جداسازی و تعیین خصوصیات اگزوزوم‌های جدا شده از سلول‌های بنیادی مزانشیم با استفاده از روش اولترا سانتریفیوژ و پلی‌اتیلن‌گلیکول

نوع مقاله : مقاله های پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری ،گروه ایمنی‌شناسی، دانشکده‌ی علوم پزشکی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

2 استاد، گروه ایمنی‌شناسی، دانشکده‌ی علوم پزشکی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

3 استادیار، گروه ایمنی‌شناسی، دانشکده‌ی علوم پزشکی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

4 استادیار، مرکز تحقیقات بیماری‌های گوارش، پژوهشکده‌ی بیماری‌های گوارش و کبد، دانشگاه علوم پزشکی تهران، تهران، ایران

چکیده

مقدمه: اگزوزوم‌های مشتق از سلول‌های بنیادی مزانشیمی، می‌توانند عملکرد مشابهی با سلول‌های بنیادی مزانشیم در ترمیم بافت‌های آسیب دیده و همچنین، تعدیل پاسخ‌های ایمنی داشته باشند. امروزه، این اگزوزوم‌ها، به عنوان ابزار کارآمدی در طب ترمیمی و همچنین، بیماری‌های خود ایمن و سرطان مورد توجه قرار گرفته‌اند.روش‌ها: سلول‌های بنیادی مزانشیمی، از بافت چربی موش جدا شدند و هویت آن‌ها تعیین گردید. از سوپ رویی سلول‌ها با استفاده از دو روش اولترا سانتریفیوژ با دور g 110000 و پلی‌اتیلن‌گلیکول (Polyethylene glycol یا PEG) جهت استخراج اگزوزوم استفاده شد. برای بررسی صحت اگزوزوم‌های جدا شده، از روش‌های Dynamic light scattering (DLS)، میکروسکوپ الکترونی نگاره،گذاره و آزمون Bradford استفاده شد.یافته‌ها: نتایج حاصل از جداسازی اگزوزوم‌های مشتق از سلول‌های بنیادی مزانشیمی با استفاده از PEG نشان داد که بیشترین اگزوزوم‌های کروری استخراج شده در محدوده‌ی 300-50 نانومتر بودند، اما روش اولترا سانتریفیوژ محدوده‌ی 100-30 نانومتری را نشان داد. با استفاده از آزمایش Bradford، میزان غلظت اگزوزوم‌های استخراج شده با استفاده از اولترا سانتریفیوژ 7/1296 میلی‌گرم/میلی‌لیتر و میزان غلظت اگزوزوم‌های استخراج شده با استفاده از PEG 4/1322 میلی‌گرم/میلی‌لیتر گزارش شد.نتیجه‌گیری: در مقایسه‌ی دو روش جداسازی اگزوزوم‌ها، نتایج نشان داد که ذرات استخراج شده با روش اولترا سانتریفیوژ دارای خلوص بیشتری می‌باشند، اما در روش PEG، به علت رسوب PEG بر روی ذرات، اگزوزوم‌ها دارای ابعاد بزرگ‌تر و خلوص کمتری می‌باشند، اما در نهایت، به علت دسترسی کمتر به اولترا سانتریفیوژ با دور بالا، جداسازی به روش PEG نیز کاربردی است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Isolation and Characterization of Mesenchymal Stem Cells-Derived Exosomes by Method of Ultracentrifuge and Polyethylene Glycol

نویسندگان [English]

  • Fataneh Tavasolian 1
  • Ahmad Zavaran-Hosseini 2
  • Sara Soudi 3
  • Mahmood Naderi 4
1 PhD Student, Department of Immunology, School of Medical Sciences, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
2 Professor, Department of Immunology, School of Medical Sciences, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
3 Assistant Professor, Department of immunology, School of medical sciences, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
4 Assistant Professor, Cell-Based Therapies Research Center, Digestive Disease Research Institute, Tehran University of Medical Sciences, Tehran, Iran
چکیده [English]

Background: Mesenchymal stem cells (MSCs)-derived exosomes can function similar to MSCs in repairing damaged tissues and modulating immune responses. They are considered as an effective tool in regenerative medicine as well as autoimmune diseases and cancer.Methods: MSCs were isolated from adipose tissue of mice, and characterized. Cell supernatant was used for extraction of exosomes using ultracentrifugation with 110000 g and polyethylene glycol (PEG). Dynamic light scattering (DLS) technique, transmission electron microscopy, and Bradford assay were used to evaluate the accuracy of the isolated exosomes.Findings: The results of isolation of exosomes derived from MSCs using PEG showed that most of the extracted spherical exosomes were in the range of 50-300 nm; but the results of isolation of exosomes derived from MSCs using ultracentrifuge showed the range of 30-100 nm. Using Bradford test, the concentration of exosomes extracted was recorded as 1296.7 mg/ml by ultracentrifugation and 1322.4 mg/ml by PEG.Conclusion: Comparison of two methods of separation of exosomes showed that the extracted exosomes were more purified by ultracentrifugation; but in PEG method, the exosomes were larger and less purified due to PEG deposition on the particles. However, because of less access to ultracentrifuge, PEG separation is also applicable.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Exosome
  • Mesenchymal stem cells
  • Ultracentrifugation
  • Polyethylene glycols

مراجع

  1. Li P, Kaslan M, Lee SH, Yao J, Gao Z. Progress in exosome isolation techniques. Theranostics 2017; 7(3): 789-804.
  2. Batrakova EV, Kim MS. Development and regulation of exosome-based therapy products. Wiley Interdiscip Rev Nanomed Nanobiotechnol 2016; 8(5): 744-57.
  3. Egea-Jimenez AL, Zimmermann P. Lipids in exosome biology. Handb Exp Pharmacol 2019. [Epub ahead of print].
  4. Shimasaki T, Yamamoto S, Arisawa T. Exosome research and co-culture study. Biol Pharm Bull 2018; 41(9): 1311-21.
  5. Jeppesen DK, Fenix AM, Franklin JL, Higginbotham JN, Zhang Q, Zimmerman LJ, et al. Reassessment of exosome composition. Cell 2019; 177(2): 428-45.
  6. Mincheva-Nilsson L, Baranov V, Nagaeva O, Dehlin E. Isolation and characterization of exosomes from cultures of tissue explants and cell lines. Curr Protoc Immunol 2016; 115(1): 14.
  7. Ludwig N, Hong CS, Ludwig S, Azambuja JH, Sharma P, Theodoraki MN, et al. Isolation and analysis of tumor-derived exosomes. Curr Protoc Immunol 2019; 127(1): e91.
  8. Helwa I, Cai J, Drewry MD, Zimmerman A, Dinkins MB, Khaled ML, et al. A comparative study of serum exosome isolation using differential ultracentrifugation and three commercial reagents. PLoS One 2017; 12(1): e0170628.
  9. Chang M, Chang YJ, Chao PY, Yu Q. Exosome purification based on PEG-coated Fe3O4 nanoparticles. PLoS One 2018; 13(6): e0199438.
  10. Rider MA, Hurwitz SN, Meckes DG, Jr. ExtraPEG: A Polyethylene Glycol-Based Method for Enrichment of Extracellular Vesicles. Sci Rep 2016; 6: 23978.
  11. Lai RC, Chen TS, Lim SK. Mesenchymal stem cell exosome: A novel stem cell-based therapy for cardiovascular disease. Regen Med 2011; 6(4): 481-92.
  12. Boelens MC, Wu TJ, Nabet BY, Xu B, Qiu Y, Yoon T, et al. Exosome transfer from stromal to breast cancer cells regulates therapy resistance pathways. Cell 2014; 159(3): 499-513.
  13. Yang T, Martin P, Fogarty B, Brown A, Schurman K, Phipps R, et al. Exosome delivered anticancer drugs across the blood-brain barrier for brain cancer therapy in Danio rerio. Pharm Res 2015; 32(6): 2003-14.
  14. O'Loughlin AJ, Woffindale CA, Wood MJ. Exosomes and the emerging field of exosome-based gene therapy. Curr Gene Ther 2012; 12(4): 262-74.
  15. Lai RC, Yeo RW, Lim SK. Mesenchymal stem cell exosomes. Semin Cell Dev Biol 2015; 40: 82-8.
  16. Zhang B, Yin Y, Lai RC, Tan SS, Choo AB, Lim SK. Mesenchymal stem cells secrete immunologically active exosomes. Stem Cells Dev 2014; 23(11): 1233-44.
  17. Yu B, Zhang X, Li X. Exosomes derived from mesenchymal stem cells. Int J Mol Sci 2014; 15(3): 4142-57.
  18. Kourembanas S. Exosomes: Vehicles of intercellular signaling, biomarkers, and vectors of cell therapy. Annu Rev Physiol 2015; 77: 13-27.
  19. Zhang S, Chu WC, Lai RC, Lim SK, Hui JH, Toh WS. Exosomes derived from human embryonic mesenchymal stem cells promote osteochondral regeneration. Osteoarthritis Cartilage 2016; 24(12): 2135-40.
  20. Yeo RW, Lai RC, Zhang B, Tan SS, Yin Y, Teh BJ, et al. Mesenchymal stem cell: An efficient mass producer of exosomes for drug delivery. Adv Drug Deliv Rev 2013; 65(3): 336-41.
  21. Lou G, Chen Z, Zheng M, Liu Y. Mesenchymal stem cell-derived exosomes as a new therapeutic strategy for liver diseases. Exp Mol Med 2017; 49(6): e346.
  22. Vakhshiteh F, Atyabi F, Ostad SN. Mesenchymal stem cell exosomes: A two-edged sword in cancer therapy. Int J Nanomedicine 2019; 14: 2847-59.
  23. Skottvoll FS, Berg HE, Bjorseth K, Lund K, Roos N, Bekhradnia S, et al. Comparison of ultracentrifugation and a commercial kit for isolation of exosomes derived from glioblastoma and breast cancer cells. bioRxiv 2018; 274910.
  24. Weng Y, Sui Z, Shan Y, Hu Y, Chen Y, Zhang L, et al. Effective isolation of exosomes with polyethylene glycol from cell culture supernatant for in-depth proteome profiling. Analyst 2016; 141(15): 4640-6.
  25. Del Fattore A, Luciano R, Pascucci L, Goffredo BM, Giorda E, Scapaticci M, et al. Immunoregulatory effects of mesenchymal stem cell-derived extracellular vesicles on T lymphocytes. Cell Transplant 2015; 24(12): 2615-27.
  26. Buzas EI, Gyorgy B, Nagy G, Falus A, Gay S. Emerging role of extracellular vesicles in inflammatory diseases. Nat Rev Rheumatol 2014; 10(6): 356-64.
  27. Chen W, Huang Y, Han J, Yu L, Li Y, Lu Z, et al. Immunomodulatory effects of mesenchymal stromal cells-derived exosome. Immunol Res 2016; 64(4): 831-40.
  28. Alexander M, Hu R, Runtsch MC, Kagele DA, Mosbruger TL, Tolmachova T, et al. Exosome-delivered microRNAs modulate the inflammatory response to endotoxin. Nat Commun 2015; 6: 7321.
  29. Du YM, Zhuansun YX, Chen R, Lin L, Lin Y, Li JG. Mesenchymal stem cell exosomes promote immunosuppression of regulatory T cells in asthma. Exp Cell Res 2018; 363(1): 114-20.
  30. Tavasolian F, Abdollahi E, Rezaei R, Momtazi-Borojeni AA, Henrotin Y, Sahebkar A. Altered expression of microRNAs in rheumatoid arthritis. J Cell Biochem 2018; 119(1): 478-87.
مجله دانشکده پزشکی اصفهان
دوره 38، شماره 562 - شماره پیاپی 562
فروردین و اردیبهشت 1399
صفحه 31-38

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 30 بهمن 1398
  • تاریخ بازنگری: 11 آبان 1403
  • تاریخ پذیرش: 17 فروردین 1401

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار