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* これらの著者は同等に貢献しました
間葉系幹細胞(MSC-sEV)に由来する小さな細胞外小胞は、副作用が最小限に抑えられた無細胞治療法として強調されています。この研究では、血液透析と超遠心分離を組み合わせたプロトコルを提供し、プロセス全体に費やす時間を大幅に短縮し、GMP(Good Manufacturing Practice)基準への準拠を確保します。
間葉系幹細胞(MSC-sEV)に由来する小さな細胞外小胞(sEV)は、副作用が最小限に抑えられた無細胞治療法として強調されています。対照的に、超遠心分離クロマトグラフィーやサイズ排除クロマトグラフィーなどの従来の抽出法は、時間強度、コスト、およびスケーラビリティによって制限されています。これらの制限を克服するために、血液透析器と超遠心分離を統合した方法を提案します。このアプローチでは、100 kDaの分子量カットオフ(MWCO)膜を備えた血液透析装置を利用し、sEVを選択的に濃縮し、多数のタンパク質をろ過することで、sEVの収量と純度を向上させます。この最初の精製ステップに続いて、超遠心分離を行い、sEV調製をさらに精製します。これら2つのテクノロジーの統合により、プロセス全体に費やす時間が大幅に短縮されただけでなく、GMP(Good Manufacturing Practice)基準への準拠も確保されました。この方法は、大量のサンプルからsEVを高い効率で分離できることを示しており、従来の方法に比べて大幅な進歩を遂げています。このプロトコルは、スケーラブルで費用対効果の高いGMP準拠のソリューションを提供することにより、EVベースの治療法の臨床診療への転換を加速することが期待されています。
間葉系幹細胞(MSC-sEV)に由来する小さな細胞外小胞は、mRNA、マイクロRNA、サイトカイン、脂質、代謝物などの複数の成分が豊富な不均一な小胞です1。近年、多くの研究により、MSC-sEVは、副作用を最小限に抑えた無細胞治療法として大きな治療可能性を秘めていることが強調されており2、老化、組織変性、がん、炎症性疾患3,4,5,6などのさまざまな疾患に対処することが期待されています.それにもかかわらず、sEVの大規模な抽出には重大な課題が残っており、従来の方法は手間がかかるか、経済的に実現不可能であることが証明されています。さらに、再現性を確保することは、EVベースの治療法の臨床応用と翻訳にとって最も重要です7。研究者は、シンプルで効率的であるだけでなく、GMP(Good Manufacturing Practice)基準8に準拠した精製方法を切実に必要としています。
超遠心分離、限外ろ過、サイズ排除クロマトグラフィー、免疫親和性、ポリマー沈殿などの従来の精製法は、これまでの研究で広く適用されてきました9。一般に、従来のsEV単離法では、歩留まりが低い、純度が損なわれる、厳しい無菌基準を満たすことが難しいなどの制限があります。さらに、これまでの研究では、マイクロ流体システム10,11、ラベルフリー磁気絶縁12、共有化学分離13などの有望な技術が優れた性能を達成できる可能性が報告されています。しかし、特殊な機器が必要なため、これらの高度な技術を採用することは、大多数の研究チームにとって困難です。要約すると、大量のサンプルからGMPグレードのsEVを効率的に分離する方法は依然として重大な障害であり、研究と臨床アプリケーションの両方で多数のチームの進行を制限しています。
超遠心分離は、sEV分離に最も広く採用されている方法であり、ゴールドスタンダードの方法として認識されています14,15。これは、密度とサイズの違いを利用してsEVを分離する手法です。単離されたsEVは、通常、残留汚染物質を除去するためにリン酸緩衝生理食塩水(PBS)ですすがれます。次に、通常、適切な量のPBSを使用してすすぎたsEVを再懸濁し、PBSの量を制御することで、予想されるさまざまな濃度のsEVを回収できます。さらに、超遠心分離法で得られた血漿sEVの純度は、サイズ排除クロマトグラフィー(SEC)で単離された血漿sEVよりも優れていると考えられ、超遠心分離法で得られたsEVは、非小胞性細胞外粒子(NVEP)不純物が少ないことが報告されています。また、これにより、超遠心分離は最も広く使用されており、高濃度のsEVを必要とする多くの治療で置き換えることが困難です。しかし、品質と純度に加えて、効率も大量のsEV抽出において無視できない要素です。これまでのところ、1回の超遠心分離で約600mLのサンプル量をサポートできるため、超遠心分離だけでは大規模な抽出の要求を満たすことは困難であると判断されています16。
血液透析装置は、何千もの中空糸を収容する膜ベースのモジュールで構成されています。血液は、密閉された円筒形のチャンバー17内でこれらの繊維を循環する。血液の成分は、分子サイズとイオン濃度に基づいて、これらの膜を選択的に通過できます。クリニックでは、患者の血液から老廃物や余分な水分を取り除くための人工腎臓として広く使用されています18,19,20。言い換えれば、血液透析器は、タンジェンシャルフローフィルトレーション(TFF)と同様のプロセスに依存して、大量のサンプルを濃縮する可能性も秘めています。International Society for Extracellular Vesicles(ISEV)が発行した最近のガイドラインでは、sEV濃縮物は細胞培養培地などの大容量サンプルに適していると考えられています。何十年にもわたる開発を経て、血液透析器は病院で広く採用され、豊富な成熟した消耗品と熟練したオペレーターのプールに支えられ、サンプルを無菌状態に保つことが容易になります。
本研究では、GMPに適合した血液透析器と超遠心分離機を用いたsEV精製法について紹介する。ここでは、100 kDaの分子量カットオフ(MWCO)のダイアライザーを選択します。これは、sEVを効果的に捕捉し、多数のタンパク質をろ過することが実証されています22。超遠心分離は、さらなる精製のためのステップも提供します。この研究は、血液透析器がsEVの濃縮に等しく適していることを示しています。このプロトコルにより、研究者は大量のサンプルからsEVを効率的に分離できます。臨床試験は、まだ進行中で完了していない中国の臨床試験レジストリ(ChiCTR、NO.ChiCTR2200059018)に登録されています。現時点では臨床データをすぐに公開することはできませんが、このプロトコルで報告されているように、信頼性が高く、大規模で、効率的で、準拠したsEVの製造方法が、前臨床試験および臨床試験を実施するための前提条件です。
このプロトコルは、サウスウェスト病院のヒト研究倫理委員会に従って承認され、実施されました。
1. 培地からの細胞残骸の除去
注:以下の手順は、特にサンプルが環境に直接さらされる可能性がある場合は、GMPに準拠した環境で操作する必要があります。
2. ろ過した培地を血液透析器で濃縮
注:血液透析器の血液漏れ検出器が作動するか、血液透析器の設定で血液漏れ検出器をシャットダウンするため、細胞培養でフェノールレッドを含むダルベッコの修飾イーグル培地(DMEM)の使用は控えてください。
3. 超遠心分離機によるsEVの分離
4. 得られたsEVの特性評価
sEVの形態学的特性評価
濃縮の最終段階では、説明されているように、無駄な液体も収集されました。濃縮された培地と廃液をそれぞれ超遠心分離しました。透過型電子顕微鏡(TEM)分析のために沈殿物を収集しました。予想通り、濃縮された中分子グループでは、かなりの数のカップ状のナノベシクルが観察されました(
従来のsEVの単離方法には、示差超遠心分離法、サイズ排除クロマトグラフィー、PEG沈殿法などがあり、それぞれに長所と短所があります。これらの異なる技術の融合により、sEVの収率や純度が向上する可能性がありますが、追加のステップにより、サンプル汚染の機会が増えることがよくあります。sEVを大量に抽出し、GMP基準を遵守すると主張する統合システムが市...
著者は、競合する金銭的利益を宣言しません。
この研究は、中国国立科学基金会(822101167からBBへ)、重慶自然科学基金会(CSTB2022NSCQ-MSX0020からBBへ)、重慶のPhD「Through Train」科学研究プロジェクト(CSTB2022BSXM-JCX0031からBBへ)、および中国国立科学基金会(82271132からYLへ)からの資金提供を受けて行われました。腎臓内科、第一附属病院、第三軍事医科大学(陸軍医科大学)、および病理学研究所および南西癌センター、南西病院、第三軍事医科大学(陸軍医科大学)の設備と技術サポートの協力に感謝します。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Anti-CD63 | SBI System Biosciences | EXOAB-CD63A-1 | 1:1000 dilution |
Anti-CD9 | SBI System Biosciences | EXOAB-CD9A-1 | 1:1000 dilution |
Anti-HSP70 | SBI System Biosciences | EXOAB-Hsp70A-1 | 1:1000 dilution |
Bicinchoninic Acid Protein Assay Kit | Beyotime | P0012 | |
Bloodlines | Fresenius Medical Care | AP16641 | |
Bovine serum albumin 5% | Solarbio | 9048-46-8 | |
Cell culture supplement | Helios | HPCPLCGL05 | 5% (v/v) in cell culture media |
Copper grid | Precise | RGRS GP-SMPG-1 | |
Dialyzer | Helixone | FX8 | 100 kDa MWCO |
Drainage bag | CZRUIDE | YLD-01 | |
Goat Anti-Rabbit HRP | SBI System Biosciences | EXOAB-CD63A-1 | 1:10000 dilution |
Goat Anti-Rabbit HRP | SBI System Biosciences | EXOAB-CD9A-1 | 1:10000 dilution |
Goat Anti-Rabbit HRP | SBI System Biosciences | EXOAB-Hsp70A-1 | 1:10000 dilution |
Mesenchymal Stem Cell Basal Medium (MSCBM) | Dakewe | DKW34-BM20500 | |
Microfiltration membrane | shanghaixingya | WKLM-50-10 | 0.45 μm and 0.22 μm |
Parafilm | Fisher Scientific | 1337416 | |
Peristaltic pump | LongerPump | YZ1515x | |
Phosphate buffer saline | Solarbio | P1022-500ml | |
Immun-Blot PVDF Membrane | BIO-RAD | 1620177 | |
SDS-PAGE Gel Quick Preparation Kit | Beyotime | P0012AC | |
SDS-PAGE Sample Loading Buffer | Beyotime | P0015A | |
Super ECL Plus Western Blotting Substrate | BIOGROUND | BG0001 | |
TBST buffer | Solarbio | T1081 | |
Ultracentrifuge tubes 38.5 mL | Beckman | 344058 | |
Bio-Rad ChemiDoc MP Imaging System | BIO-RAD | ||
Hemodialyzer | NIKKISO | DBB-27 | |
Nanoparticle Tracking Analysis | ZetaView | PMX120 | To measure particle size distribution and particle concentration |
Transmission Electron Microscopy | JEOL | JEM-1400PLUS | Recommended settings:Exposure: 1.0 s, HT Voltafe 100.00 kV, Beam Curr: 50 μA, Spot Size: 1, Mode: TEM. |
Ultracentrifuge | BECKMAN COULTER | OPTIMA XPN-100 | SW 28Ti SwingingBucket Rotor |
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