骤 4.2.4\u20124.2.5。
    7. 使用 400 μL 隔离缓冲液重新悬挂珠束外体。
    8. 阿里克 100 μL 的珠束外显体到每个管。
    9. 将荧光结合抗体(CD9-FITC、CD81-PE 和 CD63-FITC,分别以 25 μg/mL)添加到每个流管中,并加入 CD63 珠捕获的外体。
      注:等型匹配的 IgG 用作负控件。
    10. 在室温下孵育45分钟,在800 rpm的摇床上提供光保护。
    11. 重复步骤 4.2.4\u20124.2.5。
    12. 在 200 μL 隔离缓冲液中重新悬挂珠束外体,并转移到 5 mL 流量管。
    13. 将管子放在流动环流仪的样品旋转木马中。
    14. 打开用于外体测试的协议。
    15. 通过流量环测仪自动运行样品。
  3. 西方印迹的外显体检测
    注意:西方印迹是一种成熟的方法,我们不会详细讨论该方法本身。
    1. 将 CB-SC 衍生的外体颗粒从步骤 3.10 中与 100 μL 的 RIPA 缓冲液、移液器 20 倍混合,然后放在冰上 5 分钟。
    2. 通过 BCA 试剂盒量化外体酸酯的蛋白质浓度,每井装载 25 μg 蛋白质。
    3. 在150V下,用凝胶电泳分离蛋白质40分钟。
    4. 使用半干转移方法11将蛋白质转移到聚乙烯氟化物(PVDF)膜。
    5. 用5%的非脂牛奶阻断膜30分钟。
    6. 用2μg/mL抗人阿利克斯(材料表)和1微克/mL抗人卡内辛抗体(材料表)进行孵育
    7. 使用数字成像系统通过化学发光检测蛋白质。
  4. 通过动态光散射 (DLS) 进行外显体验证
    1. 在 1 mL PBS 中稀释 10 μg 的 CB-SC 衍生外体样本。
    2. 将1 mL稀释样品转移到一次性半微盒中(材料表)。
    3. 将库放在 DLS 仪器中。将所有样品监视器的折射率 (RI) 设置为 1.39。
    4. 在 25°C 下运行样品,并获取每个分数的三次测量,以获得平均尺寸分布。
  5. 通过透射电子显微镜 (TEM) 进行外显体验证
    1. 在300个网格铜网格12(材料)上涂覆形式
    2. 在铜网格12上增加蒸发碳层,加强形态。
      注:这种涂层方法非常适合试样支撑。
    3. 将 10 μL 的外显组样品加载到网格上,然后保持空气干燥。
    4. 用醋酸尿酸尿酸的负染色样品5分钟。
    5. 用DI水洗三次,然后保持空气干燥。
    6. 观察和拍摄TEM下的样品。将加速电压设置为 200 kV,将点尺寸设置为 2。

5. 测量 PBMC 不同亚人口所测量的 Dio 标记 CB - SC 衍生的外体

  1. 标签CB-SC衍生的外体与绿色荧光嗜白染料迪奥
    1. 将 100 μg 的 CB-SC 衍生外体(在步骤 3.10 中制备)转移到 15 mL 离心管中。
    2. 用 PBS 稀释样品至 5 mL。
    3. 加入绿色荧光嗜白染料迪奥 (材料表 ),直到工作浓度达到 5 μM.
    4. 在室温下孵育15分钟,防止光线。
    5. 将样品转移到超离心管中。
    6. 在 100,000 x g 下 离心 80 分钟,以颗粒 Dio 标记的 CB-SC 衍生外体。
    7. 在 200 μL 的 PBS 中重新悬挂标记的外体。
  2. 人类PBMC的制备
    1. 将 25 mL 的人类布衣(材料表)传输为 50 mL 锥形管中,超过 20 mL 的密度梯度介质 (γ = 1.077)。
    2. 重复步骤 1.2 到 1.11。
    3. 将 1 x 106 PBMC 转移到非组织处理的疏水 24 井板(1 mL/well) 中。
      注:使用非组织处理板避免粘附单核细胞。
  3. 与 PBMC 共同培养 Dio 标记的外体
    1. 使用 200 μL 移液器将步骤 5.1.7 中制备的 40 μL Dio 标签 CB-SC 衍生外体转移到 24 井板中每个含 PBMC 的井中。添加相同体积的 PBS 来控制油井。
    2. 通过移液10倍混合。孵育4小时。
    3. 收集 200 μL 外体处理 PBMC,并在室温下用 Hoechst 33342 贴上标签 10 分钟。
    4. 在室温下以300 x g 离心10分钟。丢弃上一液,在 100 μL 的 PBS 中重新悬浮细胞颗粒。
    5. 将细胞安装到显微镜幻灯片上。
    6. 使用显微镜观察和拍摄 Dio 标记的 CB-SC 衍生外体与 Hoechst 33342 标记的 PBMC 的相互作用。
    7. 将剩余的细胞从步骤 5.3.3 转移到 1.5 mL 管中。
    8. 在 4 °C 下以 300 x g 离心 10 分钟。 丢弃上一液,在 200 μL 的 PBS 中重新悬浮细胞颗粒。
    9. 每个样品添加 5 μL 的 Fc 阻滞剂。在室温下孵育15分钟。
    10. 添加抗体(CD3、CD4、CD8、CD11c、CD14、CD19 和 CD56,以 25 μg/mL)(材料表)染色 PBMC。
      注:等型匹配的 IgG 用作负控件。
    11. 在室温下孵育30分钟,有光保护。
    12. 加入1 mL的PBS,在300 x g 下离心机,在4°C下10分钟,对细胞进行颗粒。
    13. 使用 200 μL PBS 重新悬浮电池。加入5μL的碘化丙烯。
    14. 使用流细胞学评估PBMC不同亚体中迪奥标记的外体吸收水平。

6. 检查CB-SC衍生外体对单核细胞的作用

  1. 分离人类CD14阳性单核细胞
    1. 将 3 x 107 人类 PBMC 转移到 15 mL 管中。
    2. 在 4 °C 下以 300 x g 离心 10 分钟。
    3. 将分离列(材料表)放在磁体分离器(材料表)中
    4. 用2 mL的冷运行缓冲液洗三次分离柱(材料表)。
    5. 将细胞重新悬浮在300μL的冷PBS中。加入 60 μL 的 CD14 微珠。混合好,在冰上孵育15分钟。
    6. 加入 6 mL 的冷 PBS。在 4 °C 下以 300 x g 离心 10 分钟。
    7. 将颗粒细胞重新悬浮在500μL的冷运行缓冲液中。
    8. 将单元格转移到分离列(在步骤 6.14 中准备),并让它们通过。
    9. 每次洗涤时用 2 mL 的运行缓冲液清洗分离柱三次。从磁铁分离器上提起柱,将其放在 15 mL 离心管中。
      注:由于CD14正极单核在室温下附在管上,15 mL管应放在冰上。
    10. 将 2 mL 的冷运行缓冲液转移到柱的顶部,将 CD14 阳性细胞分离到 15 mL 管中。
    11. 在 4 °C 下以 300 x g 离心 10 分钟,以对 CD14 阳性细胞进行颗粒化。
    12. 用2 mL的冷化学定义血清自由介质(材料表)重新悬浮细胞
    13. 将50μL的细胞转移到1.5 mL管中。
    14. 用 10 μL 的 Krome 橙结合抗人类 CD14 mAb (材料表) 染色 20 分钟。
      注:等型匹配的 IgG 用作负控件。
    15. 向细胞添加 1 mL PBS。在300 x g下离心 10分钟,以产生细胞颗粒。
    16. 在200μL的PBS中重新悬浮细胞,并转移到5 mL管中。通过流式细胞测定CD14正单核细胞的纯度。
  2. 使用CB-SC衍生外体治疗单细胞
    1. 种子 1 x 106 纯化单核细胞与化学定义的无血清培养培养物 (材料表) 在组织培养处理 6 井板 (2 mL/well).
    2. 在37°C下孵育2小时,低于5%CO2
    3. 用 1 mL 移液器丢弃上流液。轻轻加入2 mL 37°C预热化学定义无血清培养基(材料表)。
      注:单核细胞在2小时内粘附在板上。漂浮细胞被确定为死亡或其他细胞污染。
    4. 在总体积为 2 mL 的 6 井板中加入 80 μg CB-SC 衍生的外体,从步骤 3.10 分离到单细胞培养物。
      注:为控制油井添加了相同体积的PBS。
    5. 在37°C下孵育5%CO23\u20124天。
    6. 以200倍的放大倍率(材料表)×的倒置显微镜拍摄细胞形态
    7. 通过移液在基于 PBS 的细胞分离缓冲液中,用 1 mL 移液器尖端上下移液分离细胞。
    8. 通过细胞刮刀收集剩余的附着细胞。
      注:由于原发性单核细胞或分化巨噬细胞紧密附着,一些细胞在治疗后仍依附于底部,使用分离缓冲液。因此,这些细胞用细胞刮刀收获。
    9. 以 1,690 x g 收集细胞 5 分钟。在200μL的PBS中重新悬浮细胞。
    10. 添加 5 μL 的 Fc 阻滞剂 (25 μg/mL) 以阻止非特异性绑定。
    11. 将抗体(CD14、CD80、CD86、CD163、CD206和CD209在25μg/mL, 材料表)添加到细胞中。在室温下孵育30分钟。
      注: 等型匹配 IgG 用作负控制
    12. 将 1 mL PBS 添加到电池中,以 300 x g 的离心机 进行 10 分钟。使用 200 μL 的 PBS 丢弃上一液并重新挂起。
    13. 每个样品添加 5 μL 的碘化丙二钠 (200 μL),并将细胞转移到新的 5 mL 流量管中。
    14. 执行流式细胞测量并评估 CD14、CD80、CD86、CD163、CD206 和 CD209 表达式的水平。

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Representative Results

最初,CB-SC的表型和纯度通过流式细胞学与CB-SC相关标记物(如白细胞常见抗原CD45、ES细胞特异性转录因子OCT3/4和SOX2)进行检验。CB-SC 显示高级别的 CD45、OCT3/4、SOX2、CD270 和 galectin 9 表达式,但没有 CD34 的表达式(图 1A)。流细胞学分析证实,包括CD9、CD81和CD63在内的外体特异性标记的表达在CB-SC衍生外体(图1B)上。外体形态和大小分布的特点是TEM和DLS(图1C,D),大小为79.38±20.07nm。西方的印迹进一步证明了外体相关标记阿利克斯的表达,没有ER相关标记Calnexin的表达(图1E)。

PBMC 使用标有 Dio 的 CB-SC-Exo 进行治疗。显微镜观测显示,Dio标记的CB-SC-Exo与PBMC的直接相互作用(图2A)。为了更好地定义哪些细胞群体与 Dio 标记的 CB-SC-Exo 相互作用,不同的细胞隔间被封闭,并配有细胞特异性标记,如 T 细胞的 CD3、骨髓性树突状细胞 (DC)、单细胞的 CD14、B 细胞的 CD19 和 NK 细胞的 CD56(图2B)。经过4小时的孵育,流细胞仪表明,不同的血细胞室显示不同的中位荧光强度(MFI)的迪奥阳性外显体(图2C)。值得注意的是,单核细胞表现出高于其他免疫细胞的Dio阳性CB-SC-Exo的中位荧光强度(图2C),突出表明单核细胞主要针对CB-SC衍生的外体。

为了探索CB-SC衍生外体对单核细胞的直接影响,纯化CD14+ 单细胞与CB-SC衍生外体共培养3天。外显体处理的单核细胞成功地分化成主轴样(图3A)。接下来,对经过治疗或未经治疗的单核细胞的CB-SC-Exo表型进行了检测,揭示了包括CD163、CD206、CD209在内的M2相关标记在外显体治疗组中显著增加的表达(图3B,红色直方图)。与M-CSF =IL-4产生的常规M2巨噬细胞相比,CB-SC-Exo处理的单核细胞表示的M2相关标记水平相似,如CD163、CD206、CD209,无显著差异(图3C)。因此,数据表明,单核细胞在用CB-SC衍生的外体治疗后,分化成具有M2表型的巨噬细胞。

Figure 1
图1:CB-SC衍生外体特征。A) CB-SC的表型特征,CD45、OCT3/4、SOX2、CD270和Galectin-9的高表达,无CD34的表达。(B) 在CB-SC衍生的外体体上外体相关标记(CD63、CD9、CD81)的表达。等型匹配的IgG用作流式细胞学(灰色直方图)的控件。(C) CB-SC衍生外体透射电子显微镜(TEM)图像。(D) 使用动态光散射 (DLS) 的 CB-SC 衍生外体的大小分布。(E) 西方印迹显示CB-SC衍生的外体显示外体特异性标记阿利克斯,但对内质神经(ER)相关标记Calnexin呈负。 请单击此处查看此图的较大版本。

Figure 2
图2:CB-SC衍生外体与PBMC不同种群的相互作用。A) Dio 标记的 CB-SC-Exo(绿色)与 PBMC 的相互作用(蓝色、 用NiknEclipse Ti2显微镜用NIS-Elements软件版本5.11.02拍摄核染色,高放大倍率显示在非组织培养处理24孔板中共育4小时5%CO2 后,在PBMC细胞中,Dio标记的外体(绿色)的分布。n = 2。(B) 用于流量细胞学分析的浇注策略,用于PBMC中不同亚体细胞特异性表面标记, 包括T细胞的CD3、单细胞的CD14、B细胞的CD19、NK细胞的CD56和DC的CD11c。 (C) 在不同的PBMC亚细胞(如T细胞、单细胞、B细胞、NK细胞、DCs)之间显示Dio标记外体的不同中位荧光强度(MFI)。 请单击此处查看此图的较大版本。

Figure 3
图3:CB-SC衍生外显体对单核细胞的影响。A) 使用CB-SC衍生的外体治疗后,单核细胞形态变化成主轴类细胞。(B) 在对CB-SC衍生的外体(如CD163、CD206和CD209(红线)进行治疗后,对M2-关联标记的表达水平进行上调节。未经处理的单核细胞(绿线)作为控制。等型匹配的 IgG 用作负控件(灰色线)。(C) 常规 M2 巨噬细胞与 CB-SC-Exo 诱导的 M2 巨噬细胞之间的表型比较。为了产生传统的M2巨噬细胞,纯化的CD14+单细胞在37°C下用50纳克/mL巨噬细胞群刺激因子(M-CSF)治疗,5%CO2条件为7天,随后用10纳克/mL IL-4进行过夜治疗。M2 相关标记,包括 CD14。CD80、CD86、CD163、CD206和CD209通过流式细胞学进行评价。异型匹配免疫球蛋白G(IgG)作为控制。数据以 SD 的均±显示;N = 3。请单击此处查看此图的较大版本。

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Discussion

外显体的应用是临床诊断、药物开发、再生医学的新兴领域。在这里,我们提出了一个详细的协议,关于CB-SC衍生的外体的准备和外体的功能研究,人类单细胞的分化。目前的方案表明,功能性CB-SC衍生的外显体通过顺序离心和高纯度的超离心分离,并表现出对单核细胞的免疫调节。

与其他常规协议相比,超滤是一种基于不同于其他细胞外囊泡(EV)的分子量和排除尺寸的分离和纯化不同细胞或介质的既定方法。虽然超滤隔离比基于超离心的分离更省时,但它可能会对大尺寸的囊泡造成结构损伤。外显体也可以通过聚乙二醇(PEG)的沉淀以低成本收集,尽管这种方法由于蛋白质污染13,14,使外显纯度有风险。因此,目前的协议具有成本效益,可以生产出高纯度的外体。基于CB-SC衍生外体10的免疫调节,CB-SC衍生外体表征可能为在临床应用前用CB-SC评估干细胞教育者的效力提供有价值的生物标志物。

巨噬细胞是对抗病毒和细菌感染的专业抗原细胞,具有不同的生物功能和异质性。根据其在表面标记和免疫功能上的差异,巨噬细胞分为两个子群:1型巨噬细胞(M1,引起炎症的常规巨噬细胞)和类型2巨噬细胞(M2,显示抗炎)15。本研究证实,纯化的人类单核细胞在用CB-SC衍生的外体治疗后,被分化成2型巨噬细胞,表现出一种抗炎表型10。CB-SC衍生外体处理的单细胞表现出拉长形态,并表达M2相关表面标记(例如CD163、CD206和CD209),其表型与使用细胞因子M-CSF +IL-4产生的常规M2巨噬细胞相似。单核细胞的这种表型变化突出了CB-SC用于治疗1型糖尿病和其他自身免疫性疾病的免疫调节的新机制。在SCE治疗期间,患者的免疫细胞与CB-SC共同培养约8\u20129小时。SCE 治疗的单核细胞将 CB-SC 衍生的外体带回体内,这促成了 M2 分化和免疫耐受性诱导的扩大,从而在使用 SCE 治疗后改善了临床结果。

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Disclosures

赵博士是天河干细胞生物技术公司的创始人,赵博士是干细胞教育者技术的发明者。所有其他作者没有可能与提交的作品相关的经济利益。

Acknowledgments

我们感谢波达尔先生和路德维希先生通过哈肯萨克UMC基金会的慷慨资助。我们感谢赵老师的英文编辑。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
1.5 ml Microcentrifuge tube Fisher Scientific 05-408-129
15 ml conical tube Falcon 352196
24-well plate Falcon 351147 Non-tissue culture
plate
3,3'-Diostadecyloxacarbocyanine perchlorate(Dio) Millipore sigma D4292-20MG Store at 4 °C
300 Mesh Grids Ted Pella 1GC300
50 mL conical tube Falcon 352070
6-well plate Falcon 353046 Tissue culture plate
96-well plate Falcon 353072 Tissue culture plate
ACK Lysis Buffer Lonza 10-548E 100 ml
Amicon-15 10kDa Centrifuge Fliter Unit Millipore sigma UFC901024
Anti-Human Alix Biolegend 634501 store at 4 °C, RRID: AB_2268110
Anti-Human Calnexin Biolegend 699401 store at 4 °C, RRID: AB_2728519
Anti-Human CD11c antibody, Pe-Cy7 BD Bioscience 561356 store at 4 °C, RRID: AB_10611859
Anti-Human CD14 antibody, Karma Orange Beckman Coulter B36294 store at 4 °C, RRID: AB_2728099
Anti-Human CD163 antibody, PE BD Bioscience 556018 store at 4 °C, RRID: AB_396296
Anti-Human CD19 antibody, PC5 Beckman Coulter IM2643U store at 4 °C, RRID: AB_131160
Anti-Human CD206 antibody, FITC BD Bioscience 551135 store at 4 °C, RRID: AB_394065
Anti-Human CD209 antibody, Brilliant Violet 421 BD Bioscience 564127 store at 4 °C, RRID: AB_2738610
Anti-Human CD270 antibody, PE Biolegend 318806 store at 4 °C, RRID: AB_2203703
Anti-Human CD3 antibody, Pacfic Blue Biolegend 300431 store at 4 °C, RRID: AB_1595437
Anti-Human CD34 antibody, APC Beckman Coulter IM2427U store at 4 °C, RRID: N/A
Anti-Human CD4 antibody, APC BD Bioscience 555349 store at 4 °C, RRID: AB_398593
Anti-Human CD45 antibody, Pe-Cy7 Beckman Coulter IM3548U store at 4 °C, RRID: AB_1575969
Anti-Human CD56 antibody, PE Beckman Coulter IM2073U store at 4 °C, RRID: AB_131195
Anti-Human CD63 antibody,PE BD Bioscience 561925 store at 4 °C, RRID: AB_10896821
Anti-Human CD8 antibody, APC-Alexa Fluor 750 Beckman Coulter A94686 store at 4 °C, RRID: N/A
Anti-Human CD80 antibody, APC Beckman Coulter B30642 store at 4 °C, RRID: N/A
Anti-Human CD81 antibody, FITC BD Bioscience 561956 store at 4 °C, RRID: AB_394049
Anti-Human CD86 antibody, APC-Alexa Fluor 750 Beckman Coulter B30646 store at 4 °C, RRID: N/A
Anti-Human CD9 antibody, FITC ThermoScientic MA5-16860 store at 4 °C, RRID: AB_2538339
Anti-Human Galectin 9 antibody, Brilliant Violet 421 Biolegend 348919 store at 4 °C, RRID: AB_2716134
Anti-Human OCT3/4 antibody, eFluor660 ThermoScientic 50-5841-82 store at 4 °C, RRID: AB_11218882
Anti-Human SOX2 antibody, Alexa Fluor 488 ThermoScientic 53-9811-82 store at 4 °C, RRID: AB_2574479
BCA Protein Assay Kit ThermoFisher Scientific 23227
Bovine Serum Albumin Millipore Sigma A1933
Buffy coat New York Blood Center 40-60 ml/unit
Cell scraper Falcon 353085
Disposable semi-micro cuvette VWR 97000590
Dissociation buffer Gibco 131510014 100 ml
Dual-Chanber cell counting slides Bio-Rad 1450015
Exosome-Human CD63 Detection reagent ThermoFisher Scientific 10606D store at 4 °C
Ficoll-Paque PLUS density grandient media GE Health 17-1440-03 500 ml
Fixed-Angle Rotor(25°) Thermo Scientifc 75003698 Maxium 24,700 x g
Gallios flow cytometer Beckman Coulter 3 lasers
10 Color Max
Human cord blood Cryo-Cell International 40-100 ml/unit
Human Fc Block BD Bioscience 564220 store at 4 °C
Immun-Blot PVDF membrane Bio-Rad 1620177
Millex-GP Syringe Filter Unit, 0.22 µm Millipore Sigma SLGP033RS
Optima XE-90 Ultracentriguge Beckman Coulter
Orbital Shaker MP4 BioExpress S-3500-1
PBS ThermoFisher Scientific 10010049 500 ml
Propidium Iodide BD Bioscience 56-66211E store at 4 °C
Nikon Eclipse Ti2 microscope Nikon instruments Inc Eclipse Ti2 NIS-Elements software version 5.11.02
Hochest 33342 Thermo Scientifc 62249 5 ml
Revert microsopy Fisher scientific 12563518
Rotor 41 Ti Beckman Coulter 331362 Maxium 41,000 rpm
Sorvall St 16R Centrifuge Thermo Scientifc 75004381
Swinging Bucket Rotor Thermo Scientifc 75003655
TC-20 cell counter Bio-Rad
ThermoScientific Forma 380 Steri Cycle CO2 Incubator ThermoFisher Scientific
Transmission electron microscopy JEOL JEM-2100 PLUS
Ultracentrifuge tube Beckman Coulter 331372
X'VIVO 15 Serum-free medium Lonza BEBP04-744Q 1000 ml Culture medium, store at 4 °C

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References

  1. Zhao, Y. Stem cell educator therapy and induction of immune balance. Current Diabetes Reports. 12 (5), 517-523 (2012).
  2. Zhao, Y., et al. Reversal of type 1 diabetes via islet beta cell regeneration following immune modulation by cord blood-derived multipotent stem cells. BMC Medicine. 10 (1), 3 (2012).
  3. Zhao, Y., et al. Targeting insulin resistance in type 2 diabetes via immune modulation of cord blood-derived multipotent stem cells (CB-SCs) in stem cell educator therapy: phase I/II clinical trial. BMC Medicine. 11, 160 (2013).
  4. Delgado, E., et al. Modulation of autoimmune T-cell memory by stem cell educator therapy: phase 1/2 clinical trial. EBioMedicine. 2 (12), 2024-2036 (2015).
  5. Li, Y., et al. Hair regrowth in alopecia areata patients following Stem Cell Educator therapy BMC. Medicine. 13 (1), 87 (2015).
  6. Colombo, M., Raposo, G., Thery, C. Biogenesis, secretion, and intercellular interactions of exosomes and other extracellular vesicles. Annual Review of Cell And Developmental Biology. 30, 255-289 (2014).
  7. Abak, A., Abhari, A., Rahimzadeh, S. Exosomes in cancer: small vesicular transporters for cancer progression and metastasis, biomarkers in cancer therapeutics. PeerJ. 6, 4763 (2018).
  8. Adamiak, M., Sahoo, S. Exosomes in myocardial repair: advances and challenges in the development of next-generation therapeutics. Molecular Therapy. 26 (7), 1635-1643 (2018).
  9. Akyurekli, C., et al. A systematic review of preclinical studies on the therapeutic potential of mesenchymal stromal cell-derived microvesicles. Stem Cell Review and Report. 11 (1), 150-160 (2015).
  10. Hu, W., Song, X., Yu, H., Sun, J., Zhao, Y. Released exosomes contribute to the immune modulation of cord blood-derived stem cells (CB-SC). Frontiers in Immunology. (11), 165 (2020).
  11. Jacobson, G., Kårsnäs, P. Important parameters in semi-dry electrophoretic transfer. Electrophoresis. 11 (1), 46-52 (1990).
  12. Dykstra, M. J., Reuss, L. E. Biological Electron Microscopy: Theory, Techniques, and Troubleshooting. , Springer Science & Business Media. (2011).
  13. Konoshenko, M. Y., Lekchnov, E. A., Vlassov, A. V., Laktionov, P. P. Isolation of extracellular vesicles: general methodologies and latest trends. BioMed Research International. 2018, 8545347 (2018).
  14. Witwer, K. W., et al. Standardization of sample collection, isolation and analysis methods in extracellular vesicle research. Journal of Extracellular Vesicles. 2, (2013).
  15. Orecchioni, M., Ghosheh, Y., Pramod, A. B., Ley, K. Macrophage polarization: different gene signatures in M1(LPS+) vs. classically and M2(LPS-) vs. alternatively activated macrophages. Frontiers in Immunology. 10, 1084 (2019).

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免疫学和感染, 问题 165, CB-SC, 干细胞教育者 (SCE) 治疗, 外体, 单细胞, 类型 2 巨噬细胞, 分化, 免疫调节
使用人类脐带血干细胞(CB-SC)治疗后,单核细胞分化成表状独特的巨噬细胞-衍生的外体
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Hu, W., Song, X., Yu, H., Sun, J.,More

Hu, W., Song, X., Yu, H., Sun, J., Zhao, Y. Differentiation of Monocytes into Phenotypically Distinct Macrophages After Treatment with Human Cord Blood Stem Cell (CB-SC)-Derived Exosomes. J. Vis. Exp. (165), e61562, doi:10.3791/61562 (2020).

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