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Die Isolierung von BAMBI-hohenMFGE8-hohen MSCs, einer der drei Hauptuntergruppen der heterogenen humanen UC-MSCs, ist hilfreich, um die Eigenschaften und Funktionen dieses Subtyps für seine zukünftige Anwendung zur Verbesserung der klinischen Wirksamkeit bei bestimmten Erkrankungen vollständig zu verstehen. Hier stellen wir eine Methode zur Sortierung von BAMBIhochMFGE8hoch UC-MSCs vor.
Aus der Nabelschnur gewonnene mesenchymale Stroma-/Stammzellen (UC-MSCs) weisen eine geringe Immunogenität und starke immunmodulatorische Wirkungen bei der Behandlung verschiedener Krankheiten auf. Humane UC-MSCs sind eine heterogene Population, die aus drei Hauptsubpopulationen mit unterschiedlichen Zellformen, Proliferationsraten, Differenzierungsfähigkeiten und immunregulatorischen Funktionen besteht. Zuvor wurde festgestellt, dassBAMBI-hoheMFGE8-hohe UC-MSCs, die erste Untergruppe, die erfolgreich aus UC-MSCs isoliert wurde, die Lupusnephritis nicht lindern konnte. Daher ist die Funktion und der zugrundeliegende Mechanismus dieser Untergruppe in der MSC-Therapie bei Krankheiten unbekannt. Es ist notwendig, BAMBI-hoheMFGE8-hohe UC-MSCs in Bezug auf ihren Phänotyp, ihren Metabolismus und ihre Funktion zu isolieren und weiter zu untersuchen, um die Natur dieser MSC-Untergruppe vollständig zu verstehen. In diesem Protokoll beschreiben wir eine detaillierte Methode zur Isolierungder BAMBI-High-MFGE8-High-Subpopulation aus humanen UC-MSCs. Die Subpopulation der UC-MSCs wird durch durchflusszytometrische Sortierung mit zwei Oberflächenmarkern, BAMBI und MFGE8, markiert. Die isolierten Zellen werden kultiviert und durch Durchflusszytometrie verifiziert. Die spezifischen Gene, die in denBAMBI-hohenMFGE8-hohen UC-MSCs exprimiert werden, werden mittels RT-qPCR identifiziert. Dieses Protokoll führt zu einer hocheffizienten und reinen Zellsortierung und beschreibt die Markerprofile der BAMBIhighMFGE8high UC-MSCs.
Humane mesenchymale Stroma-/Stammzellen (MSCs) sind somatische Vorläuferzellen, die in der Lage sind, sich in Osteozyten, Adipozyten, Chondrozyten und andere Zelltypen zu differenzieren1. MSCs wurden zuerst aus dem Knochenmark isoliert und stammen weitgehend aus der Nabelschnur, dem Fettgewebe und anderen Geweben2. Da UC-MSCs leicht zu beschaffen sind und eine geringe Immunogenität und immunsuppressive Wirkung aufweisen, werden sie in klinischen Studien häufig zur Behandlung verschiedener Krankheiten eingesetzt 3,4,5. Obwohl die MSC-Therapie ein vielversprechendes Potenzial für die Behandlung von Krankheiten zeigt, sind die therapeutischen Wirkungen bei den Individuen uneinheitlich6. Der Grund für die Instabilität der MSC-Therapie ist jedoch noch unklar.
Molekulare Fluktuationen, Morphologie, Differenzierungsfähigkeit und therapeutische Funktion bilden die Heterogenität der MSC. Einige Studien haben auch postuliert, dass MSCs Subpopulationen mit unterschiedlichen Funktionen darstellen 7,8 und die MSC-Heterogenität mittels Einzelzell-RNA-Sequenzierung (scRNA-seq) untersucht9,10. Die Ergebnisse zeigten, dass humane UC-MSCs unterschiedliche Subpopulationen mit spezifischen transkriptomischen Merkmalen aufweisen, während es nur wenigen Studien gelungen ist, sogenannte MSC-Subpopulationen zu isolieren. Zuvor haben wir humane UC-MSCs anhand ihrer Signaturen mittels scRNA-seq und bioinformatischer Analyse in drei Untergruppen zerlegt, wobei die BAMBI-Subpopulationmit hohemMFGE8-hohem UC-MSC-Gehalt weiter gereinigt und funktionell getestet wurde11. Diese Untergruppe konnte die Lupusnephritis jedoch nicht lindern. Daher ist es notwendig, die therapeutische Wirkung von BAMBIhochMFGE8hoch MSCs bei anderen Erkrankungen zu testen, um ihre authentischen Funktionen zu verstehen.
Dieses Protokoll beschreibt Methoden zur Isolierungder BAMBI highMFGE8 high Subgruppe aus humanen UC-MSCs mittels fluoreszenzaktivierter Zellsortierung (FACS) mittels Durchflusszytometrie und die Eigenschaftender BAMBI highMFGE8 high Subgruppe.
Diese Studie wurde in Übereinstimmung mit den Grundsätzen der Deklaration von Helsinki von 1989 durchgeführt und von der Ethikkommission des Affiliated Drum Tower Hospital der Nanjing University Medical School genehmigt (Zulassungsnummer: 202019701). Menschliche Nabelschnüre wurden von gesunden Müttern am Affiliated Drum Tower Hospital der Nanjing University Medical School nach natürlichen Wehen gewonnen, die ihre informierte Zustimmung zu ihrer Verwendung in dieser Arbeit gaben. Primäre UC-MSCs wurden, wie bereits berichtet, aus humanen Nabelschnüren isoliert11.
1. UC-MSC-Kultur und Identifizierung vor der Isolierung
2. Isolierung von BAMBI-hohen MFGE8-hohen UC-MSCs durch Durchflusszytometrie
3. Charakterisierungder BAMBI high MFGE8 high MSCs
Abbildung 1 zeigt die Expressionsprofile der Zelloberflächenmarker von humanen UC-MSCs. Kultivierte MSCs waren stark positiv für die CD44-, CD73-, CD90- und CD105-Expression und negativ für die CD14-, CD34-, CD45-, CD79- und HLA-DR-Expression. Die BAMBI-hohen MFGE8-hohen MSCs wurden aus kultivierten humanen UC-MSCs sortiert und ihre BAMBI- und MFGE8-Expression wurde nach einer Expansion über 3-4 Passagen mittels Durchflusszytometrie erneut analysiert (Abbildung 2). Dabei schwankte die Häufigkeit von BAMBI-hohenMFGE8-MSCs je nach Donator- und Dissoziationsmethode (Abbildung 3 und Abbildung 4). Abbildung 5 zeigt eine Reihe von hochexprimierten Signaturgenen inden BAMBI-hohen MFGE8-hohen MSCs im Vergleich zu den unsortierten MSCs, die mittels RT-qPCR bestimmt wurden.
Abbildung 1: Immunphänotypisierung von UC-MSCs, die durch durchflusszytometrische Analyse identifiziert wurden. UC-MSCs sind positiv für CD44, CD73, CD90 und CD105 und negativ für CD14, CD34, CD45, CD79 und HLA-DR. Das schwarze Histogramm stellt die Kontrolle des Antikörper-Isotyps dar, und das rote Histogramm stellt das Antikörpersignal dar. Abkürzungen: UC-MSCs = aus der Nabelschnur gewonnene mesenchymale Stroma-/Stammzellen; HLA-DR = humanes Leukozyten-Antigen-DR. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 2: Reinheit von BAMBI-hohen MFGE8-hohen MSCs nach Sortierung durch durchflusszytometrische Analyse. Dargestellt sind die Ergebnisse der durchflusszytometrischen Analyse von UC-MSCs ohne Antikörperfärbung (oben links) und mit MFGE8- und BAMBI-Färbung vor (oben Mitte) und nach der Zellsortierung (oben rechts). Die Ergebnisse der einzelnen MFGE8- (unten links) und BAMBI-Färbung (unten rechts) sind ebenfalls dargestellt. Abkürzungen: BAMBI = bone morphogenic protein and activin membrane-bound inhibitor; MFGE8 = Milchfettkügelchen epidermaler Wachstumsfaktor 8; MSCs = mesenchymale Stroma-/Stammzellen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 3: Unterschiedliche Häufigkeiten von BAMBIhochMFGE8hoch MSCs, die mit unterschiedlichen Methoden dissoziiert wurden. Die Ergebnisse der durchflusszytometrischen Analyse von UC-MSCs desselben Spenders, die einer Trypsin-EDTA-Dissoziation (links), einer EDTA-Behandlung (Mitte) und einem Reagenz für die Trypsin-freie Zelldissoziation (rechts) unterzogen wurden, sind dargestellt. Abkürzungen: BAMBI = bone morphogenic protein and activin membrane-bound inhibitor; MFGE8 = Milchfettkügelchen epidermaler Wachstumsfaktor 8; MSCs = mesenchymale Stroma-/Stammzellen; TE = Trypsin-EDTA. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 4: Die Häufigkeit von BAMBI-hohen MFGE8-hohen MSCs von verschiedenen Spendern. Die Häufigkeitenvon BAMBI-hohen MFGE8-hohen MSCs variieren zwischen den Spenderproben 1 (links), 2 (Mitte) und 3 (rechts). Abkürzungen: BAMBI = bone morphogenic protein and activin membrane-bound inhibitor; MFGE8 = Milchfettkügelchen epidermaler Wachstumsfaktor 8; MSCs = mesenchymale Stroma-/Stammzellen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 5: Hochexprimierte Signaturgene in den BAMBI-hohen MFGE8-hohen MSCs, die mittels RT-qPCR untersucht wurden. Abkürzungen: BAMBI = bone morphogenic protein and activin membrane-bound inhibitor; MFGE8 = Milchfettkügelchen epidermaler Wachstumsfaktor 8; MSCs = mesenchymale Stroma-/Stammzellen; RT-qPCR = Reverse-Transkription-quantitative Polymerase-Kettenreaktion. Der t-Test des Schülers. *, S<0.05. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Fibel | Sequenz vorwärts (5'-3') | Sequenz rückwärts (5'-3') |
BAMBI | CGCCACTCCAGCTACATCTT | CAGTGGGCAGCATCACAGTA |
COL1A1 | CAAAGAAGGCGGCAAAGGTC | CACGCTGTCCAGCAATACCT |
COL3A1 | CCTTCGACTTCTCTCCAGCC | TTTCGTGCAACCATCCTCCA |
DCN | GGCTGGACCGTTTCAACAGA | GATGGCATTGACAGCGGAAG |
NEAT1 | CACAGGCAGGGGAAATGTCT | TGCTGCGTATGCAAGTCTGA |
FTH1 | AGCTCTACGCCTCCTACGTT | CCTGAAGGAAGATTCGGCCA |
IGFBP3 | GCCAGCGCTACAAAGTTGAC | ATGTGTACACCCCTGGGACT |
IGFBP5 | TCCCCACGTGTGTTCATCTG | AAATGGGATGGACTGAGGCG |
MALAT1 | TGGGGGAGTTTCGTACTGAG | TCTCCAGGACTTGGCAGTCT |
MEST | TGGGAGCTCTTGCCTCTGTA | AGAATCGACACTGTGGACCG |
MFGE8 | TGTCTTCCCCTCGTACACCT | AGAAGGTCACACGCACAGAC |
SERPINE2 | GTCCTCGTCAACGCAGTGTA | GTCCTCGTCAACGCAGTGTA |
NUPR1 | CCTTCCCACCAGCAACCAG | GGTAGGAATGGGCCAGGCTA |
GAPDH | TCAGTGGTGGACCTGACCTGACCTG | TGCTGTAGCCAAATTCGTTG |
Tabelle 1: Sequenzen der DNA-Primer, die in diesem Protokoll verwendet werden.
Dieses Protokoll beschreibt, wie die BAMBI-Subpopulationmit hohemMFGE8-Gehalt aus humanen UC-MSCs isoliert und angereichert werden kann. Die Methode ist wichtig für die weitere Untersuchung der Morphologie, des Wachstums und der Funktion dieser MSC-Untergruppe. Einige Schritte sind entscheidend für die erfolgreiche Isolierung und hohe Ausbeute von BAMBI-Zellenmit hohemMFGE8-Gehalt.
Erstens, der kritischste technische Aspekt, der zu berücksichtigen ist, ist die Verwendung einer geeigneten Zelldissoziationslösung in dem vorliegenden Protokoll. Obwohl herkömmliches 0,25%iges Trypsin-EDTA zur Dissoziation von MSCs für die Passage verwendet wird, ist es besser, eine enzymfreie EDTA-Lösung für die Sortierung der Untergruppe BAMBImit hohemMFGE8-hohen MFGE8-Gehalt zuverwenden, da die Trypsinbehandlung die Ausbeutean BAMBI-hohen MFGE8-hohen MSCs beim Sortieren reduziert (Abbildung 3). Ein möglicher Grund könnte sein, dass Trypsin die Verteilung der Transmembranproteine MFGE8 und BAMBI auf der Zelloberfläche beeinflusst, wie es bei anderen Proteinen12 der Fall ist. Im Gegensatz dazu hat die Verwendung von EDTA-Lösung nur einen geringen Einfluss auf die Zelloberflächenexpression von MFGE8 und BAMBI. Zweitens beschreibt das Zellsortierprotokoll die Parametereinstellungen für die Auswahl der BAMBIhighMFGE8high MSCs. Es ist notwendig, eine Blindprobe und einzelne Antikörper-markierte Proben zu etablieren, um die exaktenBAMBI highMFGE8 high MSCs für die FACS-Sortierung genau zu bestimmen.
Im Gegensatz zur Trypsinisierung wird die Ablösung von humanen UC-MSCs durch EDTA für die Sortierungder BAMBI highMFGE8 high MSCs in diesem Protokoll empfohlen. Andere Modifikationen, die milde Zelldissoziationsmethoden beinhalten, wie z. B. Dispase und Tryple E13,14, können jedoch auch für die Erntevon BAMBI-hohen MFGE8-hohen MSCs anwendbar sein, müssen jedoch überprüft werden. Insbesondere sollte eine langfristige Dissoziation von UC-MSCs vermieden werden, da eine übermäßige Dissoziation dazu neigt, die Lebensfähigkeit der Zellen zu verringern. Darüber hinaus können ROCK-Inhibitoren (z. B. Y-27632 bei 10 μM), die die Zellapoptose15 verhindern, dem Zellkulturmedium zugesetzt werden, um das Überleben von sortierten BAMBI-hohen MFGE8-hohen MSCs zu erhöhen, indem ihr Apoptosegrad verringert wird. Darüber hinaus wird empfohlen, die Reinheit von BAMBI-MSCsmit hohemMFGE8-Gehalt bei regelmäßiger Expansion nach der Sortierung neu zu bewerten, um sicherzustellen, dass sie ihre primäre Identität behalten, insbesondere bevor weitere funktionelle Assay-Tests durchgeführt werden.
Obwohl es keine Korrelation zwischen dem BAMBIhighMFGE8high MSC Verhältnis und dem Geschlecht gab, wurden die Verhältnisse von BAMBIhighMFGE8high UC-MSCs von verschiedenen Spendern erworben (Abbildung 4). Insbesondere kann der Anteil der Subpopulation mitBAMBI-hoherMFGE8-hoher Präpopulation je nach verschiedenen Passagen oder Kulturbedingungen variieren. Wenn der Anteil derBAMBI-Zellen mit hohemMFGE8-Gehalt in der UC-MSC-Population extrem gering ist, ist das derzeitige Protokoll nicht gut anwendbar. Zu den weiteren Einschränkungen dieses Protokolls gehören relativ schwere Zellschäden, die durch die FACS-Sortiermethode verursacht werden und nach der Zellsortierung leicht zum Zelltod eines Teilsder BAMBI-hohen MFGE8-MSCs führen. Darüber hinaus nehmen die derzeitigen zweistufigen Methoden der primären und sekundären Antikörpersortierung mehr Zeit in Anspruch und sind weniger effizient für die Zellsortierung. Zukünftige Anwendungen von BAMBI- und MFGE8-Antikörpern, die direkt mit Fluoreszenz konjugiert sind, sind vorzuziehen, um die Sortiereffizienzvon BAMBI-hohen MFGE8-hohen MSCs zu erhöhen.
Die Isolierung jeder Subpopulation gemischter MSCs ist unerlässlich, um ihre authentischen Funktionen und zugrunde liegenden Mechanismen bei der Behandlung von Krankheiten aufzudecken. Daher bietet die vorliegende Methode ein grundlegendes und wichtiges Werkzeug für die Bündelung und weitere Untersuchungvon BAMBI-hohen MFGE8-hohen UC-MSCs, um deren Natur vollständig zu verstehen. Die zukünftige Optimierung der BAMBI-Hoch-MFGE8-Zellkulturbedingungen wird eine große Anzahl dieser Zellen in der Industrie für die Stammzelltherapie für bestimmte Patienten in der Klinik produzieren.
Die Autoren erklären, dass sie keine Interessenkonflikte haben.
Diese Arbeit wurde von der National Natural Science Foundation of China (Grant Nr. 82271843) unterstützt.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.6 mL microcentrifuge tube | Corning | Axygen MCT-060-A | |
1.5 mL microcentrifuge tubes | Beijing Labgic Technology | MCT-001-150 | |
100 mm cell culture dish | Beijing Labgic Technology | 12311 | |
12 well plate | Beijing Labgic Technology | 11210 | |
15 mL centrifuge tube | Nanjing Vazyme Material Technology | TCF00115 | |
24 well plate | Beijing Labgic Technology | 11310 | |
50 mL centrifuge tube | Nanjing Vazyme Material Technology | TCF00150 | |
5 mL Round-Bottom Tubes | Corning | FALCON 352003 | |
70 μm cell strainer | Falcon | 352350 | Dilution: 1:1000 |
APC anti-human CD79a (Igα) Antibody | BioLegend | 333505 | 581 Dilution: 1:200 |
APC/Cyanine7 anti-human CD73 (Ecto-5'-nucleotidase) Antibody | BioLegend | 344022 | G46-6 Dilution: 1:200 |
APC-Cy7 Mouse IgG1, κ Isotype Control | BD Bioscience | 557873 | MOPC-31C (Isotype Control) Dilution: 1:200 |
BAMBI antibody | Bioss | bs-12418R | |
Brilliant Violet 510 anti-mouse/human CD44 Antibody | BioLegend | 103044 | 5E10 Dilution: 1:200 |
Brilliant Violet 510 Rat IgG2b, κ Isotype Ctrl Antibody | BioLegend | 400646 | MOPC-21 (Isotype Control) Dilution: 1:200 |
CD105 (Endoglin) Monoclonal Antibody APC | eBioscience | 17-1057-42 | HM47 Dilution: 1:200 |
Cell Counting Chamber Slides | Shanghai QIUJING | XB-K-25 | |
Centrifuge | Beijing BAIYANG | BY-320C | |
ChamQ Universal SYBR qPCR Master Mix | Vazyme | Q711-02 | |
Chloroform | XILONG Scientific | 13700908 | |
DMEM/F-12 (1:1) basic (1x) | Gibco | C11330500BT | |
EDTA (0.5 M), pH 8.0, Rnase free | Invitrogen | AM9260G | Dilution: 1:1000 |
Ethanol | XILONG Scientific | 12803405 | |
Fetal Bovine Serum (FBS) | Gibco | 10099-141C | |
FITC Mouse Anti-Human CD34 | BD Bioscience | 555821 | IM7 Dilution: 1:200 |
FITC Mouse Anti-Human CD45 | BD Bioscience | 555482 | AD2 Dilution: 1:200 |
FITC Mouse Anti-Human HLA-DR | BD Bioscience | 555811 | SN6 Dilution: 1:200 |
Flow Cytometer | BD Bioscience | FACSAria™ III Cell SorterAria | |
Flowjo | BD Bioscience | V10 | |
Gentle Cell Dissociation Reagent | STEMCELL Technologies | 100-0485 | |
Goat Anti-Mouse IgG H&L (Alexa Fluor 488) | abcam | ab150113 | HI30 Dilution: 1:200 |
Goat Anti-Rabbit IgG H&L (AlexaFluor 594) | abcam | ab150080 | Dilution: 1:1000 |
HiScript II Q RT SuperMix for qPCR (+gDNA wiper) | Vazyme | R223-01 | |
Inverted Microscopes | Nikon | ECLIPSE Ts2 | |
Isopropyl Alcohol | XILONG Scientific | 12802505 | |
MFGE8 antibody | Biorbyt | orb388429 | Dilution: 1:100 |
Microcentrifuge | Thermo Fisher Scientific | FRESCO 21 | |
Mouse IgG1 kappa Isotype Control APC | eBioscience | 17-4714-42 | P3.6.2.8.1 (Isotype Control) Dilution: 1:200 |
Mouse IgG1 kappa Isotype Control FITC | eBioscience | 11-4714-42 | eBMG2b (Isotype Control) Dilution: 1:200 |
Mouse IgG2b kappa Isotype Control FITC | eBioscience | 11-4732-42 | RTK4530 (Isotype Control) Dilution: 1:200 |
PBS (10x) | Sangon Biotech (Shanghai) | E607016-0500 | |
PE-Cy5 Mouse Anti-Human CD90 | BD Bioscience | 555597 | P3.6.2.8.1 (Isotype Control) Dilution: 1:200 |
PE-Cy5 Mouse IgG1 κ Isotype Control | BD Bioscience | 550618 | |
Penicillin-Streptomycin 100x | Cytiva | SV30010 | Dilution: 1:100 |
Real-Time PCR System | Applied Biosystems byThermo Fisher Scientific | Q6 | |
RNase-free water | QIAGEN | 129112 | |
Spectrophotometer | Thermo Fisher Scientific | NanoDrop One(840-317400) | |
Sterile micropipette tips | Beijing Labgic Technology | Dilution: 1:100 | |
T75 cell culture flask | Beijing Labgic Technology | 13212A | |
Thermal Cycler | Applied Biosystems byThermo Fisher Scientific | Veriti | |
Tri reagent | Sigma Aldrich | T9424 | |
Typsin-EDTA Solution | Bio-Channel Biotechnology | BC-CE-005 | |
Water-Jacketed CO2 Incubator | Thermo Fisher Scientific | 3111 |
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