인간 중간엽 줄기세포에서 작은 세포외 소포를 분리하는 간단한 탁상형 여과 방법
Summary
이 프로토콜은 간단한 실험실 규모의 벤치탑 설정으로 인간 탯줄 유래 중간엽 줄기 세포의 작은 세포외 소포(hUC-MSC-sEV)를 분리하는 방법을 보여줍니다. 분리된 hUC-MSC-sEV의 크기 분포, 단백질 농도, sEV 마커 및 형태는 각각 나노입자 추적 분석, BCA 단백질 분석, 웨스턴 블롯 및 투과 전자 현미경으로 특성화됩니다.
Abstract
초원심분리 기반 공정은 작은 세포외 소포(sEV) 분리를 위한 일반적인 방법으로 간주됩니다. 그러나 이 분리 방법의 수율은 상대적으로 낮고 이러한 방법은 sEV 아형을 분리하는 데 비효율적입니다. 이 연구는 hUC-MSC의 조건화된 배지에서 한외여과에 의해 성공적으로 분리된 인간 탯줄 유래 MSC 작은 세포외 소포(hUC-MSC-sEV)를 분리하는 간단한 탁상형 여과 방법을 보여줍니다. 분리된 hUC-MSC-sEV의 크기 분포, 단백질 농도, 엑소좀 마커(CD9, CD81, TSG101) 및 형태는 각각 나노입자 추적 분석, BCA 단백질 분석, 웨스턴 블롯 및 투과 전자 현미경으로 특성화되었습니다. 분리된 hUC-MSC-sEV의 크기는 30-200nm였으며 입자 농도는 7.75 ×10 10 particles/mL이고 단백질 농도는 80μg/mL였습니다. 엑소좀 마커 CD9, CD81 및 TSG101에 대한 양성 밴드가 관찰되었습니다. 이 연구는 hUC-MSC-sEV가 hUC-MSC 조건 배지에서 성공적으로 분리되었음을 보여주었고, 특성화는 분리된 생성물이 세포외 소포 연구를 위한 최소 정보 2018(MISEV 2018)에서 언급한 기준을 충족함을 보여주었습니다.
Introduction
MISEV 2018에 따르면 sEV는 기능적 핵이 존재하지 않는 비복제 지질 이중층 입자로 크기가 30-200nm1입니다. MSC 유래 sEV에는 microRNA, 사이토카인 또는 단백질과 같이 조직 재생에 중요한 역할을 하는 중요한 신호 분자가 포함되어 있습니다. 그들은 점점 더 재생 의학 및 무세포 요법의 연구 “핫스팟”이 되었습니다. 많은 연구에 따르면 중간엽 줄기세포에서 추출한 sEV는 면역조절 2,3,4,5, 골형성 강화 6, 당뇨병7,8 또는 혈관 재생 9,10과 같은 다양한 질환을 치료하는 데 중간엽 줄기세포만큼 효과적이다. 초기 단계 시험이 진행됨에 따라 MSCs-EV의 임상 번역과 관련된 세 가지 주요 주요 문제, 즉 EV의 수율, EV의 순도(세포 파편 및 단백질 및 사이토카인과 같은 기타 생물학적 오염 물질이 없음), 분리 후 EV의 인지질 이중층 막의 무결성이 강조되었습니다.
sEV를 분리하기 위한 다양한 방법이 개발되었으며, sEV의 밀도, 모양, 크기 및 표면 단백질을 이용한다(11). sEV 분리에서 가장 일반적인 두 가지 방법은 초원심분리 기반 및 한외여과 기반 기술입니다.
초원심분리 기반 방법은 sEV 분리에서 표준이 되는 방법으로 간주됩니다. 일반적으로 사용되는 두 가지 유형의 초원심분리 기술은 차동 초원심분리와 밀도 구배 초원심분리입니다. 그러나 초원심분리 방법은 종종 수율이 낮고 고속 초원심분리기(100,000-200,000 × g)를 위한 고가의 장비가 필요합니다11. 또한, 초원심분리 기술만으로는 EV 아형(sEV 및 대형 EV)을 분리하는 데 비효율적이며, 그 결과 불순한 퇴적물층(11)이 생성된다. 마지막으로, 밀도 구배 초원심분리는 또한 시간이 많이 소요될 수 있으며 가속 및 감속 단계12 동안 구배 손상을 억제하기 위해 자당 완충액 추가와 같은 추가 예방 단계가 필요할 수 있습니다. 따라서, 초원심분리는 일반적으로 상대적으로 낮은 수율을 초래하고,EVs13의 상이한 집단을 구별할 수 없으며, 이는 대규모 EV 준비(11)에 대한 적용을 제한한다.
EV 격리의 두 번째 방법은 크기 여과를 기반으로 하는 한외여과를 통한 것입니다. 한외여과는 고가의 장비나 긴 처리 시간을 필요로 하지 않기 때문에 초원심분리에 비해 상대적으로 시간 및 비용 효율적이다14. 따라서, 한외여과는 앞서 언급한 두 가지 초원심분리 방법보다 더 효과적인 분리 기술인 것으로 보인다. 분리된 생성물은 기공 크기와 더 높은 수율에 기초하여 보다 구체적일 수 있다15. 그러나, 여과 과정 동안 발생하는 추가적인 힘은 EV(16)의 변형 또는 분출을 초래할 수 있다.
현재 논문은 다운스트림 분석 및 치료 목적을 위해 MSC 유래 sEV를 분리하기 위한 비용 및 시간 효율적인 벤치탑 프로토콜을 제안했습니다. 이 논문에 설명된 방법은 입자 크기 분석, 바이오마커 분석 및 전자 현미경 이미징을 포함한 다운스트림 분석을 위해 hUC-MSC에서 고수율 및 고품질 EV를 분리하기 위해 벤치탑 원심분리와 간단한 여과 방법을 결합했습니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
EV는 MSC에서 시크릿톰의 중요한 하위 집합 중 하나이며 정상 및 병리학적 과정에서 중요한 역할을 합니다. 그러나 30nm에서 200nm 사이의 크기 범위를 가진 sEV는 지난 10년 동안 무세포 치료를 위한 잠재적인 도구로 부상했습니다. MSC에서 sEV를 분리하기 위해 다양한 기술이 개발되었습니다. 그러나, 차등 초원심분리, 한외여과, 고분자 기반 침전, 면역친화성 포획 및 미세유체 기반 침전은 서로 다른 ?…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 비디오의 출판은 My CytoHealth Sdn. Bhd.
Materials
| 40% acrylamide | Nacalai Tesque | 06121-95 | Western blot |
| 95% ethanol | Nacalai Tesque | 14710-25 | Disinfectants |
| Absolute Methanol | Chemiz | 45081 | To activate PVDF membrane (Western blot) |
| Accutase | STEMCELL Technologies | 7920 | Cell dissociation enzyme |
| ammonium persulfate | Chemiz | 14475 | catalyse the gel polymerisation (Gel electrophoresis |
| anti-CD 81 (B-11) | Santa Cruz Biotechnology | sc-166029 | Antibody for sEVs marker |
| anti-TSG 101 (C-2) | Santa Cruz Biotechnology | sc-7964 | Antibody for sEVs marker |
| Bovine serum albumin | Nacalai Tesque | 00653-31 | PVDF membrane blocking |
| bromophenol blue | Nacalai Tesque | 05808-61 | electrophoretic color marker |
| Centricon Plus-70 (100 kDa NMWL) | Millipore | UFC710008 | sEVs isolation |
| ChemiLumi One L | Nacalai Tesque | 7880 | chemiluminescence detection reagent |
| CryoStor Freezing Media | Sigma-Aldrich | C3124-100ML | Cell cryopreserve |
| Dulbecco’s modified Eagle’s medium | Nacalai Tesque | 08458-45 | Cell culture media |
| ExcelBand Enhanced 3-color High Range Protein Marker | SMOBIO | PM2610 | Protein molecular weight markers |
| Extra thick blotting paper | ATTO | buffer reservior (Western blot) | |
| Glycerol | Merck | G5516 | Chemicals for western blot |
| Glycine | 1st Base | BIO-2085-500g | Chemicals for buffer (Western Blot) |
| horseradish peroxidase-conjugated mouse IgG kappa binding protein (m-IgGκBP-HRP) | Santa Cruz Biotechnology | sc-516102 | Secondary antibody (Western Blot) |
| Human Wharton’s Jelly derived Mesenchymal Stem Cells (MSCs) | Centre for Tissue Engineering and Regenerative Medicine, Faculty of Medicine, The National University Malaysia | ||
| mouse antibodies anti-CD 9 (C-4) | Santa Cruz Biotechnology | sc-13118 | Antibody for sEVs marker |
| Nanosight NS300 equipped with a CMOS camera, a 20 × objective lens, a blue laser module (488 nm), and NTA software v3.2 | Malvern Panalytical, UK | ||
| paraformaldehyde | Nacalai Tesque | 02890-45 | Sample Fixation during TEM |
| penicillin–streptomycin | Nacalai Tesque | 26253-84 | Antibiotic for media |
| phenylmethylsulfonyl fluoride | Nacalai Tesque | 27327-81 | Inhibit proteases in the sEVs samples after adding lysis buffer |
| phosphate-buffered saline | Gibco | 10010023 | Washing, sample dilution |
| polyvinylidene fluoride (PVDF) membrane with 0.45 mm pore size |
ATTO | To hold protein during protein transfer (Western blot) | |
| protease inhibitor cocktail | Nacalai Tesque | 25955-11 | Inhibit proteases in the sEVs samples after adding lysis buffer |
| Protein Assay Bicinchoninate Kit | Nacalai Tesque | 06385-00 | Protein measurement |
| sample buffer solution with 2-ME | Nacalai Tesque | 30566-22 | Reducing agent for western blot |
| sodium chloride | Nacalai Tesque | 15266-64 | Chemicals for western blot |
| sodium dodecyl sulfate | Nacalai Tesque | 31606-62 | ionic surfactant during gel electrophoresis |
| Tecnai G2 F20 S-TWIN transmission electron microscope | FEI, USA | ||
| tetramethylethylenediamine | Nacalai Tesque | 33401-72 | chemicals to prepare gel |
| tris-base | 1st Base | BIO-1400-500g | Chemicals for buffer (Western Blot) |
| Tween 20 | GeneTex | GTX30962 | Chemicals for western blot |
| UVP (Ultra Vision Product) CCD imager | CCD imager for western blot signal detection |
Referenzen
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