细胞实验证实间充质干细胞来源的细胞外囊泡促进人类软骨再生
栏目:最新研究动态 发布时间:2018-04-10
间充质干细胞具有强大的增殖能力和多向分化潜能,在适宜的体内或体外环境下不仅可以分化为造血细胞,还可以分化为成骨细胞、软骨细胞......

细胞实验证实间充质干细胞来源的细胞外囊泡促进人类软骨再生
Mesenchymal Stromal/stem Cell-derived Extracellular Vesicles Promote Human Cartilage Regeneration In Vitro.
间充质干细胞具有强大的增殖能力和多向分化潜能,在适宜的体内或体外环境下不仅可以分化为造血细胞,还可以分化为成骨细胞、软骨细胞、基质细胞等。此外,间充质干细胞获取方便,易于分离、培养、扩增和纯化,多次传代扩增后仍具有干细胞特性,不存在免疫排斥特性。以上特点使得间充质干细胞被广泛应用于人类组织器官衰老和损伤的修复。骨关节炎(OA)是一种风湿性疾病,能够导致慢性疼痛和残疾,目前没有十分有效的治疗方法。近年来,间充质干细胞来源的细胞外囊泡在各种生理和病理情况下的功能作用逐渐受到关注。近期发表在Theranostics(IF=8.77)上的文章《Mesenchymal Stromal/stem Cell-derived Extracellular Vesicles Promote Human Cartilage Regeneration In Vitro》通过体外实验证实了间充质干细胞来源的细胞外囊泡对人软骨再生的促进作用,并一定程度上揭示了其作用机制。作者研究了人类骨髓来源的MSC(BMMSC)分泌的细胞外囊泡(EV)在人OA软骨修复中的作用。为了检测BMMSC-EVs对OA软骨炎症的作用,作者使用BMMSC-EV处理TNF-α刺激的OA软骨细胞单层培养物,48小时后通过qRT-PCR测量促炎基因表达。为了评估BMMSC-EV对软骨再生的影响,将BMMSC-EV添加到人OA软骨细胞的再生培养物中,4周后对糖胺聚糖含量进行分析。此外,对再生组织的石蜡切片进行蛋白聚糖和II型胶原染色。研究结果表明,BMMSC来源EV能够抑制炎症介质对软骨稳态的不利影响。当与OA软骨细胞共培养时,BMMSC-EV消除了TNF-α介导的COX2和促炎白细胞介素的上调并抑制TNF-α诱导的胶原酶活性。BMMSC-EVs还促进体外软骨再生。将BMMSC-EV添加到从OA患者分离的软骨细胞的培养物中刺激这些细胞产生蛋白聚糖和II型胶原。以上结果表明BMMSC-EV可以是软骨修复的重要介质,作为软骨再生和骨关节炎的新型治疗剂具有很大的前景。

技术路线
 
 

 
 
实验结果
1. 两个独立健康供体的骨髓来源的MSC分泌外泌体标记物阳性的细胞外囊泡


图1: 细胞外囊泡特征鉴定。A) Western blot结果显示CD63、CD9和钙连接蛋白表达呈阳性。B) 电镜结果显示BMMSC-EVs大小不均一,其中CD9和CD63阳性的EVs大小在40nm到150nm,与外泌体大小一致。
2. 骨关节炎软骨细胞内化BMMSC来源的EVs

图2 骨关节炎来源的软骨细胞摄取BMMSC-EVs
3. BMMSC-EV抑制骨关节炎患者软骨细胞中TNF-α诱导的炎性反应

图3:3.BMMSC-EV抑制骨关节炎患者软骨细胞中TNF-α诱导的炎性反应。A) B)6名骨关节炎患者的软骨细胞分别用BMMSC-EVs,BMMSC条件培养基(BMMSC-CM)或去除EVs的BMMSC-CM (BMMSC-EDCM)处理,qRT-PCR检测软骨细胞基因表达水平。C) 4名骨关节炎病变软骨细胞用BMMSC-EVs处理48h或/并用TNF-α处理24h后检测胶原蛋白酶活性;D) BMMSC-EV孵育拯救TNF-α抑制的OA软骨细胞的增殖。
4. BMMSC-EV在骨关节炎软骨细胞中抑制TNF-α诱导的促炎性NF-κB信号传导

图4:BMMSC-EV在骨关节炎软骨细胞中抑制TNF-α诱导的促炎性NF-κB信号传导。A) B)BMSC-EVs抑制TNF-α诱导的NF-κB p65亚基核转位;C)BMMSC-EV消除TNF-α诱导的IκBα磷酸化。
5. BMMSC-EV促进骨关节炎软骨细胞产生蛋白多糖和II型胶原

图5:BMMSC-EV促进骨关节炎软骨细胞产生蛋白多糖和II型胶原。A) B) BMMSC-EV在OA软骨细胞中上调蛋白质水平的蛋白聚糖表达。C)BMMSC-EVs上调骨关节炎软骨细胞中ACAN的表达水平。
6. BMMSC-EVs通过骨关节炎软骨细胞促进蛋白聚糖和II型胶原产生

图6:BMMSC-EVs通过骨关节炎软骨细胞促进蛋白聚糖和II型胶原产生。A) BMMSC-EVs上调骨关节炎软骨细胞collagenII蛋白表达水平; B) COLII表达在BMMSC-EVs处理的骨关节炎软骨细胞中显著升高; C) 软骨细胞再生相关的基因表达在BMMSC-EVs处理后,表达量显著升高;D) 肥大软骨细胞分化相关的基因表达在BMMSC-EVs处理后显著下调; E) BMMSC-EVs促进骨关节炎软骨细胞代谢活性; F) BMMSC-EVs促进骨关节炎软骨细胞增殖。
 
 

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