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Method Article
A aplicação de exosomo é uma ferramenta emergente para o desenvolvimento de medicamentos e medicina regenerativa. Estabelecemos um protocolo de isolamento exossomo com alta pureza para isolar exosóis de células-tronco identificadas chamadas CB-SC para estudos mecanicistas. Também cocultura cb-SC-derivado exosósmos com monócitos humanos, levando à sua diferenciação em macrófagos fenotipicamente distintos.
A terapia com células-tronco (SCE) é uma nova abordagem clínica para o tratamento de diabetes tipo 1 e outras doenças autoimunes. A terapia de CIP circula as células mononucleares sanguíneas isoladas do paciente (por exemplo, linfócitos e monócitos) através de uma máquina de aferese, co-culturas as células mononucleares sanguíneas do paciente com células-tronco derivadas do sangue do cordão aderente (CB-SC) no dispositivo SCE e, em seguida, devolve essas células imunes "educadas" ao sangue do paciente. Exosóis são vesículas extracelulares de tamanho nano-tamanho entre 30\u2012150 nm existentes em todos os meios de cultura biofluida e celular. Para explorar ainda mais os mecanismos moleculares subjacentes à terapia SCE e determinar as ações de exosóis liberados do CB-SC, investigamos quais células fagocitizam esses exosóis durante o tratamento com CB-SC. Ao co-culturar exosóis derivados do CB-SC com células mononucleares de sangue periféricos (PBMC), descobrimos que exosóis derivados do CB-SC foram predominantemente tomados por monócitos humanos CD14-positivos, levando à diferenciação de monócitos em macrófagos tipo 2 (M2), com morfologia semelhante ao fuso e expressão de marcadores moleculares de superfície associados a M2. Aqui, apresentamos um protocolo para o isolamento e caracterização de exosóis derivados do CB-SC e o protocolo para a co-cultura de exosóis derivados do CB-SC com monócitos humanos e o monitoramento da diferenciação M2.
As células-tronco do sangue do cordão umbilical (CB-SC) são um tipo único de células-tronco identificadas do sangue do cordão humano e distinguem-se de outros tipos conhecidos de células-tronco, como células-tronco mesenquimais (MSC) e células-tronco hematopoiéticas (HSC)1. Com base em suas propriedades únicas de modulação imunológica e sua capacidade de aderir firmemente à superfície das placas de Petri, desenvolvemos uma nova tecnologia designada como terapia de Educador de Células-Tronco (SCE) em ensaios clínicos2,3. Durante a terapia de SCE, as células mononucleares de sangue periféricos (PBMC) são coletadas e circuladas através de um separador celular e co-cultivadas com cb-SC aderente in vitro. Essas células "educadas" (PBMC tratada pelo CB-SC) são então devolvidas à circulação do paciente em um sistema de loop fechado. Os ensaios clínicos já demonstraram a segurança clínica e a eficácia da terapia de ED para o tratamento de doenças autoimunes, incluindo diabetes tipo 1 (T1D)2,4 e alopecia areata (AA)5.
Exosóis são uma família de nanopartículas com diâmetros que variam de 30\u2012150 nm e existem em todos os meios biofluidos e de cultura celular6. Exosóis são enriquecidos com muitas moléculas bioativas, incluindo lipídios, mRNAs, proteínas e microRNAs (miRNA), e desempenham um papel importante nas comunicações célula-célula. Ultimamente, os exósmos tornaram-se mais atraentes para pesquisadores e empresas farmacêuticas devido aos seus potenciais terapêuticos nas clínicas7,8,9. Recentemente, nossos estudos mecanicistas demonstraram que exosóis liberados pelo CB-SC contribuem para a modulação imunológica da terapia SCE10.
Aqui, descrevemos o protocolo para explorar o mecanismo da terapia SCE visando monócitos por exosóis liberados pela CB-SC. Primeiro, os exosóis liberados pelo CB-SC foram isolados da mídia condicionada pelo CB-SC usando métodos de ultracentrifugação e validados por citometria de fluxo, mancha ocidental (WB) e dispersão dinâmica de luz (DLS). Em segundo lugar, os exosóis derivados do CB-SC foram rotulados com um corante lipofílico fluorescente verde: Dio. Em terceiro lugar, foram co-cultivados com o PBMC para examinar os percentuais positivos de exosóis derivados do CB-SC rotulados por Dio nas diferentes subpopulações do PBMC por citometria de fluxo. Este protocolo fornece orientação para estudar a ação de exosóis subjacentes à modulação imunológica das células-tronco.
O protocolo segue as diretrizes do comitê institucional de ética em pesquisa humana do Center for Discovery and Innovation, Hackensack Meridian Health. Unidades de sangue de casacos de buffy humanos foram compradas no Blood Center de Nova York (Nova York, NY). Unidades de sangue do cordão umbilical humano foram coletadas de doadores saudáveis e compradas do banco de sangue Cryo-Cell International (Oldsmar, FL). Tanto o Hemocente de Nova York quanto o Crio-Cell receberam todas as credenciais para coletas e distribuições de sangue, com aprovação do IRB e formulários de consentimento assinados por doadores.
1. Cultura celular e preparação do meio condicionado derivado do CB-SC
2. Caracterização do CB-SC
3. Isolamento de exosóis derivados do CB-SC
4. Caracterização de exosóis derivados do CB-SC
5. Medida Dio-rotulado cb-SC-derivado exosomes tomados por diferentes subpopulações de PBMC
6. Examine a ação de exosóis derivados do CB-SC em monócitos
Inicialmente, o fenótipo e a pureza do CB-SC foram examinados por citometria de fluxo com marcadores associados ao CB-SC, como o antígeno comum de leucócito CD45, os fatores de transcrição específicos da célula ES OCT3/4 e SOX2. CB-SC exibe altos níveis de CD45, OUT3/4, SOX2, CD270 e expressão galectin 9, mas nenhuma expressão de CD34(Figura 1A). A análise da citometria de fluxo confirmou a expressão de marcadores específicos exossomos, incluindo CD9, CD81 e CD63, em exosóis de...
A aplicação de exosóis é um campo emergente para diagnóstico clínico, desenvolvimento de medicamentos e medicina regenerativa. Aqui, apresentamos um protocolo detalhado sobre a preparação de exosóis derivados do CB-SC e o estudo funcional de exosóis sobre a diferenciação de monócitos humanos. O protocolo atual demonstrou que os exosóis funcionais derivados do CB-SC são isolados por centrifugação sequencial e ultracentrifugação com alta pureza e exibindo a modulação imunológica em monócitos.
Dr. Zhao é um dos fundadores da Tianhe Stem Cell Biotechnology Inc. Dr. Zhao é um inventor da tecnologia Stem Cell Educator. Todos os outros autores não têm interesses financeiros que possam ser relevantes para o trabalho submetido.
Somos gratos ao Sr. Poddar e ao Sr. Ludwig pelo generoso apoio de financiamento através da Fundação Hackensack UMC. Agradecemos laura Zhao pela edição em inglês.
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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