Внеклеточные везикулы, в том числе экзосомы, из мезенхимных стволовых/стромальных клеток животных

Внеклеточные везикулы, в том числе экзосомы, из мезенхимных стволовых/стромальных клеток животных

Автор: Савченкова И.П., Надточей Г.А.

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Рубрика: Культуры клеток in vitro

Статья в выпуске: 6 т.58, 2023 года.

Бесплатный доступ

Мезенхимные стволовые/стромальные клетки (МСК) млекопитающих продуцируют внеклеточные везикулы (ВВ), связанные с плазматической клеточной мембраной, в которых могут присутствовать факторы роста, хемокины, цитокины, микроРНК. В настоящее время ВВ широко используются для разработки новых регенеративных стратегий в лечении многочисленных заболеваний, поскольку передают большую часть терапевтических свойств МСК. В исследовании впервые показано, что из кондиционированных сред (КС) МСК пяти разных видов животных можно выделить обогащенные экзосомами ВВ методом дифференциального центрифугирования (ДЦ) с последующим ультрацентрифугированием (УЦ). Цель работы - получить внеклеточные везикулы из кондиционированных сред мезенхимных стволовых/стромальных клеток костного мозга, пуповинной крови и жировой ткани сельскохозяйственных (крупный рогатый скот, овцы, лошади) и мелких домашних (собаки, кошки) животных. В работе использовали МСК, полученные нами ранее из костного мозга (КМ) крупного рогатого скота (КРС) и овец, пуповинной крови (ПК) лошадей, жировой ткани (ЖТ) овец, КРС, лошадей, собак и кошек. МСК размораживали и засевали в матрасы с площадью роста 25 см2, через 48 ч пересевали в матрасы с площадью роста 175 см2 в соотношении 1:7 и инкубировали в течение 10 сут до достижения клеткам полного монослоя. Затем КС из всех образцов МСК сливали в стерильные центрифужные пробирки объемом 50 мл и выделяли ВВ. Для этого использовали метод дифференциального центрифугирования (ДЦ) с последующим ультрацентрифугированием (УЦ). Во всех образцах с помощью электронной микроскопии были выявлены округлые или не совсем правильной формы микрочастицы разного размера. Диаметры отдельных ВВ у разных видов животных статистически не различались (p = 0,1). При сравнении числа частиц, выделенных из 50 мл КС МСК разных видов животных, статистически значимых различий не выявили (р = 0,1). Так, на одной сетке МСК (КМ) и МСК (ЖТ) КРС обнаружили соответственно 3±0,1 и 6±0,07 частицы размером 50-100 нм, 7±0,02 и 4±0,03 частицы 100-150 нм, а также 3±0,4 и 2±0,06 частицы размером более 150 нм. ВВ из КС МСК (ЖТ) собак были наиболее гомогенными и по форме (округлые), и по размеру (основная часть имела размер 50-100 нм; 12±0,02 частиц). В образцах, выделенных из КС МСК (ЖТ) овец, кошек, лошадей и ПК лошадей, число частиц с диаметром 50-100 нм составляло 7±0,2; 7±0,01; 5±0,7 и 8±0,02. Анализ полученных электронограмм показал, что более 70 % ВВ имели диаметр от 50 до 100 нм, то есть классифицировались как экзосомы. ВВ, выделенные из КС МСК (ЖТ) собак, положительно окрашивались при использовании антител против антигена TSG101 (цитоплазматический белок, маркер экзосом). Полученные результаты демонстрируют, что КС МСК животных, выделенных из КМ, ЖТ и ПК, содержит ВВ, в том числе экзосомы. Метод ДЦ не исключает, что в препарате присутствуют другие частицы, поэтому мы предлагаем обозначить его как микро-ВВ, обогащенные экзосомами. Получение ВВ определенного состава из КС МСК сельскохозяйственных и домашних животных открывает широкие перспективы для применения экзосом в диагностике и лечении заболеваний.

Еще

Мезенхимные стволовые/стромальные клетки, костный мозг, жировая ткань, пуповинная кровь, лошади, крупный рогатый скот, овцы, собаки, кошки, внеклеточные везикулы, экзосомы, выделение, дифференциальное центрифугирование, идентификация

Короткий адрес: https://sciup.org/142240682

IDR: 142240682   |   DOI: 10.15389/agrobiology.2023.6.1112rus

Список литературы Внеклеточные везикулы, в том числе экзосомы, из мезенхимных стволовых/стромальных клеток животных

  • Viktorova E.V., Savchenkova I.P. Мultipotent mesenchymal stem cells in clinical veterinary prac-tice. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2020, 548: 072072 (doi: 10.1088/1755-1315/548/7/072072).
  • Platonova S.A., Korovina D.G., Viktorova E.V., Savchenkova I.P. Еquine tendinopathy therapy using mesenchymal stem cells. KnE Life Sciences, 2021, 6(3): 533-541 (doi: 10.18502/kls.v0i0.8987).
  • Hade M.D., Suire C.N., Suo Z. Mesenchymal stem cell-derived exosomes: applications in re-generative medicine. Cells, 2021, 10(8): 1959 (doi: 10.3390/cells10081959).
  • Gowen A., Shahjin F., Chand S., Odegaard K.E., Yelamanchili S.V. Mesenchymal stem cell-derived extracellular vesicles: challenges in clinical applications. Frontiers in Cell and Developmen-tal Biology, 2020, 8: 149 (doi: 10.3389/fcell.2020.00149).
  • Mathivanan S., Ji H., Simpson R.J. Exosomes: extracellular organelles important in intercellular communication. Journal of Proteomics, 2010, 73(10): 1907-1920 (doi: 10.1016/j.jprot.2010.06.006).
  • Bazzan E., Tinè M., Casara A., Biondini D., Semenzato U., Cocconcelli E., Balestro E., Da-min M., Radu C.M., Turato G., Baraldo S., Simioni P., Spagnolo P., Saetta M., Cosio M.G. Critical review of the evolution of extracellular vesicles' knowledge: from 1946 to today. Int. J. Mol. Sci., 2021, 22(12): 6417 (doi: 10.3390/ijms22126417).
  • Doyle L.M., Zhuo W.M. Overview of extracellular vesicles, their origin, composition, purpose, and methods for exosomeiIsolation and analysis. Cells, 2019, 8(7): 727 (doi: 10.3390/cells8070727).
  • Tran P., Xiang D., Tran T., Yin W., Zhang Y., Kong L., Chen K., Sun M., Li Y., Hou Y., Zhu Y., Duan W. Exosomes and nanoengineering: a match made for precision therapeutics. Adv. Mater., 2020, 32(18): e1904040 (doi: 10.1002/adma.201904040).
  • Fang Y., Zhang Y., Zhou J., Cao K. Adipose-derived mesenchymal stem cell exosomes: a novel pathway for tissues repair. Cell and Tissue Banking, 2019, 20(2): 153-161 (doi: 10.1007/s10561-019-09761-y).
  • Doyle L.M., Wang M.Z. Overview of extracellular vesicles, their origin, composition, purpose, and methods for exosome isolation and analysis. Cells, 2019, 8(7): 727 (doi: 10.3390/cells8070727).
  • Chen J., Liu R., Huang T., Sun H., Jiang H. Adipose stem cells-released extracellular vesicles as a next-generation cargo delivery vehicles: a survey of minimal information implementation, mass production and functional modification. Stem Cell Res. Ther., 2022, 13(1): 182 (doi: 10.1186/s13287-022-02849-5).
  • Moccia V., Sammarco A., Cavicchioli L., Castagnaro M., Bongiovanni L., Zappulli V. Extracel-lular vesicles in veterinary medicine. Animals, 2022, 12(19): 2716 (doi: 10.3390/ani12192716).
  • Nahand J.S., Mahjoubin-Tehran M., Moghoofei M., Pourhanifeh M.H., Mirzaei H.R., Asemi Z., Khatami A., Bokharaei-Salim F., Mirzaei H., Hamblin M.R. Exosomal miRNAs: novel players in viral infection. Epigenomics, 2020, 12(4): 353-370 (doi: 10.2217/epi-2019-0192).
  • Zhou C., Tan L., Sun Y., Qiu X., Lia Y., Song C., Liu W., Nair V., Ding C. Exosomes carry microRNAs into neighboring cells to promote diffusive infection of newcastle disease virus. Vi-ruses, 2019, 11(6): 527 (doi: 10.3390/v11060527).
  • Mao L., Liang P., Li W., Zhang S., Liu M., Yang L., Li J., Li H., Hao F., Sun M., Zhang W., Wang L., Cai X., Luo X. Exosomes promote caprine parainfluenza virus type 3 infection by inhibiting autophagy. Journal of General Virology, 2020; 101: 717-734 (doi: 10.1099/jgv.0.001424).
  • Волкова И.М., Викторова Е.В., Савченкова И.П., Гулюкин М.И. Характеристика мезен-химных стволовых клеток, выделенных из костного мозга и жировой ткани крупного ро-гатого скота. Сельскохозяйственная биология, 2012, 47(2): 32-38.
  • Коровина Д.Г., Юров К.П., Волкова И.М., Алексеенкова С.В., Васильева С.А., Савчен-кова Е.А., Савченкова И.П. Пуповинная кровь лошадей как источник мультипотентных мезенхимных стволовых клеток. Коневодство и конный спорт, 2015, 6: 31-33.
  • Коровина Д.Г., Волкова И.М., Васильева С.А., Гулюкин М.И., Савченкова И.П. Мультипо-тентные мезенхимные стволовые клетки, выделенные из костного мозга овцы: получение и криоконсервирование. Цитология, 2019, 61(1): 35-44 (doi: 10.1134/S0041377119010036).
  • Савченкова И.П., Васильева С.А., Коровина Д.Г., Шабейкин А.А., Гулюкин А.М. Мезенхимные стволовые клетки из жировой ткани кошек и собак в культуре. Сельскохозяйственная биология, 2019, 54(2): 395-403 (doi: 10.15389/agrobiology.2019.2.395rus).
  • Brenner S., Horne R.W. A negative staining method for high resolution electron microscopy of viruses. Biochimica et Biophysica Acta, 1959, 34: 103-110 (doi: 10.1016/0006-3002(59)90237-9).
  • Klymiuk M.C., Balz N., Elashry M.I., Heimann M., Wenisch S., Arnhold S. Exosomes isolation and identification from equine mesenchymal stem cells. BMC Vet. Res., 2019, 5(1): 42 (doi: 10.1186/s12917-019-1789-9).
  • Aguilera-Rojas M., Badewien-Rentzsch B., Plendl J., Kohn B., Einspanier R. Exploration of serum- and cell culture-derived exosomes from dogs. BMC Vet. Res., 2018, 14(1): 179 (doi: 10.1186/s12917-018-1509-x).
  • Sung S.-E., Seo M.-S., Kang K.-K., Choi J.-H., Lee S., Sung M., Kim K., Lee G.-W., Lim J.-H., Yang S.-Y., Yim S.-G., Kim S.-K., Park S., Kwon Y.S., Yun S. Mesenchymal stem cell exosomes derived from feline adipose tissue enhance the effects of anti-inflammation compared to fibro-blasts-derived exosomes. Vet. Sci., 2021, 8(9): 182 (doi: 10.3390/vetsci8090182).
  • Soares M.T., Catita J., Martins R.I., A.B. da e Silva O., Henriques A.G. Exosome isolation from distinct biofluids using precipitation and column-based approaches. PLoS ONE, 2018, 13(6): e0198820 (doi: 10.1371/journal.pone.0198820).
  • Huang L.-H., Rau C.-S., Wu S.-C., Wu Y.-C., Wu C.-J., Tsai C.-W., Lin C.-W., Lu T.-H., Hsieh C.- H. Identification and characterization of hADSC-derived exosome proteins from dif-ferent isolation methods. J. Cell. Mol. Med., 2021, 25(15): 7436-7450 (doi: 10.1111/jcmm.16775).
  • Helwa I., Cai J., Drewry M.D., Zimmerman A., Dinkins M.B., Khaled M.L., Seremwe M., Dismuke W.M., Bieberich E., Stamer W.D., Hamrick M.W., Liu Y. A comparative study of serum exosome isolation using differential ultracentrifugation and three commercial reagents. PLoS ONE, 2017, 12(1): e170628 (doi: 10.1371/journal.pone.0170628).
  • Kurian T.K., Banik S., Gopal D., Chakrabarti S., Mazumder N. Elucidating methods for isolation and quantification of exosomes: a review. Molecular Biotechnology, 2021, 63(4): 249-266 (doi: 10.1007/s12033-021-00300-3).
  • Coughlan C., Bruce K.D., Burgy O., Boyd T.D., Michel C.R., Garcia-Perez J.E., Adame V., Anton P., Bettcher B.M., Chial H.J., Königshoff M., Hsieh E.W.Y., Graner M., Potter H. Exo-some isolation by ultracentrifugation and precipitation and techniques for downstream analyses. Current Protocols in Cell Biology, 2020, 88(1): e110 (doi: 10.1002/cpcb.110).
  • Koritzinsky E.H., Street J.M., Chari R.R., Glispie D.M., Bellomo T.R., Aponte A.M., Star R.A., Yuen P. Circadian variation in the release of small extracellular vesicles can be normalized by vesicle number or TSG101. American Journal of Physiology-Renal Physiology, 2019, 317(5): F1098-F1110 (doi: 10.1152/ajprenal.00568.2017).
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp