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Method Article
Hier beschreiben wir die Isolierung von Mitochondrien aus mesenchymalen Stammzellen aus Maus-Fettgewebe und übertragen die Mitochondrien dann in gealterte Maus-Eizellen, um die Qualität der Eizellen zu verbessern.
Aufgrund des altersbedingten Rückgangs der Quantität und Qualität der Eizellen ist die Fruchtbarkeit von Frauen über 35 Jahren stark zurückgegangen. Die molekularen Mechanismen, die die Qualität der Eizellen erhalten, sind noch unklar, so dass es derzeit schwierig ist, die Geburtenrate von Frauen über 35 Jahren zu erhöhen. Eizellen enthalten mehr Mitochondrien als jede andere Art von Zelle im Körper, und jede mitochondriale Dysfunktion kann zu einer verminderten Eizellqualität führen. In den 1990er Jahren führte der zytoplasmatische Transfer von Eizellen zu großen Erfolgen bei der menschlichen Fortpflanzung, war aber von ethischen Kontroversen begleitet. Es wird erwartet, dass die autologe mitochondriale Transplantation eine nützliche Technik ist, um die Qualität von Eizellen zu erhöhen, die aufgrund des Alters abgenommen haben. In der vorliegenden Studie haben wir aus Fett gewonnene Stammzellen von gealterten Mäusen als Mitochondrienspender verwendet, um die Qualität der Eizellen gealterter Mäuse zu erhöhen. Die Weiterentwicklung der autologen mitochondrialen Transfertechnologie wird eine neue und wirksame Behandlung von Unfruchtbarkeit bei älteren Frauen ermöglichen.
Einer der wichtigsten Faktoren, die die weibliche Fruchtbarkeit beeinflussen, ist die Alterung der Eizellen. Die Verschlechterung der Eizellqualität ist die Hauptursache für Unfruchtbarkeit bei älteren Frauen. Die Hauptursache für die Alterung der Eizellen und der molekulare Mechanismus, der die Eizellqualität reguliert, sind jedoch noch unklar. Frühere Studien haben gezeigt, dass sowohl die Anzahl als auch die Qualität der Mitochondrien an der Qualitätskontrolle der Eizellen und der Embryonalentwicklung beteiligt sind 1,2,3. Die Abnahme der Quantität und Qualität der Mitochondrien steht in engem Zusammenhang mit dem Altern3.
Es wurden viele Versuche unternommen, die Funktion der Mitochondrien bei gealterten Eizellen zu verbessern, einschließlich der Nahrungsergänzung von Mitochondrien und des Mitochondrientransfers. Zu den bekannten, wirksamen Nahrungsergänzungsmitteln der Mitochondrien gehören Coenzym Q10 (CoQ10), Alpha-Liponsäure (α-LA) und Resveratrol (RSV)4. Studien haben gezeigt, dass eine CoQ10-Supplementierung nicht nur den altersbedingten Rückgang der Quantität und Qualität der Eizellen verbessern kann, sondern auch die normale Entwicklung und den Eisprung der Eizellen fördernkann 5. α-LA verlangsamt die altersbedingte Verschlechterung der Eizellqualität und des metabolischen Phänotyps von Patientinnen mit polyzystischem Ovarialsyndrom (PCOS)6,7. Resveratrol kann die Anzahl der Eizellen mit abnormalen Spindeln und einer fehlerhaften Chromosomenausrichtung bei alternden Mäusen reduzieren, während es die Embryonalentwicklung dosisabhängig beeinflusst8. Da die klinische Wirkung von Nahrungsergänzungsmitteln der Mitochondrien jedoch nicht das erwartete Niveau erreicht hat, müssen andere wirksame Behandlungen erforscht werden.
Der erste Versuch des Mitochondrientransfers wurde 1997 durchgeführt. Der Transfer von Zytoplasma junger Spendereizellen in gealterte Empfängereizellen verbesserte die Eizellqualität der älteren Patientinnen, die erfolgreich gesunde Säuglinge zur Welt brachten9, was der Grund für die Anwendung dieser Technik war. Der allogene zytoplasmatische Transfer von Eizellen kann jedoch aus zwei Hauptgründen nicht in der klinischen Praxis angewendet werden: dem Problem der genetischen Heterogenität und regulatorischen Problemen, die durch die Transplantation von Mitochondrien von Spendern verursacht werden. Eine frühere Studie zeigte, dass die mitochondriale Zelltransplantation die Qualität der Eizellen, die Embryonalentwicklung und die Fruchtbarkeit gealterter Mäuse verbessern konnte10, was keine ethischen Probleme oder Probleme mit der genetischen Heterogenität aufwies und einige Probleme löste, die durch den Transfer von Zytoplasma der Spendereizellen in die Empfängereizellen verursacht wurden10,11.
In der Zwischenzeit war der autologe Zellmitochondrientransfer der Wirkung früherer Nahrungsergänzungsmittel der Mitochondrien auf die Verbesserung der Qualität der Eizellen überlegen11. Daher ist die autologe zelluläre mitochondriale Transplantation die geeignete Wahl für die klinische Anwendung dieser Technologie12. Aus Fettgewebe gewonnene Stammzellen (ADSCs) können durch minimalinvasive Technologie gewonnen werden, sind leicht zu isolieren und zu kultivieren und können eine ideale "Samenzelle" für die regenerative Medizin sein. Mitochondrien sind reich an ADSCs, und die Funktion der Mitochondrien nimmt mit zunehmendem Alter nicht ab, was darauf hindeutet, dass ADSCs eine ausgezeichnete Quelle für Mitochondrien sind13,14. In diesem Protokoll stellen wir eine Methode vor, um die Mitochondrien von aus Fettgewebe gewonnenen mesenchymalen Stammzellen der Maus in gealterte Maus-Eizellen zu übertragen, um die Eizellqualität zu verbessern. Dies ist ein nützliches Modell für die autologe mitochondriale ADSC-Transfertechnologie beim Menschen.
Alle beschriebenen Tierversuche wurden von der Ethikkommission für Tierversuche des dritten angeschlossenen Krankenhauses der Universität Soochow genehmigt. Alle Betriebe befolgen die entsprechenden Richtlinien der Tierpflege- und -verwendungsbehörde und der nationalen Richtlinien. In der Materialtabelle finden Sie Einzelheiten zu allen Materialien, Instrumenten und Reagenzien, die in diesem Protokoll verwendet werden.
1. Isolierung und Charakterisierung gealterter mesenchymaler Stammzellen (ADSCs) aus Fettgewebe der Maus
2. Isolierung von Mitochondrien aus Fettstammzellen
HINWEIS: Alle Operationen zur Isolierung der Mitochondrien müssen auf Eis durchgeführt werden.
3. Überstimulation der Eierstöcke
4. Mitochondrialer Transfer zusammen mit ICSI
In diesem Protokoll haben wir ADSCs aus Mausfett isoliert und charakterisiert (Abbildung 1). Um isolierte Mitochondrien zu erhalten, muss die Zellmembran mit einem Glashomogenisator aufgebrochen werden. (Abbildung 2A). Es ist wichtig, eine gleichmäßige mitochondriale Fraktion ohne große Klumpen zu erhalten, damit das Mikroinjektionsröhrchen nicht verstopft wird. Zuerst müssen Pipettenspitzen von 200 μl und dann von 10 μl ...
Eizellen enthalten mehr Mitochondrien als jede andere Art von Zellen im Körper, mit ~1-5 × 105 mtDNA-Kopienzahlen. Mitochondrien sind für die Reifung der Eizellen, die Befruchtung und die Embryonalentwicklung unerlässlich, daher kann jede mitochondriale Dysfunktion zu einer verminderten Eizellqualität führen. Eine verminderte mitochondriale Quantität und Qualität steht in engem Zusammenhang mit der physiologischen Alterung. In diesem Protokoll wurde eine einfache Metho...
Die Autoren haben keine Interessenkonflikte offenzulegen.
Die Autoren danken der National Nature Science Foundation of China (82001629 bis X.Q.S.), dem Grundlagenforschungsprojekt des Changzhou Science and Technology Bureau unter der Fördernummer CJ20200110 (an Y.J.Y.), dem Youth Program of Natural Science Foundation der Provinz Jiangsu (BK20200116 bis X.Q.S.) und der Postdoc-Forschungsförderung der Provinz Jiangsu (2021K277B bis X, Q.S.).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.05% trypsin/EDTA | Gibco | 25300054 | Cell Culture |
4% paraformaldehyde | beyotime | P0099 | immunofluorescence |
40 μm cell strainer | Corning | 352340 | ADSC isolation |
adipogenic induction | Cyagen | HUXXC-90031 | Multidirectional differentiation |
Alizarin red staining solution | Sigma | A5533 | Multidirectional differentiation |
Antibody against CD29 | BD Biosciences | 558741 | flow analysis |
Antibody against CD34 | BD Biosciences | 560942 | flow analysis |
Antibody against CD90 | BD Biosciences | 553016 | flow analysis |
Antibody against HLA-DR | BD Biosciences | 555560 | flow analysis |
β-actin | Abcam | ab-8226 | Mitochondrial function test |
BSA | Sigma | V900933 | immunofluorescence |
CCCP | Solarbio | C6700 | mitochondria JC-1 flow analysis |
ChamQ Universal SYBR qPCR Master Mix | Vazyme | Q711 | qPCR |
collagenase type I | Sigma | SCR103 | ADSC isolation |
DAPI | Invitrogen | D1306 | immunofluorescence |
DMEM-F12 | Gibco | 11320033 | Cell Culture |
DMSO | Sigma | 276855 | mitochondria JC-1 flow analysis |
EGTA | Sigma | 324626 | Mitochondria isolation |
FBS | Gibco | 10100147 | Cell Culture |
Flow cytometry | BD Biosciences | FACSCanto™ II | Characteristics of ADSCs |
fluorescence microscope | leica | DM2500 | immunofluorescence |
gelatin | Sigma | 48722 | Multidirectional differentiation |
glass homogenization tube | Sangon | F519062 | Mitochondria isolation |
hCG | Aibei | M2520 | Ovarian superstimulation |
hyaluronidase | Sigma | H1115000 | Ovarian superstimulation |
Inverted microscope | Olympus | IMT-2 | Microinjection |
Isolated Mitochondria Staining Kit | Sigma | CS0760 | mitochondria JC-1 flow analysis |
JC-1 | Sigma | T4069 | Mitochondrial function test |
KCl | Sigma | P5405 | Mitochondria transfer |
KH2PO4 | Sigma | P5655 | Mitochondria transfer |
LaminB | Abcam | ab-16048 | Mitochondrial function test |
M16 Medium | Sigma | M7292 | embryo cell culture |
M2 Medium | Sigma | M7167 | embryo cell culture |
mannitol | Sigma | M9546 | Mitochondria transfer |
Microinjector | Olympus+ eppendorf | IX73 | Mitochondria transfer |
MitoTracker red | Invitrogen | M22425 | Mitochondria staining |
MOPS | Sigma | M1442 | Mitochondria isolation |
neurofilament mediator polypeptide (NFM) | Santa Cruz Biotechnology | sc-16143 | Multidirectional differentiation |
neurogenic induction | Gibco | A1647801 | Multidirectional differentiation |
Neuron-specific enolase (NSE) | Santa Cruz Biotechnology | sc-292097 | Multidirectional differentiation |
Oil Red O | Sangon | E607319 | Adipogenic differentiation |
oil red O solution | Sigma | O1516 | Multidirectional differentiation |
osteogenic induction | Cyagen | HUXXC-90021 | Multidirectional differentiation |
PBS (phosphate buffered saline) | Hyclone | SH30256.LS | Cell Culture |
penicillin and streptomycin | Hyclone | SV30010 | Cell Culture |
PMSG | Aibei | M2620 | Ovarian superstimulation |
protease Inhibitor cocktail | Sigma | P8340 | Mitochondria isolation |
sucrose | Sigma | V900116 | Mitochondria isolation |
Tris | Sigma | 648314 | Mitochondria isolation |
Tris-HCl | Sigma | 108319 | Mitochondria transfer |
Triton X-100 | beyotime | P0096 | immunofluorescence |
VDAC | Abcam | ab-14734 | Mitochondrial function test |
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