CN117586955B - 一种epo刺激巨噬细胞来源外泌体的制备与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于生物医药技术领域,提供了一种EPO刺激巨噬细胞来源外泌体的制备与应用,制备方法包括以下步骤:步骤1、使用EPO刺激对数期生长的M0巨噬细胞24h,随后收集细胞培养上清液;步骤2、将细胞培养上清液进行梯度离心,收集沉淀,洗涤后收集上清;步骤3、将含有外泌体的上清通过外泌体纯化柱,离心,收集滤过液体,即得EPO刺激巨噬细胞来源外泌体。该方法构建了兼具抗炎和成骨功能的外泌体,该外泌体能重新编程M1型巨噬细胞极化为M2型巨噬细胞,效果显著,实现对成骨免疫微环境稳态的调控,促进炎症环境下的骨组织再生修复。同时,该方法简便,无免疫原性问题,体内生物安全性高。
Description
技术领域
本发明属于生物医药技术领域,尤其涉及一种EPO刺激巨噬细胞来源外泌体的制备与应用。
背景技术
促红细胞生成素(EPO)是红细胞调节生长因子,可直接促进成骨功能,加速骨修复,并具有潜在的抗炎作用。然而,EPO也可以促进属于巨噬细胞谱系的RAW264.7细胞的增殖,从而增加宿主免疫反应失调的风险。越来越多的证据表明,免疫系统和骨骼系统共享许多调节分子,包括细胞因子、受体、信号分子和转录因子。巨噬细胞是先天免疫系统的主要细胞,它可以通过其强大的杀菌和吞噬作用杀死致病菌。作为宿主免疫的重要组成部分,在组织稳态、宿主防御感染和组织修复中发挥着重要作用。从促炎(M1)适当且及时地过渡到抗炎(M2)巨噬细胞对于治疗炎症性骨缺损是必不可少的。
与细胞治疗相比,外泌体具有免疫清除率低、储存时间长、无毒、更有效和更安全地传递活性物质等优点。因此,外泌体正在成为组织再生的细胞治疗的替代疗法。外泌体的生物学功能在很大程度上取决于其源细胞。许多研究表明,巨噬细胞来源的外泌体可应用于炎症性骨缺损的无细胞治疗,通过重塑免疫微环境和传递miRNAs等生物活性分子,促进骨再生。
牙周炎是一种慢性多因素炎症性疾病,以牙周组织破坏为特征,常引起牙龈炎症、外周袋形成、牙槽骨吸收、牙齿松动和移位,是成人牙齿脱落的主要原因。牙周炎的快速进展与组织炎症和宿主免疫反应的过度激活密切相关。过度的宿主免疫炎症反应导致骨组织的持续丢失,即使在治疗后也不能完全修复。改善牙周免疫微环境,同时促进牙周骨组织再生仍是一个持续的挑战。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种EPO刺激巨噬细胞来源外泌体的制备与应用,旨在解决上述背景技术中提出的问题。
本发明实施例是这样实现的,一种EPO刺激巨噬细胞来源外泌体的制备方法,包括以下步骤:
步骤1、使用EPO刺激对数期生长的M0巨噬细胞24h,随后收集细胞培养上清液;
步骤2、将步骤1得到的细胞培养上清液进行梯度离心,收集沉淀,洗涤后收集上清;
步骤3、将步骤2得到的含有外泌体的上清通过外泌体纯化柱,离心,收集滤过液体,即得EPO刺激巨噬细胞来源外泌体。
进一步的技术方案,在所述步骤1中,采用的EPO浓度为20U/ml。
进一步的技术方案,在所述步骤1中,巨噬细胞对数期生长密度控制在20万个/cm2。
进一步的技术方案,在所述步骤1中,巨噬细胞为巨噬细胞系RAW 264.7细胞。
进一步的技术方案,在所述步骤2中,细胞培养上清液的梯度离心包括以下具体步骤:
温度为4℃, 进行1000g离心10分钟,去除培养基中的碎片和死细胞,收集上清,然后通过0.22μm过滤器过滤,再次收集上清;
温度为4℃,进行100000g离心4小时,收集沉淀并用PBS重悬;
温度为4℃,进行100000g离心20分钟,洗涤沉淀,收集沉淀,即可获得EPO-exo,将EPO-exo重悬在200μL无菌无酶水中,-80℃保存备用。
本发明实施例的另一目的在于,一种EPO刺激巨噬细胞来源外泌体的应用,将所述外泌体应用于治疗炎症性骨缺损类疾病中。
本发明实施例的另一目的在于,一种治疗炎症性骨缺损的生物制剂,包括50-100μg/mL的经分离纯化的EPO刺激巨噬细胞产生的外泌体,还包括赋形剂、溶剂和其他添加组分(为常规组分选择)。
进一步的技术方案,所述外泌体在软骨损伤治疗制剂中的浓度可以为50 μg/ml、55 μg/ml、60 μg/ml、65 μg/ml、70 μg/ml、75 μg/ml、80 μg/ml、85 μg/ml、90 μg/ml、95 μg/ml或100μg/ml,也可以是上述范围内的任意数值。
作为本发明的一种优选实施例,所述赋形剂为水凝胶,所述外泌体被束缚在水凝胶的三维网络中。
进一步的技术方案,所述治疗炎症性骨缺损的生物制剂的制备方法,包括以下步骤:
步骤a、提供从EPO刺激巨噬细胞产生的外泌体;
步骤b、提供赋形剂以及其他添加组分;
步骤c、将外泌体、赋形剂以及其他添加组分在溶剂中进行混合,后进行共孵育,以得到治疗炎症性骨缺损的生物制剂。
进一步的技术方案,所述步骤c中的溶剂为磷酸缓冲盐溶液。
本发明实施例提供的一种EPO刺激巨噬细胞来源外泌体的制备与应用,制备的外泌体可参与成骨微环境的免疫调控以及促炎症下成骨再生。使用20U/ml EPO作用于对数期生长的巨噬细胞,24h后收集上清,以获得新型巨噬细胞外泌体。所述EPO刺激巨噬细胞来源外泌体恢复炎症状态下对干细胞成骨的抑制作用,另一方面这种新型外泌体可以作用于炎症状态下成骨微环境中的相关巨噬细胞,进一步重新极化M1型巨噬细胞为M2型巨噬细胞,其效果比M0型巨噬细胞外泌体更加显著,从而有效抑制炎症环境,实现对成骨免疫微环境稳态的调控,促进骨组织再生修复。同时,EPO刺激巨噬细胞来源外泌体的体内生物安全性好,可以参与细胞间的通信,调节局部免疫微环境,在牙周炎的局部注射治疗中有较好的效果,具有广阔的应用前景和临床价值。
附图说明
图1为EPO-exo的分离后表征结果图;
图2为小鼠骨髓间充质干细胞mBMSCs吞噬EPO-exo的共聚焦结果图;
图3为EPO-exo对炎症状态下mBMSCs成骨基因及蛋白表达的影响结果图;
图4为EPO-exo对炎症因子及巨噬细胞极化的影响结果图;
图5示为小鼠的牙周炎造模组和EPO-exo处理组治疗4周后牙周骨组织缺损修复的Micro-CT 三维重建影像和组织学分析图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。除非特别说明,本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。
本发明一个实施例提供的一种EPO刺激巨噬细胞来源外泌体的制备方法,包括以下步骤:
步骤1、使用EPO刺激对数期生长的M0巨噬细胞24h,随后收集细胞培养上清液;
步骤2、将步骤1得到的细胞培养上清液进行梯度离心,收集沉淀,洗涤后收集上清;
步骤3、将步骤2得到的含有外泌体的上清通过外泌体纯化柱,离心,收集滤过液体,即得EPO刺激巨噬细胞来源外泌体。
作为本发明的一种优选实施例,在所述步骤1中,采用的EPO浓度为20U/ml,且巨噬细胞对数期生长密度控制在20万个/ cm2。
本发明另一个实施例提供的一种治疗炎症性骨缺损的生物制剂,包括50-100μg /mL的经分离纯化的EPO刺激巨噬细胞产生的外泌体,还包括赋形剂、溶剂和其他添加组分(为常规组分选择)。
在本发明实施例中,EPO刺激巨噬细胞产生的外泌体(以下简称EPO-exo)是一类直径约50-200nm的小囊泡。巨噬细胞外泌体可以通过调节细胞因子和miRNA水平的方式与邻近细胞通信,以缓解炎症反应。可以抑制炎症因子的释放,如TNF-α(肿瘤坏死因子-α)和IL-6(白介素-6)等,并且能够促进巨噬细胞向M2巨噬细胞表型极化,上述的生物学功能,使得巨噬细胞外泌体能够调节免疫微环境,抑制成骨微环境的炎症。
巨噬细胞外泌体激活骨髓间充质干细胞,同时将自身与成骨相关的miRNAs传递给骨髓间充质干细胞,可能激活成骨相关的通路,如EGFR(上皮生长因子受体)/Src(非受体酪氨酸激酶)/Rhoa(小G蛋白)通路等,最终促进炎症状态下骨髓间充质干细胞向成骨方向分化,达到骨组织再生修复的效果。
作为本发明的一种优选实施例,所述外泌体在软骨损伤治疗制剂中的浓度可以为50 μg/ml、55 μg/ml、60 μg/ml、65 μg/ml、70 μg/ml、75 μg/ml、80 μg/ml、85 μg/ml、90 μg/ml、95 μg/ml或100μg/ml,也可以是上述范围内的任意数值。
作为本发明的一种优选实施例,所述赋形剂为水凝胶,所述外泌体被束缚在水凝胶的三维网络中。
在本发明实施例中,当赋形剂为水凝胶时,可以控制外泌体在炎症性骨损伤区域的扩散和转移的速度,提升对骨损伤的持续修复效果和治愈能力,有效保证缓释修复。
作为本发明的一种优选实施例,所述水凝胶包括经交联的凝胶基体聚合物和水。凝胶基体聚合物可以用水溶胀,此外具有弹性和三维网络结构,增强了对软骨损伤处的适用性。
作为本发明的一种优选实施例,所述凝胶基体聚合物选自经交联的壳聚糖和经交联的透明质酸。
本发明又一个实施例提供的一种治疗炎症性骨缺损的生物制剂的制备方法,包括以下步骤:
步骤a、提供从EPO刺激巨噬细胞产生的外泌体;
步骤b、提供赋形剂以及其他添加组分;
步骤c、将外泌体、赋形剂以及其他添加组分在溶剂中进行混合,后进行共孵育,以得到治疗炎症性骨缺损的生物制剂。
在本发明实施例中,所述步骤c中的溶剂为磷酸缓冲盐溶液。将外泌体、赋形剂以及其他添加组分在溶剂中进行混合,后进行共孵育,该制备方法不易残留有毒有害化学试剂,得到的治疗炎症性骨缺损的生物制剂生物毒性低,具有良好的生物相容性,同时不会破坏外泌体的生物活性,使外泌体和赋形剂共同作用于炎症性骨缺损区域;制备方法简单,易于生产。
以下提供若干具体实施例以验证本发明的可行性。
实施例1、EPO刺激巨噬细胞来源外泌体(以下简称EPO-exo)的分离和鉴定:
步骤1、EPO-exo的分离:用含20U/ml EPO的质量分数为10%的无外泌体血清完全培养基处理M0巨噬细胞24小时后,收集上清。
步骤2、将收集的上清使用梯度离心法分离外泌体:离心(1000 g ,10分钟,4℃)去除培养基中的碎片和死细胞,收集上清,然后通过0.22μm过滤器过滤,再次收集上清,再次进行离心(100000 g,4小时,4℃),收集沉淀并用PBS重悬,然后离心(100000g,20分钟,4℃)洗涤沉淀,收集沉淀,即可获得EPO-exo,将EPO-exo重悬在200μL无菌无酶水中,将含有外泌体的重悬液通过外泌体纯化柱,离心(3000g,10分钟,4℃),所得滤过液为纯化后的EPO刺激巨噬细胞来源外泌体,-80℃保存备用。
步骤3、对所获得的EPO-exo采用透射电子显微镜(Transmission ElectronMicroscope,TEM)、纳米颗粒跟踪分析(Nanoparticle Tracking Analysis,NTA)和蛋白印迹实验(Western Blot,WB)进行观察及鉴定。
步骤3.1、透射电子显微镜:将外泌体的悬浮液滴于铜网上,在空气中干燥。然后,用质量分数为3%的戊二醛固定样品2小时后用PBS液冲洗,再用质量分数为2%的磷钨酸负染30秒,将样品置于TEM(HITACHI,日本)下并观察外泌体的形貌和大小。
步骤3.2、纳米颗粒跟踪分析:使用纳米颗粒跟踪分析仪(Nano Sight NS500,Zetaview,英国)检测外泌体的粒径大小。首先,使用已知尺寸的颗粒(CPC1O0标准溶液)校准测量系统的NP100纳米孔,然后用PBS液清洗3次:将外泌体样品用PBS液稀释1000倍,然后加入纳米孔中进行测定。使用纳米颗粒跟踪分析仪和Control Suite V2.2软件对外泌体的粒径和浓度进行测量和分析。
结果如图1所示,其中1.A图说明了透射电镜(TEM)下外泌体的形态,1.B图为纳米粒子追踪(NTA)下外泌体的大小结果图,1.C图为Western blot检测外泌体特征性蛋白CD63、HSP70的表达结果图。如图1.A所示,EPO-exo呈现出为双层膜结构的圆盘,纳米颗粒跟踪分析仪的结果显示外泌体直径约为130纳米(见图1.B),Western blot分析显示EPO-exo表达外泌体表面标记蛋白CD63和HSP70(见图1.C)。
实施例2、小鼠骨髓间充质细胞吞噬EPO-exo:
PKH67是一种绿荧光染料,最大发射波长为567nm。它可以与其他染料一起用于多色分析。PKH67相当稳定,PKH67标记的外泌体可在染色后100天内通过显微镜或流式细胞仪进行研究,从上海宇玫博生物科技有限公司购买。
小鼠骨髓间充质干细胞(mBMSCs)根据常规方法分离培养,收集上述细胞用于后续实验。用PKH67标记EPO-exo,将标记的EPO-exo与mBMSCs共培养24小时后,进行固定,然后进行细胞骨架和细胞核染色,最后在Nikon共聚焦显微镜中进行观察。共聚焦结果显示,mBMSCs细胞中出现很强的绿色荧光信号(见图2,图2中,nucleus代表了细胞中的细胞核,EPO-exo代表了可以看到EPO-exo的荧光信号,F-actin代表/说明了mBMSCs的骨架形态,merge代表融合和合并阶段EPO-exo的被细胞吞噬的状态),表明EPO-exo能够被mBMSCs细胞吞噬。
实施例3、 EPO-exo对炎症状态下mBMSCs的成骨作用的影响:
1.EPO-exo对炎症状态下mBMSCs成骨基因表达的影响
成骨培养基:含有质量分数为10%的血清、1mol/L β甘油磷酸钠、50mg/ml Vc的α-MEM
LPS组:用含1ug/ml LPS的成骨培养基处理mBMSCs3天后,更换成骨诱导液培养mBMSCs 7天和14天,每3天换一次液;LPS/EPO-exo组:用含1ug/ml LPS的成骨培养基处理mBMSCs 3天后,更换含100μg/ml EPO-exo的成骨培养基处理mBMSCs 7天和14天,每3天换一次液。上述处理结束后,收集mBMSCs,提取mBMSCs总的RNA,随后进行RT-qPCR分析。
结果表明:LPS组中ALP、col1α1、runx2和OCN的表达明显低于阴性对照组(Control组),但是LPS/ EPO-exo组中ALP、col1α1、runx2和OCN的表达明显高于LPS组(见图3A),在7天时持平或略高于Control组,14天时LPS/ EPO-exo组中各成骨基因明显高于Control组。
以上结果表明,EPO-exo的加入能够缓解由LPS诱导的成骨相关基因表达的抑制,同时随时间增加,还能够逆转由LPS诱导的成骨相关基因表达的抑制,起到促进成骨再生修复的作用。
2.EPO-exo对炎症状态下mBMSCs成骨蛋白表达的影响
LPS组:用含1ug/ml LPS的成骨培养基处理mBMSCs3天后,更换成骨诱导液培养mBMSCs 7天,每3天换一次液;LPS/EPO-exo组:用含1ug/ml LPS的成骨培养基处理mBMSCs3天后,更换含100μg/ml EPO-exo的成骨培养基处理mBMSCs 7天,每3天换一次液。上述处理结束后,进行固定,然后对细胞内OCN蛋白进行Cy3二抗标记,随后进行细胞骨架和细胞核染色,最后在Nikon共聚焦显微镜中进行观察。
结果表明:LPS组中OCN的荧光强度表达明显低于阴性对照组(Control组),但是LPS/ EPO-exo组中OCN的表达明显高于LPS组,略高于Control组(见图3B)。nucleus代表了细胞中的细胞核,OCN代表了可以看到成骨相关蛋白OCN的红色荧光信号,F-actin代表/说明了mBMSCs的骨架形态,merge代表融合和合并阶段mBMSCs的成骨相关蛋白的表达情况。
以上结果表明,EPO-exo的加入能够减少由LPS诱导的成骨相关蛋白表达抑制,起到促进成骨再生修复的作用。
实施例4、 EPO-exo对炎症因子及巨噬细胞极化的影响:
为了研究EPO-exo对炎症因子及巨噬细胞极化的影响,进行了RT-qPCR、流式细胞术检测。
LPS组:用含1ug/ml LPS的培养基处理raw264.7,24小时后更换完全培养基再培养24小时;LPS/EPO-exo组:用含1ug/ml LPS的培养基处理raw264.7,24小时后更换含100μg/ml EPO-exo的培养基再对raw264.7进行24小时处理,上述处理结束后,收集raw264.7,提取raw264.7总的RNA,随后进行RT-qPCR分析。
结果表明:LPS组和LPS/ EPO-exo组中巨噬细胞M1分化标志物TNF-α、IL-6和IL-1β的基因表达明显高于阴性对照组(Control组),但是LPS/ EPO-exo组中TNF-α、IL-6和IL-1β的基因表达明显低于LPS组(见图4A)。而巨噬细胞M2分化标志物IL-10和Arg-1的基因表达在LPS/ EPO-exo组中明显高于LPS组。
用流式细胞仪分析LPS组和LPS/EPO-exo组处理的raw264.7,对M1表型巨噬细胞表面标志物CD86和M2表型巨噬细胞表面标志物CD206进行观察, EPO-exo抑制了LPS诱导的巨噬细胞中CD86的表达,而且提高了CD206的表达(见图4B)。
以上结果表明,EPO-exo的加入能够促进炎症诱导后的巨噬细胞由促炎M1型向抗炎M2型转变,起到抑制炎症的作用。
实施例5 、EPO-exo对小鼠牙周炎模型牙周骨组织再生修复的影响:
为了研究EPO-exo对小鼠牙周炎模型牙周骨组织再生修复的影响,建立小鼠牙周炎模型。体内分组如下:单纯缺损组(PBS组)和EPO-exo处理组。具体步骤如下(如图5.A):准备6周大的小鼠(18+1g),麻醉后,在上颌第一磨牙、第二磨牙之间单线结扎并放置5-0丝线,7天后向牙周袋内注射约2μl的PBS,对于EPO-exo处理组,向牙周袋内注射约2μl的EPO-exo(100μg/mL)。每隔7天分别注射一次,总共注射4次。4周后对小鼠进行安乐死,收集上颌骨,进行影像及组织学分析。Micro-CT及组织学切片HE染色结果显示,EPO-exo处理组的釉牙骨质界到牙槽嵴顶距离(CEJ-ABC)明显小于建模组,图5.B和图5.C为建模组(PBS组)和EPO-exo处理组(EPO-exo组)治疗4周后牙周骨缺损修复的影像及组织学分析。上述结果表明,EPO-exo能够促进小鼠牙周炎模型中牙周骨组织的再生修复。
该方法研究了EPO-exo对炎症状态下mBMSCs的生物学功能的影响,发现其能够明显的改善炎症环境抑制的mBMSCs的成骨分化。同时在抗炎和巨噬细胞极化方面,EPO-exo能够明显的起到抑制炎症和促进巨噬细胞向M2型极化的能力。同时研究了EPO-exo对炎症性骨缺损修复的影响,发现其能够促进小鼠牙周炎模型中牙周骨组织的再生修复。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种EPO刺激巨噬细胞来源外泌体的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1、使用EPO刺激对数期生长的M0巨噬细胞24h,随后收集细胞培养上清液;
步骤2、将步骤1得到的细胞培养上清液进行梯度离心,收集沉淀,洗涤后收集上清;
步骤3、将步骤2得到的含有外泌体的上清通过外泌体纯化柱,离心,收集滤过液体,即得EPO刺激巨噬细胞来源外泌体;
在所述步骤1中,采用的EPO浓度为20U/mL;
在所述步骤2中,细胞培养上清液的梯度离心包括以下具体步骤:
温度为4℃, 进行1000g离心10分钟,去除培养基中的碎片和死细胞,收集上清,然后通过0.22μm过滤器过滤,再次收集上清;
温度为4℃,进行100000g离心4小时,收集沉淀并用PBS重悬;
温度为4℃,进行100000g离心20分钟,洗涤沉淀,收集沉淀,即可获得EPO-exo,将EPO-exo重悬在200μL无菌无酶水中,-80℃保存备用;
在所述步骤1中,巨噬细胞对数期生长密度控制在20万个/ cm2;
在所述步骤1中,巨噬细胞为巨噬细胞系RAW 264.7细胞。
2.一种EPO刺激巨噬细胞来源外泌体的应用,基于上述权利要求1所述的EPO刺激巨噬细胞来源外泌体的制备方法所制备的外泌体,其特征在于,将所述外泌体应用于治疗炎症性骨缺损类疾病中。
3. 一种治疗炎症性骨缺损的生物制剂,基于上述权利要求1和2任一项所述的EPO刺激巨噬细胞来源外泌体的制备方法所制备的外泌体,其特征在于,包括50-100μg /ml的外泌体,还包括溶剂和赋形剂。
4.根据权利要求3所述的治疗炎症性骨缺损的生物制剂,其特征在于,所述外泌体在软骨损伤治疗制剂中的浓度为50 μg/ml至100 μg/ml范围内的任意数值。
5.根据权利要求3所述的治疗炎症性骨缺损的生物制剂,其特征在于,所述赋形剂为水凝胶,所述外泌体被束缚在水凝胶的三维网络中。
6.根据权利要求3所述的治疗炎症性骨缺损的生物制剂,其特征在于,所述生物制剂的制备方法,包括以下步骤:
步骤a、提供从EPO刺激巨噬细胞产生的外泌体;
步骤b、提供赋形剂;
步骤c、将外泌体和赋形剂在溶剂中进行混合,然后进行共孵育,以得到治疗炎症性骨缺损的生物制剂。
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2024
- 2024-01-19 CN CN202410081387.1A patent/CN117586955B/zh active Active
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