Name: differentiation of monocytes into phenotypically distinct macrophages after treatment with human cord blood stem cell (cb-sc)-derived exosomes
Uploaded: 2020-11-12T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Differentiation of Monocytes into Phenotypically Distinct Macrophages After Treatment with Human Cord Blood Stem Cell CB-SC-Derived Exosomes at JoVE.com

Wir danken Herrn Poddar und Herrn Ludwig für die großzügige Finanzielle Unterstützung über die Hackensack UMC Foundation. Wir schätzen Laura Zhao für die englische Bearbeitung.

Das Protokoll folgt den Richtlinien der ethikkommission für institutionelle Humanforschung am Center for Discovery and Innovation, Hackensack Meridian Health. Menschliche sbuffy Fell Bluteinheiten wurden vom New York Blood Center (New York, NY) gekauft. Menschliche Nabelschnurbluteinheiten wurden von gesunden Spendern gesammelt und von der Cryo-Cell International Blood Bank (Oldsmar, FL) gekauft. Sowohl das New York Blood Center als auch Cryo-Cell haben alle Akkreditierungen für Blutsammlungen und -verteilungen mit IRB...

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	<li>Zhao, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stem+cell+educator+therapy+and+induction+of+immune+balance.">Stem cell educator therapy and induction of immune balance.</a> Current Diabetes Reports. 12 (5), 517-523 (2012).</li><li>Zhao, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reversal+of+type+1+diabetes+via+islet+beta+cell+regeneration+following+immune+modulation+by+cord+blood-derived+multipotent+stem+cells.">Reversal of type 1 diabetes via islet beta cell regeneration following immune modulation by cord blood-derived multipotent stem cells.</a> BMC Medicine. 10 (1), 3 (2012).</li><li>Zhao, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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.">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.</a> BMC Medicine. 11, 160 (2013).</li><li>Delgado, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modulation+of+autoimmune+T-cell+memory+by+stem+cell+educator+therapy:+phase+1/2+clinical+trial.">Modulation of autoimmune T-cell memory by stem cell educator therapy: phase 1/2 clinical trial.</a> EBioMedicine. 2 (12), 2024-2036 (2015).</li><li>Li, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hair+regrowth+in+alopecia+areata+patients+following+Stem+Cell+Educator+therapy+BMC.">Hair regrowth in alopecia areata patients following Stem Cell Educator therapy BMC.</a> Medicine. 13 (1), 87 (2015).</li><li>Colombo, M., Raposo, G., Thery, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biogenesis,+secretion,+and+intercellular+interactions+of+exosomes+and+other+extracellular+vesicles.">Biogenesis, secretion, and intercellular interactions of exosomes and other extracellular vesicles.</a> Annual Review of Cell And Developmental Biology. 30, 255-289 (2014).</li><li>Abak, A., Abhari, A., Rahimzadeh, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exosomes+in+cancer:+small+vesicular+transporters+for+cancer+progression+and+metastasis,+biomarkers+in+cancer+therapeutics.">Exosomes in cancer: small vesicular transporters for cancer progression and metastasis, biomarkers in cancer therapeutics.</a> PeerJ. 6, 4763 (2018).</li><li>Adamiak, M., Sahoo, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exosomes+in+myocardial+repair:+advances+and+challenges+in+the+development+of+next-generation+therapeutics.">Exosomes in myocardial repair: advances and challenges in the development of next-generation therapeutics.</a> Molecular Therapy. 26 (7), 1635-1643 (2018).</li><li>Akyurekli, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+systematic+review+of+preclinical+studies+on+the+therapeutic+potential+of+mesenchymal+stromal+cell-derived+microvesicles.">A systematic review of preclinical studies on the therapeutic potential of mesenchymal stromal cell-derived microvesicles.</a> Stem Cell Review and Report. 11 (1), 150-160 (2015).</li><li>Hu, W., Song, X., Yu, H., Sun, J., Zhao, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Released+exosomes+contribute+to+the+immune+modulation+of+cord+blood-derived+stem+cells+(CB-SC).">Released exosomes contribute to the immune modulation of cord blood-derived stem cells (CB-SC).</a> Frontiers in Immunology. (11), 165 (2020).</li><li>Jacobson, G., K&#229;rsn&#228;s, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Important+parameters+in+semi-dry+electrophoretic+transfer.">Important parameters in semi-dry electrophoretic transfer.</a> Electrophoresis. 11 (1), 46-52 (1990).</li><li>Dykstra, M. J., Reuss, L. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Biological Electron Microscopy: Theory, Techniques, and Troubleshooting. , (2011).</li><li>Konoshenko, M. Y., Lekchnov, E. A., Vlassov, A. V., Laktionov, P. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Isolation+of+extracellular+vesicles:+general+methodologies+and+latest+trends.">Isolation of extracellular vesicles: general methodologies and latest trends.</a> BioMed Research International. 2018, 8545347 (2018).</li><li>Witwer, K. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Standardization+of+sample+collection,+isolation+and+analysis+methods+in+extracellular+vesicle+research.">Standardization of sample collection, isolation and analysis methods in extracellular vesicle research.</a> Journal of Extracellular Vesicles. 2, (2013).</li><li>Orecchioni, M., Ghosheh, Y., Pramod, A. B., Ley, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Macrophage+polarization:+different+gene+signatures+in+M1(LPS+)+vs.+classically+and+M2(LPS-)+vs.+alternatively+activated+macrophages.">Macrophage polarization: different gene signatures in M1(LPS+) vs. classically and M2(LPS-) vs. alternatively activated macrophages.</a> Frontiers in Immunology. 10, 1084 (2019).</li></ol>

Die Anwendung von Exosomen ist ein aufstrebendes Feld für klinische Diagnostik, Arzneimittelentwicklungen und regenerative Medizin. Hier stellen wir ein detailliertes Protokoll zur Herstellung von CB-SC-abgeleiteten Exosomen und zur funktionellen Untersuchung von Exosomen zur Differenzierung menschlicher Monozyten vor. Das aktuelle Protokoll zeigte, dass funktionelle CB-SC-abgeleitete Exosomen durch sequentielle Zentrifugation und Ultrazentrifugation mit hoher Reinheit isoliert werden und die Immunmodulation auf Monozyt...

Cord-Blut-Stammzellen (CB-SC) sind einzigartige Stammzellen, die aus menschlichem Nabelschnurblut identifiziert wurden und sich von anderen bekannten Arten von Stammzellen wie mesenchymalen Stammzellen (MSC) und hämatopoetischen Stammzellen (HSC)1unterscheiden. Basierend auf ihren einzigartigen Eigenschaften der Immunmodulation und ihrer Fähigkeit, sich fest an der Oberfläche von Petrischalen zu halten, haben wir in klinischen Studien2,3eine neue Technologie entwickelt, die als Stammzellpädagoge (SCE)-Therapie bezeichnet wird. Während der SCE-Therapie werden die peripheren mononukleären Blutzellen (PBMC) eines Patienten gesammelt und durch einen Zellabscheider zirkuliert und mit dem angegobenen CB-SC in vitro kokultiviert. Diese "gebildeten" Zellen (CB-SC-behandelte PBMC) werden dann in einem geschlossenen Kreislaufsystem in den Kreislauf des Patienten zurückgeführt. Klinische Studien haben bereits die klinische Sicherheit und Wirksamkeit der SCE-Therapie zur Behandlung von Autoimmunerkrankungen einschließlich Typ-1-Diabetes (T1D)2,4 und Alopecia areata (AA)5nachgewiesen.
Exosomen sind eine Familie von Nanopartikeln mit Durchmessern von 30 bis 2012150 nm und existieren in allen Biofluid- und Zellkulturmedien6. Exosomen sind mit vielen bioaktiven Molekülen angereichert, einschließlich Lipiden, mRNAs, Proteinen und microRNAs (miRNA), und spielen eine wichtige Rolle in der Zell-zu-Zell-Kommunikation. In letzter Zeit sind Exosomen für Forscher und Pharmaunternehmen aufgrund ihrer therapeutischen Potenziale in Kliniken7,8,9attraktiver geworden. Kürzlich haben unsere mechanistischen Studien gezeigt, dass CB-SC-freigesetzte Exosomen zur Immunmodulation der SCE-Therapiebeitragen 10.
Hier beschreiben wir das Protokoll zur Untersuchung des Mechanismus der SCE-Therapie, die auf Monozyten durch CB-SC-freigesetzte Exosomen abzielt. Erstens wurden CB-SC-freigesetzte Exosomen mit Ultrazentrifugationsmethoden aus CB-SC-abgeleiteten konditionierten Medien isoliert und durch Durchflusszytometrie, Western Blot (WB) und dynamische Lichtstreuung (DLS) validiert. Zweitens wurden CB-SC-abgeleitete Exosomen mit einem grünen fluoreszierenden lipophilen Farbstoff gekennzeichnet: Dio. Drittens wurden sie gemeinsam mit PBMC kultiviert, um die positiven Prozentsätze von Dio-markierten CB-SC-abgeleiteten Exosomen an den verschiedenen Subpopulationen von PBMC durch Durchflusszytometrie zu untersuchen. Dieses Protokoll enthält Anleitungen zur Untersuchung der Wirkung von Exosomen, die der Immunmodulation von Stammzellen zugrunde liegen.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>1.5 ml Microcentrifuge tube</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>05-408-129</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>15 ml conical tube</td>
			<td>Falcon</td>
			<td>352196</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>24-well plate</td>
			<td>Falcon</td>
			<td>351147</td>
			<td>Non-tissue culture 
			plate</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3,3&#39;-Diostadecyloxacarbocyanine perchlorate(Dio)</td>
			<td>Millipore sigma</td>
			<td>D4292-20MG</td>
			<td>Store at 4 &#176;C</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>300 Mesh Grids</td>
			<td>Ted Pella</td>
			<td>1GC300</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>50 mL conical tube</td>
			<td>Falcon</td>
			<td>352070</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>6-well plate</td>
			<td>Falcon</td>
			<td>353046</td>
			<td>Tissue culture plate</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>96-well plate</td>
			<td>Falcon</td>
			<td>353072</td>
			<td>Tissue culture plate</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ACK Lysis Buffer</td>
			<td>Lonza</td>
			<td>10-548E</td>
			<td>100 ml</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Amicon-15 10kDa Centrifuge Fliter Unit</td>
			<td>Millipore sigma</td>
			<td>UFC901024</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-Human Alix</td>
			<td>Biolegend</td>
			<td>634501</td>
			<td>store at 4 &#176;C, RRID: AB_2268110</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-Human Calnexin</td>
			<td>Biolegend</td>
			<td>699401</td>
			<td>store at 4 &#176;C, RRID: AB_2728519</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-Human CD11c antibody, Pe-Cy7</td>
			<td>BD Bioscience</td>
			<td>561356</td>
			<td>store at 4 &#176;C, RRID: AB_10611859</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-Human CD14 antibody, Karma Orange</td>
			<td>Beckman Coulter</td>
			<td>B36294</td>
			<td>store at 4 &#176;C, RRID: AB_2728099</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-Human CD163 antibody, PE</td>
			<td>BD Bioscience</td>
			<td>556018</td>
			<td>store at 4 &#176;C, RRID: AB_396296</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-Human CD19 antibody, PC5</td>
			<td>Beckman Coulter</td>
			<td>IM2643U</td>
			<td>store at 4 &#176;C, RRID: AB_131160</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-Human CD206 antibody, FITC</td>
			<td>BD Bioscience</td>
			<td>551135</td>
			<td>store at 4 &#176;C, RRID: AB_394065</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-Human CD209 antibody, Brilliant Violet 421</td>
			<td>BD Bioscience</td>
			<td>564127</td>
			<td>store at 4 &#176;C, RRID: AB_2738610</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-Human CD270 antibody, PE</td>
			<td>Biolegend</td>
			<td>318806</td>
			<td>store at 4 &#176;C, RRID: AB_2203703</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-Human CD3 antibody, Pacfic Blue</td>
			<td>Biolegend</td>
			<td>300431</td>
			<td>store at 4 &#176;C, RRID: AB_1595437</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-Human CD34 antibody, APC</td>
			<td>Beckman Coulter</td>
			<td>IM2427U</td>
			<td>store at 4 &#176;C, RRID: N/A</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-Human CD4 antibody, APC</td>
			<td>BD Bioscience</td>
			<td>555349</td>
			<td>store at 4 &#176;C, RRID: AB_398593</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-Human CD45 antibody, Pe-Cy7</td>
			<td>Beckman Coulter</td>
			<td>IM3548U</td>
			<td>store at 4 &#176;C, RRID: AB_1575969</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-Human CD56 antibody, PE</td>
			<td>Beckman Coulter</td>
			<td>IM2073U</td>
			<td>store at 4 &#176;C, RRID: AB_131195</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-Human CD63 antibody,PE</td>
			<td>BD Bioscience</td>
			<td>561925</td>
			<td>store at 4 &#176;C, RRID: AB_10896821</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-Human CD8 antibody, APC-Alexa Fluor 750</td>
			<td>Beckman Coulter</td>
			<td>A94686</td>
			<td>store at 4 &#176;C, RRID: N/A</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-Human CD80 antibody, APC</td>
			<td>Beckman Coulter</td>
			<td>B30642</td>
			<td>store at 4 &#176;C, RRID: N/A</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-Human CD81 antibody, FITC</td>
			<td>BD Bioscience</td>
			<td>561956</td>
			<td>store at 4 &#176;C, RRID: AB_394049</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-Human CD86 antibody, APC-Alexa Fluor 750</td>
			<td>Beckman Coulter</td>
			<td>B30646</td>
			<td>store at 4 &#176;C, RRID: N/A</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-Human CD9 antibody, FITC</td>
			<td>ThermoScientic</td>
			<td>MA5-16860</td>
			<td>store at 4 &#176;C, RRID: AB_2538339</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-Human Galectin 9 antibody, Brilliant Violet 421</td>
			<td>Biolegend</td>
			<td>348919</td>
			<td>store at 4 &#176;C, RRID: AB_2716134</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-Human OCT3/4 antibody, eFluor660</td>
			<td>ThermoScientic</td>
			<td>50-5841-82</td>
			<td>store at 4 &#176;C, RRID: AB_11218882</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-Human SOX2 antibody, Alexa Fluor 488</td>
			<td>ThermoScientic</td>
			<td>53-9811-82</td>
			<td>store at 4 &#176;C, RRID: AB_2574479</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BCA Protein Assay Kit</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>23227</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bovine Serum Albumin</td>
			<td>Millipore Sigma</td>
			<td>A1933</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Buffy coat</td>
			<td>New York Blood Center</td>
			<td></td>
			<td>40-60 ml/unit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cell scraper</td>
			<td>Falcon</td>
			<td>353085</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Disposable semi-micro cuvette</td>
			<td>VWR</td>
			<td>97000590</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dissociation buffer</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>131510014</td>
			<td>100 ml</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dual-Chanber cell counting slides</td>
			<td>Bio-Rad</td>
			<td>1450015</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Exosome-Human CD63 Detection reagent</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>10606D</td>
			<td>store at 4 &#176;C</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ficoll-Paque PLUS density grandient media</td>
			<td>GE Health</td>
			<td>17-1440-03</td>
			<td>500 ml</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fixed-Angle Rotor(25&#176;)</td>
			<td>Thermo Scientifc</td>
			<td>75003698</td>
			<td>Maxium 24,700 x g</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gallios flow cytometer</td>
			<td>Beckman Coulter</td>
			<td></td>
			<td>3 lasers 
			10 Color Max</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Human cord blood</td>
			<td>Cryo-Cell International</td>
			<td></td>
			<td>40-100 ml/unit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Human Fc Block</td>
			<td>BD Bioscience</td>
			<td>564220</td>
			<td>store at 4 &#176;C</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Immun-Blot PVDF membrane</td>
			<td>Bio-Rad</td>
			<td>1620177</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Millex-GP Syringe Filter Unit, 0.22 &#181;m</td>
			<td>Millipore Sigma</td>
			<td>SLGP033RS</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optima XE-90 Ultracentriguge</td>
			<td>Beckman Coulter</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Orbital Shaker MP4</td>
			<td>BioExpress</td>
			<td>S-3500-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PBS</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>10010049</td>
			<td>500 ml</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Propidium Iodide</td>
			<td>BD Bioscience</td>
			<td>56-66211E</td>
			<td>store at 4 &#176;C</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nikon Eclipse Ti2 microscope</td>
			<td>Nikon instruments Inc</td>
			<td>Eclipse Ti2</td>
			<td>NIS-Elements software version 5.11.02</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hochest 33342</td>
			<td>Thermo Scientifc</td>
			<td>62249</td>
			<td>5 ml</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Revert microsopy</td>
			<td>Fisher scientific</td>
			<td>12563518</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rotor 41 Ti</td>
			<td>Beckman Coulter</td>
			<td>331362</td>
			<td>Maxium 41,000 rpm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sorvall St 16R Centrifuge</td>
			<td>Thermo Scientifc</td>
			<td>75004381</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Swinging Bucket Rotor</td>
			<td>Thermo Scientifc</td>
			<td>75003655</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TC-20 cell counter</td>
			<td>Bio-Rad</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ThermoScientific Forma 380 Steri Cycle CO2 Incubator</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Transmission electron microscopy</td>
			<td>JEOL</td>
			<td>JEM-2100 PLUS</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultracentrifuge tube</td>
			<td>Beckman Coulter</td>
			<td>331372</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>X&#39;VIVO 15 Serum-free medium</td>
			<td>Lonza</td>
			<td>BEBP04-744Q</td>
			<td>1000 ml Culture medium, store at 4 &#176;C</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

differentiation of monocytes into phenotypically distinct macrophages after treatment with human cord blood stem cell (cb-sc)-derived exosomes

Die Stammzellpädagogin (SCE) therapie ist ein neuartiger klinischer Ansatz zur Behandlung von Typ-1-Diabetes und anderen Autoimmunerkrankungen. Die SCE-Therapie zirkuliert die mononukleären Blutzellen des isolierten Patienten (z. B. Lymphozyten und Monozyten) durch eine Apherese-Maschine, ko-kulturen die mononukleären Blutzellen des Patienten mit anhaftenden Nabelschnurblut-abgeleiteten Stammzellen (CB-SC) im SCE-Gerät und geben diese "gebildeten" Immunzellen dann in das Blut des Patienten zurück. Exosomen sind nanogroße extrazelluläre Vesikel zwischen 30 und 2012150 nm, die in allen Biofluid- und Zellkulturmedien vorhanden sind. Um die molekularen Mechanismen, die der SCE-Therapie zugrunde liegen, weiter zu erforschen und die Aktionen von aus CB-SC freigesetzten Exosomen zu bestimmen, untersuchen wir, welche Zellen diese Exosomen während der Behandlung mit CB-SC phagozytisieren. Durch die Co-Kultivierung von DIO-markierten CB-SC-abgeleiteten Exosomen mit menschlichen peripheren mononukleären Blutzellen (PBMC) fanden wir heraus, dass CB-SC-abgeleitete Exosomen überwiegend von menschlichen CD14-positiven Monozyten aufgenommen wurden, was zur Differenzierung von Monozyten in Typ-2-Makrophagen (M2) mit spindelähnlicher Morphologie und Expression von M2-assoziierten Oberflächenmolekularmarkern führte. Hier stellen wir ein Protokoll zur Isolierung und Charakterisierung von CB-SC-abgeleiteten Exosomen und das Protokoll für die Kokultur von CB-SC-abgeleiteten Exosomen mit menschlichen Monozyten und die Überwachung der M2-Differenzierung vor.

Zunächst wurden der Phänotyp und die Reinheit von CB-SC durch Durchflusszytometrie mit CB-SC-assoziierten Markern wie Leukozyten-gemeinsames Antigen CD45, ES-zellspezifische Transkriptionsfaktoren OCT3/4 und SOX2 untersucht. CB-SC zeigt hohe Konzentrationen von CD45, OCT3/4, SOX2, CD270 und Galectin 9-Expression an, jedoch keinen Ausdruck von CD34 (Abbildung 1A). Die Durchflusszytometrie-Analyse bestätigte die Expression von exosomenspezifischen Markern wie CD9, CD81 und CD63 auf CB-SC-ab...

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Differentiation of Monocytes into Phenotypically Distinct Macrophages After Treatment with Human Cord Blood Stem Cell CB-SC-Derived Exosomes

Exosome Anwendung ist ein aufkommendes Werkzeug für die Arzneimittelentwicklung und regenerative Medizin. Wir etablieren ein Exosomen-Isolationsprotokoll mit hoher Reinheit, um Exosomen aus neuartigen identifizierten Stammzellen namens CB-SC für mechanistische Studien zu isolieren. Wir kokulturieren auch CB-SC-abgeleitete Exosomen mit menschlichen Monozyten, was zu ihrer Differenzierung in phänotypisch unterschiedliche Makrophagen führt.

Differenzierung von Monozyten in phänotypisch ausgeprägte Makrophagen nach der Behandlung mit humanen Cordblutstammzellen (CB-SC)-Abgeleitete Exosomen

Stem Cell Educator (SCE) therapy is a novel clinical approach for the treatment of type 1 diabetes and other autoimmune diseases. SCE therapy circulates ...

Die Stem Cell Educator Therapie wurde entwickelt, um Typ-I-Diabetes und die andere Autoimmunerkrankung zu behandeln. Diese Methode wurde entwickelt, um den Molekülmechanismus zu erforschen, der der Immunmoderation der Stem Cell Educator Therapie durch CB-SC freigesetzte Exosomen zugrunde liegt. Dieses Protokoll bietet Anleitungen, wie Exosomen aus einer menschlichen Nabelschnurblutstammzellenkulturen gereinigt und ihre Immunmodulation von Monozyten bestimmt werden können.Demonstriert wird das Verfahren von Wei Hu, einem Doktoranden, aus meinem Labor. Zunächst zentrifugieren Sie das von CB-SC abgeleitete konditionierte Medium dreimal, wie im Textmanuskript beschrieben, und sammeln Sie den Überstand nach jeder Zentrifugation in ein neues 50 Milliliter konisches Rohr. Filtern Sie nach der dritten Zentrifugation den erhaltenen Überstand mit einem 0,22-Mikroliter-Filter und übertragen Sie 15 Milliliter Medien auf jede 10 Kilodalton-Zentrifugalfiltereinheit.Zentrifugen bei 4.000 x g für 30 Minuten, um die konzentrierten Exosomenmedien zu isolieren. Übertragen Sie die konzentrierten Exosomen in ein Ultrazentrifugenrohr. Dann pellet die Exosomen bei 100. 000 x g für 80 Minuten bei vier Grad Celsius.Dann entsorgen Sie den Überstand und setzen Sie die pelletierten Exosomen in 10 Milliliter PBS wieder auf. Führen Sie eine abschließende Ultrazentrifugation durch, um das Exompellet zu sammeln und in 200 Mikroliter PBS wieder auszusetzen. Fügen Sie 30 Millionen menschliche PBMCs zu einem 15 Milliliter Rohr und Zentrifuge bei 300 x g für 10 Minuten bei vier Grad Celsius hinzu.Setzen Sie die Zellen in 300 Mikroliter kalten PBS aus und fügen Sie 60 Mikroliter CD14-Mikroperlen hinzu. Mischen Sie gut und inkubieren Sie die Zellen auf Eis für 15 Minuten. Fügen Sie sechs weitere Milliliter kalte PBS und Zentrifuge bei 300 x g für 10 Minuten bei vier Grad Celsius hinzu.Dann setzen Sie die pelletierten Zellen in 500 Mikroliter kaltlaufenden Puffer wieder aus. Legen Sie die Trennsäule in den Magnetabscheider und waschen Sie sie dreimal mit zwei Millilitern Kaltlaufpuffer. Übertragen Sie die resuspendierten Zellen in die Trennspalte, und lassen Sie sie passieren.Waschen Sie die Säule erneut dreimal mit zwei Millilitern Laufpuffer pro Wäsche. Heben Sie dann die Säule aus dem Magnetabscheider und legen Sie sie über ein 15 Milliliter Zentrifugenrohr auf Eis. Elute die CD14-positiven Zellen mit zwei Milliliterkaltlaufpuffer und Zentrifugieren bei 300 x g für 10 Minuten bei vier Grad Celsius, um die Zellen zu pellet.Das Pellet in zwei Milliliterkaltchemikalien-Definiertem Serummedium wieder aufhängen und 50 Mikroliter davon in ein 1,5-Milliliter-Rohr geben. Färben Sie die erhaltenen Zellen mit 10 Mikrolitern Von Krome Orange-konjugierten antihumanen CD14 monoklonalen Antikörpern für 20 Minuten. Fügen Sie einen Milliliter PBS und Zentrifuge bei 300 x g für 10 Minuten, um die Zellen zu pellet.Setzen Sie das Zellpellet in 200 Mikroliter PBS wieder auf und übertragen Sie es in ein Fünf-Milliliter-Rohr. Bestimmen Sie die Reinheit von CD14+Monozyten durch Durchflusszytometrie. Samen eine Million der erhaltenen gereinigten Monozyten in einer Gewebekultur behandelt sechs-Well-Platte und inkubieren für zwei Stunden bei 37 Grad Celsius unter 5%Kohlendioxid.Nach der Inkubation entsorgen Sie den Überstand und fügen Sie vorsichtig zwei Milliliter 37 Grad vorgewärmtes chemisch definiertes serumfreies Kulturmedium hinzu, und fügen Sie dann 80 Mikrogramm der CB-SC-abgeleiteten Exosomen in die Monozytenkultur in der Sechs-Well-Platte mit einem Gesamtvolumen von zwei Millilitern hinzu. Inkubieren Sie die Platte bei 37 Grad Celsius unter 5% Kohlendioxid für drei bis vier Tage. Dann stellen Sie die Zellmorphologie mit einem invertierten Mikroskop bei 200-facher Vergrößerung ab.Fügen Sie einen Milliliter PBS-basierten Zelldissoziationspuffer hinzu, um die Zellen zu lösen, indem Sie nach oben und unten pfeifen und die verbleibenden Zellen mit einem Zellschaber ernten. Sammeln Sie die Zellen durch Zentrifugieren bei 1, 690 x g für fünf Minuten und setzen Sie sie in 200 Mikroliter PBS wieder auf. Fügen Sie fünf Mikroliter FC-Blocker hinzu, um die unspezifische Bindung zu blockieren, und fügen Sie dann die Antikörper hinzu.Inkubieren Sie die Zellen bei Raumtemperatur für 30 Minuten. Fügen Sie den inkubierten Zellen einen Milliliter PBS hinzu und zentrifugieren Sie sie 10 Minuten lang bei 300 x g. Setzen Sie das Pellet in 200 Mikroliter PBS wieder auf und fügen Sie fünf Mikroliter Propidiumjodid pro Probe hinzu.Übertragen Sie die Zellen in ein neues Fünf-Milliliter-Durchflussrohr und führen Sie die Durchflusszytometrie durch, um die Ebenen der EXPRESSION CD14, CD80, CD86, CD163, CD206 und CD209 auszuwerten. Der Phänotyp und die Reinheit von CB-SCs wurden durch Durchflusszytometrie mit CB-SC-assoziierten Markern untersucht. Die Analyse zeigte hohe Konzentrationen von CD45, OCT3/4, SOX2, CD270 und Galectin 9 Expression, aber es wurde keine Expression von CD34 beobachtet.Die Durchflusszytometrie-Analyse bestätigt auch die Expression von exomspezifischen Markern, CD9, CD 81 und CD63 auf CB-SC-abgeleiteten Exosomen. Die Größenmorphologie der Exosomen wurde durch TEM charakterisiert und die Größenverteilung wurde durch DLS bestimmt. Western Blot beweisen weiter die Expression der Exom-assoziierten Marker Alix ohne Expression des ER-assoziierten Markers, Calnexin.Die direkte Wechselwirkung von Dio-labeled CB-SC-Exo mit PBMC wurde mittels Fluoreszenzmikroskopie beobachtet. Um besser zu definieren, welche Zellpopulation mit dem Zifferblatt CB-SC-Exo interagierte, wurden verschiedene Zellkompartimente mit zellspezifischen Markern wie CD3 für T-Zellen, CD11C für myeloische dendritische Zellen, CD14 für Monozyten, CD19 für B-Zellen und CD56 für NK-Zellen abgegrenzt. Monozyten wurden in erster Linie von den CB-SC-abgeleiteten Exosomen ins Visier genommen, da sie höhere mediane Fluoreszenzintensitäten aufwiesen als andere Immunzellen.Die exosomebehandelten Monozyten differenzierten sich erfolgreich in spindelartige Morphologien. Nach der Behandlung mit CB-SC-abgeleiteten Exosomen gab es eine Upregulation in der Anzahl der M2-assoziierten Marker, wie CD163, CD206 und CD209. Der phänotypische Vergleich zwischen konventionellen M2-Makrophagen und den CB-SC-Exom-induzierten M2-Makrophagen zeigte keine signifikanten Unterschiede.Der schlüsselfertige Schritt in diesem Protokoll besteht darin, CB-SC-abgeleitete Exosomen in sechs Bohrplatten zur Monozytenderung hinzuzufügen und für drei bis vier Tage zu inkubieren, was zur Differenzierung der Zelle zu anderen Typ-2-Makrophagen mit spindelähnlicher Morphologie erforderlich war. Als nächstes werden wir die Molekülkomponenten innerhalb von CB-SC-abgeleiteten Exosomen untersuchen, die zur Induktion der Differenzierung von Monozyten in Typ-2-Makrophagen beigetragen haben.

Research

JoVE Journal

Immunology and Infection

Differentiation of Monocytes into Phenotypically Distinct Macrophages After Treatment with Human Cord Blood Stem Cell (CB-SC)-Derived Exosomes

Expanding Cytotoxic T Lymphocytes from Umbilical Cord Blood that Target Cytomegalovirus, Epstein-Barr Virus, and Adenovirus

Ausbau zytotoxische T-Lymphozyten aus Nabelschnurblut, dass Target Cytomegalovirus, Epstein-Barr-Virus und Adenovirus

Virus infections after stem cell transplantation are among the most common causes of death, especially after cord blood (CB) transplantation (CBT) where ...

Forschung

Immunologie und Infektion

Clinical Application of Sleeping Beauty and Artificial Antigen Presenting Cells to Genetically Modify T Cells from Peripheral and Umbilical Cord Blood

Clinical Application of Sleeping Beauty and Artificial Antigen Presenting Cells to Genetically Modify T Cells from Peripheral and Umbilical Cord Blood

Klinische Anwendung der<em&gt; Dornröschen</em&gt; Und künstliche Antigen präsentierenden Zellen genetisch zu verändern T Zellen aus dem peripheren und Nabelschnurblut

The potency of clinical-grade T cells can be improved by combining gene therapy with immunotherapy to engineer  a biologic product with the potential for ...

Isolation of Precursor B-cell Subsets from Umbilical Cord Blood

Isolierung von Precursor B-Zell-Subsets aus Nabelschnurblut

Umbilical cord blood is highly enriched for hematopoietic progenitor cells at different lineage commitment stages. We have developed a protocol for ...

Isolation of Human Monocytes by Double Gradient Centrifugation and Their Differentiation to Macrophages in Teflon-coated Cell Culture Bags

Isolierung humaner Monozyten durch Doppel-Zentrifugation und ihre Differenzierung zu Makrophagen in Teflon-beschichteten Zellkultur-Taschen

Human macrophages are involved in a plethora of pathologic processes ranging from infectious diseases to cancer. Thus they pose a valuable tool to ...

Culture of Macrophage Colony-stimulating Factor Differentiated Human Monocyte-derived Macrophages

Kultur von M-CSF Differentiated Menschliche Monozyten abgeleiteten Makrophagen

A protocol is presented for cell culture of macrophage colony-stimulating factor (M-CSF) differentiated human monocyte-derived macrophages. For initiation ...

Dextran Enhances the Lentiviral Transduction Efficiency of Murine and Human Primary NK Cells

Dextran erhöht die Effizienz der Lentivirale Transduktion von murinen und menschliche primäre NK-Zellen

The efficient transduction of specific genes into natural killer (NK) cells has been a major challenge. Successful transductions are critical to defining ...

Analysis of Lymphocyte Extravasation Using an In Vitro Model of the Human Blood-brain Barrier

Analysis of Lymphocyte Extravasation Using an In Vitro Model of the Human Blood-brain Barrier

Analyse von Lymphozyten-Extravasation einer Verwendung<em&gt; In Vitro</em&gt; Modell des Barrier Menschliches Blut-Hirn

Lymphocyte extravasation into the central nervous system (CNS) is critical for immune surveillance. Disease-related alterations of lymphocyte ...

Megakaryocyte Differentiation and Platelet Formation from Human Cord Blood-derived CD34+ Cells

Megakaryocyte Differentiation and Platelet Formation from Human Cord Blood-derived CD34+ Cells

Megakaryocyte Differenzierung und Thrombozyten-Formation von Human Cord Blood abgeleitet CD34 Zellen+

Platelet production occurs principally in the bone marrow in a process known as thrombopoiesis. During thrombopoiesis, hematopoietic progenitor cells ...

Induced Differentiation of M Cell-like Cells in Human Stem Cell-derived Ileal Enteroid Monolayers

Induzierte Differenzierung von M-Zell-ähnlichen Zellen in menschlichen Stammzell-abgeleiteten Ileal Enteroid Monolayern

M (microfold) cells of the intestine function to transport antigen from the apical lumen to the underlying Peyer&#8217;s patches and lamina propria where ...

Isolation, Transfection, and Culture of Primary Human Monocytes

Isolation, Transfektion und Kultur der primären menschlichen Monozyten

Human immunodeficiency virus (HIV) remains a major health concern despite the introduction of combined antiretroviral therapy (cART) in the mid-1990s. ...