SCI 干细胞国际 1687 - 9678 1687 - 966 x Hindawi 10.1155 / 2019/5738510 5738510 研究文章 间充质干细胞细胞外囊泡为角膜伤口修复 1 2 程ydF4y2Ba Xiaoniao 2 红煤 1 Lingyue 3 2 凯悦 1 Zhibo 4 5 Zhong-Chao 4 5 Zhikun 6 https://orcid.org/0000 - 0002 - 4603 - 3743 Zongjin 1 6 7 https://orcid.org/0000 - 0002 - 1718 - 0453 Liqiang 2 这些后 Stefan 1 南开大学医学院 天津 中国 nankai.edu.cn 2 眼科学系 中国人民解放军总医院 北京 中国 301 hospital.com.cn 3 生命科学与技术学院的 中国医药大学 中国 cpu.edu.cn 4 天津工程技术重点实验室细胞制药 细胞产品国家工程研究中心 AmCellGene有限公司 有限公司 天津 中国 amcellgene.com 5 江西工程干细胞研究中心 上饶 江西 中国 6 河南省重点实验室医疗组织再生 新乡医科大学 新乡 中国 xxmu.edu.cn 7 国家重点实验室的肾脏疾病 中国人民解放军总医院 北京 中国 301 hospital.com.cn 2019年 9 12 2019年 2019年 01 05年 2019年 14 07年 2019年 26 11 2019年 9 12 2019年 2019年 版权©2019支道等。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

与免疫调节的潜力,间充质干细胞(msc)已被用于减轻炎症组织再生的组织受伤。当这个修复过程干扰免疫紊乱或病理性血管生成,角膜上皮愈合延迟会导致一个持久上皮缺陷。干细胞细胞外囊泡(EVs),从干细胞携带丰富的生物活性分子,提供了一个替代再生疗法。在这项研究中,我们旨在调查如果电动车从人类placenta-derived msc (hP-MSCs)可以改善角膜碱损伤小鼠模型。33.33 μ克/ μL EVs在10 μL PBS是应用于角膜。三次重复应用,和100年 μg EVs (30 μL PBS)总共是两周每天管理。我们的研究结果显示,电动汽车从hP-MSCs更可取的功能包括加强增殖和抗炎和抑制角膜上皮细胞的凋亡。此外,hP-MSC-derived EVs改善小鼠角膜伤口愈合通过抑制血管生成和炎症。综上所述,我们目前的数据表明,hP-MSC-derived EVs角膜伤口愈合的有益影响,提供替代治疗游离以极大的实用价值。

天津科技支持计划的关键项目 18 yfzcsy00010 中国国家自然科学基金 81671734 中国国家重点研发项目 2017年yfa0103200
1。背景

伤口愈合是一个复杂的过程在组织再生和功能恢复 1]。不同于其他组织和器官,角膜损伤后股骨头和角膜透明度的中断可能会导致主要不可逆致盲从而减少生活质量( 2, 3]。伤害,以及伤口修复的延迟会扰乱角膜血管生成特权和引发角膜新生血管形成,从而导致完全失明。受损组织的修复包括多种细胞过程频繁运动和增殖的细胞是主要的过程( 4]。局部给药滴眼剂是最容易和非侵入性的方法。然而,正常眼层不透水性质的眼部表面由于紧上皮连接;不断闪烁和撕裂迅速明确眼表面的眼药水在几分钟 5]。此外,结膜的血管可以吸收药物,从而进一步减少药物用于有效眼部吸收的量。因此,开发一种新型药物输送系统,可以克服障碍和眼表面长时间释放药物,从而提高治疗效果和改善病人的依从性,是极其重要的治疗眼部损伤和恢复正常的生理功能。

人类placenta-derived间充质干细胞(hP-MSCs)有更大的增殖和分化能力。此外,这些细胞的来源通常是处理医疗废物没有伦理问题( 6]。越来越多的研究结果表明,msc具有治疗效果,从改善急性和慢性肝损伤和心脏衰竭伤口愈合( 7, 8]。此外,最近的研究表明,MSC治疗可以减弱视神经损伤和增强视网膜神经节细胞( 9]。然而,MSC移植不可避免地面临着许多潜在风险,如伦理问题和免疫反应。与msc相比,MSC-derived EVs倾向较低触发免疫反应和降低异位移植的风险( 10, 11]。在过去的几年里,一直在进步,除了直接的细胞移植,msc的旁分泌作用的机制,在疾病的治疗中发挥重要作用。巨大的研究表明,MSC-derived EVs有助于治疗效力的msc运输旁分泌因子( 12- - - - - - 14]。因此,MSC-derived EVs可以提供有利影响并行的MSC移植( 10, 15]。

2。材料和方法 2.1。细胞培养

人类placenta-derived msc (hP-MSCs)收获之前报道( 16)和完全杜尔贝科修改鹰的培养基培养DMEM / F12 (Gibco,宏伟的岛,纽约)与100 U /毫升penicillin-streptomycin (P / S) (Gibco)和10%胎牛血清(的边后卫;澳大利亚HyClone),牛胰岛素(5 μg / mL),重组人表皮生长因子(10 ng / mL) ( 3]。Exosome-free的边后卫是获得的边后卫离心机在100000克70分钟( 17]。hP-MSCs段落7和10之间用于后续实验。人类的角膜上皮细胞(hc)购买写明ATCC描述的指导和培养。

2.2。流仪hP-MSCs的表征

hP-MSCs分离有0.25% trypsin-EDTA (Gibco,宏伟的岛,纽约),然后用PBS包含2%的边后卫。之后,细胞悬浮液被孵化fluorescence-conjugated抗体包括CD44, CD90 (Abcam、剑桥、马),在室温下或无污点的控制为30分钟。然后,细胞被洗PBS和resuspended流式细胞仪缓冲区。流式细胞仪分析使用FACSCalibur™流式细胞分析仪(BD生物科学)和数据分析使用细胞追求Pro软件(BD生物科学)。

2.3。EV隔离,表征

EV隔离和表征方法进行了我们之前和其他组的报告 11, 18, 19]。分析了电动汽车的内化CM-DiI膜染料(表达载体,卡尔斯巴德,CA),根据我们以前的报告( 11]。

2.4。免疫印迹分析

hc中收获里帕裂解缓冲,量化用BCA蛋白质分析工具包(Promega), 10% sds - page分离,并转移到聚偏二氟乙烯膜(微孔,达姆施塔特,德国)。膜被封锁在5%脱脂牛奶2 h和孵化主要抗体在一夜之间在4°C其次是孵化与辣根过氧化物酶(合)共轭二次抗体在室温下1 h。西方化学发光信号与一个可视化止动剂™辣根过氧化物酶(合)衬底。GAPDH是作为内部控制。以下主要使用抗体:CD9(1: 200年,兔免疫球蛋白),CD63(1: 200年,兔免疫球蛋白),和GAPDH(1: 200年,兔免疫球蛋白)。

2.5。细胞增殖和细胞毒性试验

hc被播种在 2 × 10 3 细胞/进入一个96孔板在基底DMEM / F12。细胞外囊泡(20 μ40 g / mL, μg / mL, 60 μg / mL, 80 μ克/毫升和100 μg / mL)添加24和48 h。麻省理工的解决方案在100年被解散 μL(二甲亚砜(DMSO)。光密度测量在490 nm多井板读者。

2.6。Ki67疣状

对细胞增殖评估、hc在100年被培养 μ克/毫升细胞外囊泡12和24小时。在4%多聚甲醛固定后15分钟,幻灯片的细胞进行免疫染色与抗体Ki67 (BD Pharmingen,圣何塞,CA)。使用4和细胞核染色,6-diamidino-2-phenylindole (DAPI BD生物科学)作为对比染色。

2.7。抓伤口愈合试验

hc被播种在 3 × 10 4 6-well板;当他们到达融合,划痕的伤势在每个使用无菌塑料生成20 μL微量吸液管小费。洗后细胞两次与PBS、DMEM / F12包含电动汽车于100年最终的浓度 μg / ml被添加到细胞。迁徙的影响被测量剩余部分量化伤口面积使用ImageJ软件(NIH, https://imagej.nih.gov/ij/)。

2.8。实时聚合酶链反应

从细胞或组织总RNA是孤立的。总RNA也从角膜碱损伤组织。实时PCR进行CFX96TM实时PCR系统(Bio-Rad大力神,CA)使用SYBR Green-based实时检测方法(罗氏,曼海姆,德国)。感兴趣的mRNA的相对表达水平是表示为2- - - - - - ΔΔCT分别和规范化GAPDH。本研究中使用的引物序列表中列出 S1

2.9。动物模型和EV治疗

的角膜碱烧伤模型小鼠进行报道之前( 20.]。FVB小鼠被随机分为三组( n = 8 为每个组)受伤后,第二天,33.33 μ克/ μL EVs在10 μL PBS是应用于角膜。PBS仅被用作控制。重复应用3次,100 μg EVs管理每天2周。批准的协议是南开大学动物保健和使用委员会的指导方针,也符合 指导实验室动物保健和使用的公布的美国国立卫生研究院(第八版,2011)。

2.10。角膜荧光素染色

角膜荧光素钠染色是用来检测在7天上皮修复过程。小鼠腹腔内与4%水合氯醛麻醉后,荧光素钠滤纸与无菌PBS抑制,轻轻鼠标角膜,然后用PBS冲洗以去除多余的荧光素。观察角膜的损伤在紫外线照射下,用数码相机拍照。

2.11。角膜新生血管形成的评估

我们使用立体显微镜观察老鼠的眼睛的新血管形成在手术后5天。执行日常检查的老鼠在一个立体显微镜下盲评。这个评估进行日常考虑新血管形成的速度增长。

2.12。组织学分析

7天或14帖子管理,所有老鼠都牺牲了,眼角膜被切除。一些角膜组织立即固定在4% PFA过夜。之后,这些组织被嵌入在石蜡,切割5点 μ米,然后被苏木精和伊红())三色的染色。获得的切片检查的光学显微镜(日本奥林巴斯BX51)。对于角膜新生血管形成分析,动物安乐死在第14天,角膜组织10月嵌入化合物(日本樱花Finetek)。样本切成5 μ免疫荧光染色米厚的部分。细胞核与DAPI复染色。部分是孵化主要抗体CD31(鼠anti-mouse, BD生物科学)一夜之间在4°C,然后用Alexa萤石孵化594山羊anti-rat免疫球蛋白(表达载体,宏伟的岛,纽约)。新生儿毛细血管船只使用荧光显微镜观察(×200)。

2.13。统计分析

所有的数据都表示为 意味着 ± 扫描电镜 。两组之间的差异显著性被学生的测试 t 以及和方差分析。确切概率法(Freeman-Halton)是用来评估治疗的结果。差异被认为是重要的 P 值< 0.05。

3所示。结果 3.1。隔离和表征的电动汽车

从介质中提取EVs受制于hP-MSCs之前,我们决定通过流式细胞术hP-MSCs的表型特性。如图 S1,msc保持表面标记CD90和CD44的表达。hP-MSC-derived电动汽车被孤立的报道之前,生物化学和生物物理分析。TEM分析表明,电动汽车的杯状容器形态(图展出 1(一))。NTA透露,电动汽车的平均直径约为130纳米(图 1 (b)),和99.4%的电动汽车在132.1海里(图 S2A)。此外,hc也发布EVs类似的直径(图 开通)。免疫印迹分析电动汽车显示积极表达的蛋白质含量和EV蛋白质CD9和CD63(图 1 (c))。来确定电动汽车被hc内化,电动汽车与CM-DiI染料标记(红色)和hc孵化 在体外。24小时后,显微照片显示标记EVs被hc(图 1 (d))。结果表明,电动汽车被转移到hc 在体外

从hP-MSCs特性的电动汽车。(一)代表透射电子显微镜(TEM)孤立的电动汽车的形象。酒吧,规模50 nm。(b)电动汽车的直径大约是130海里(NTA)纳米颗粒显示的跟踪分析。(c)免疫印迹结果显示CD9的表达和CD63 EVs和hP-MSCs。(d)的电动汽车通过hc(红色)。规模的酒吧,50 μm。

3.2。体外增强扩散效应EVs <斜体> < /斜体>

分析电动汽车的最佳工作浓度,hc与EVs培养24和48 h。MTT试验表明,与PBS相比,孵化与电动汽车可能会增加扩散hc 24和48 h后(图 2(一个))。似乎有剂量依赖性效应随着浓度的电动汽车。它显示,电动汽车集中在100年 μg / mL和hP-MSCs培养48 h是最有利于hc的可行性。因此,电动汽车已被建议在组织再生中发挥至关重要的作用,促进细胞增殖。ki - 67染色显示,hc的扩散与EVs孵化后显著提高(数字 2 (b) 2 (c))。

的增殖效应hMSC-derived hc电动汽车。(a) MTT试验揭示了扩散增加下hc电动汽车治疗剂量依赖性的方式(EVs的浓度从0增加到100 μ克/毫升,用PBS稀释)。(b, c) ki - 67染色显示,hc的扩散后被显著提高孵化EVs和持续48小时。所有的数据显示为 意味着 ± 扫描电镜 一式三份化验。 P < 0.05 与PBS。

3.3。促进角膜伤口愈合的电动汽车

检测活动和promigratory EVs hP-MSCs释放的影响,我们进行了伤口愈合试验。结果表明,EVs释放hP-MSCs显著促进上皮细胞迁移后孵化12和24小时(数字 3(一个) 3 (b))。我们接下来研究电动汽车是否能促进角膜上皮愈合伤口 在活的有机体内。荧光素染色的图片2毫米受伤的老鼠眼角膜,治疗前及治疗后7天hP-MSC-derived电动汽车或汽车控制。如图 3 (c)EV-treated集团已经愈合明显多于对照组。

电动汽车在角膜伤口愈合的疗效伤口愈合(a, b)分析显示,EVs明显增加了hc的细胞迁移。所有数据都显示为 意味着 ± 扫描电镜 一式三份化验。 P < 0.01 与PBS。(c) Fluorescein-stained图像显示,提高了电动汽车在角膜伤口愈合的疗效 在活的有机体内( n = 8 )。

3.4。抑制炎症和细胞凋亡的电动汽车

接下来,我们研究了电动汽车能否抑制组织炎症和细胞凋亡。HCE凋亡基因和炎症相关因子基因中存在评估分析。结果表明,RNA il - 1的含量 β引发,TNF - α和NF - κB在治疗后明显下降,两者兼而有之 在活的有机体内 在体外增加,而抗炎因子il - 10 在体外。同时,Cas-8 apoptosis-related基因的表达减少,表明EVs发挥关键作用在抑制细胞凋亡(图 4)。

RNA免疫相关基因的表达水平 在体外。存在显示mRNA水平的il - 1 β引发,TNF - α和NF - κB在hc与电动汽车高度降低治疗后,抗炎因子il - 10在增加 在体外。此外,EV组显著降低apoptosis-related半胱天冬酶8基因表达与对照组相比。所有数据都显示为 意味着 ± 扫描电镜 一式三份化验。 P < 0.05 , P < 0.01 与PBS。

3.5。EVs调节血管生成的角膜

确定电动汽车的血管生成调节潜力,我们使用立体显微镜观察新血管形成的受伤的眼睛在接下来的5天,拍了照片在第五天手术后治疗组和对照组。如图 5(一个)的病理性血管生成治疗组显著降低,透明度和眼部的EV组比,在PBS组。此外,我们测量proangiogenic基因的表达,VEGF-a angiogenesis-associated基质金属蛋白酶2 (MMP2)和MMP9,高度降低治疗后(图 5 (b))。CD31免疫染色的第14天还透露,微血管密度明显减少了电动汽车的应用从hP-MSCs释放,这与(图)结果是相一致的 S3)。所有这些数据表明,EVs监管角膜病理血管生成。

抑制角膜血管新生与电动车治疗。(a)创伤性血管增生明显抑制由电动汽车应用程序(箭头)。箭头指出的角膜新生血管形成。边缘的距离EVs的角膜新生血管形成时间比对照组和接近正常组。此外,PBS组中,电动汽车的不透明区域大于组。治疗改善角膜透明度。(b)中存在显示angiogenesis-related mRNA水平的MMP2, MMP9,和VEGF-a治疗后明显下降。所有数据都显示为 意味着 ± 扫描电镜 一式三份化验。 P < 0.05 与PBS。

3.6。EVs组织修复增加碱烧伤模型

为了阐明EVs的角膜碱损伤修复机制能力来源于hP-MSCs,角膜碱损伤小鼠模型用于这项研究。所示)染色,正常角膜上皮是由4 - 5层上皮细胞组成的。与电动汽车相比治疗组,对照组有松散和混乱排列的纤维固有的胶原蛋白层,和大量的裂缝或液泡纤维(图之间的观察 6(一))。7天治疗后,新生的上皮的厚度和基质细胞对照组也越来越少。另一方面,EV-treated组基本上恢复4 - 5的角膜上皮细胞层结构,较常规的角膜基质安排治疗后(图 6(一))。提取组织RNA EV组和对照组。角膜组织的存在分析显示,治疗组,电动汽车可以显著降低炎症相关因子的表达基因在早期阶段(24小时)(图 S1在治疗阶段)和(图 6 (b))。这表明角膜上皮细胞层迅速恢复治疗组,并组成了一个与角膜基质的紧密联系。

提高电动汽车在碱烧伤模型的治疗效果。(a))染色的角膜基质水肿和炎症细胞浸润在天7和14日受伤后EV-treated老鼠,而角膜没有受伤。箭头指向的杂乱无章的纤维和phlyctenule上皮细胞层。上皮细胞层的修复的程度明显低于对照组,治疗组。(b)中存在表明TNF - mRNA水平 α和il - 1 β治疗后高度降低,而抗炎因子,il - 10增加 在活的有机体内。所有数据都显示为 意味着 ± 扫描电镜 一式三份化验。 P < 0.05 , P < 0.01 与PBS。

4所示。讨论

角膜化学伤是一种常见的损伤类型经常造成广泛的损害甚至永久性视力损害。在角膜修复过程中,修改当地环境和刺激细胞损伤后反应对于角膜组织修复至关重要。在这项研究中,我们的研究结果显示,电动汽车从hP-MSCs促进小鼠角膜伤口愈合通过抑制血管生成和炎症,提供替代治疗游离转化应用。

msc已被证明具有潜在治疗价值在自体或同种异体移植干细胞领域的组织修复( 12, 13]。在这些研究中,细胞迁移到损伤供体和抑制免疫细胞的活动。这个过程是由生产的免疫调节因子,从而促进组织修复,以应对当地的炎性环境( 21]。在这个实验中,我们没有采用广泛使用的骨骨髓来源msc,而是使用placenta-derived msc。作为一个胎儿的附属产品,胎盘可以提供一个相对丰富和无害的干细胞来源。这些细胞的应用增加了可能性,这个实验的结果将被实际应用在诊所( 6]。

此外,许多研究表明msc的旁分泌机制产生重要影响血管重建的规定( 22)和改善器官恢复( 23]。自MSC旁分泌作用的重要角色在他们的治疗能力 在活的有机体内,我们想研究电动汽车的生理过程的msc分泌损伤区域。西方墨迹证实EV CD9和CD63[标记蛋白质的存在 24),这证明了电动汽车的存在在hP-MSC培养基超速离心法。内化过程进一步验证假设电动汽车可以msc与宿主细胞之间的通讯信号。此外,我们还发现EVs HCE的培养基的存在,证实了电动汽车的存在和潜在的功能在不同类型的细胞之间的通信。

澄清后的电动汽车及其细胞之间的沟通能力,我们想知道EVs组织损伤修复的作用。先前的研究表明,快速重建一个完整的上皮损伤区域对角膜伤口愈合至关重要( 25]。这是一个高度管制的过程,需要上皮细胞和基质细胞的增殖和迁移。在这里,我们表明,hP-MSC-derived EVs cocultured hc可以改善上皮细胞增殖和迁移,就是明证的高表达ki - 67体外和划痕试验。此外,角膜荧光素钠染色结果表明,hP-MSC-derived EVs改善角膜上皮修复的 在活的有机体内角膜碱损伤模型;上皮细胞层的集成是显著增加。

除了HCE扩散和迁移、血管生成和炎症调节也可以影响损伤后的修复进度( 26]。角膜的血管生成过程往往与炎症和角膜缺氧损伤后反应( 27, 28]。在修复过程中,几种类型的细胞,间质成纤维细胞和生长因子参与( 29日, 30.]。因此,许多这些并发症的治疗选择目标修改VEGF和眼内炎症细胞因子水平表面抑制血管生成异常。我们的研究证明,电动汽车参与限制生产的促炎因子(TNF - α,il - 1 β、引发和NF - κB)和caspase-8。与此同时,EVs上调抗炎细胞因子il - 10。EVs部分改善碱损伤引起的角膜组织病理学变化。角膜的血管密度在治疗组要低得多。

尽管VEGF的upregulation角膜损伤后与视力丧失有关,它还起着至关重要的作用在细胞内稳态和组织修复 31日- - - - - - 33]。抗血管治疗的功效也各不相同,病人的结果只有部分船舶回归( 34]。长期系统性管理抗血管药物加上几个并发症;这些不利影响画担心VEGF对抗可能不是完全有效或安全( 35]。因此,电动汽车可以是一个潜在的治疗策略,角膜伤口愈合。我们的研究代表了一个新方法治疗角膜碱烧伤hP-MSC-derived电动汽车的管理。还需要进一步的研究来阐明的确切机制在这个治疗方法和操纵EV hP-MSCs产生的成分。

5。结论

总之,EVs源自hP-MSCs有趣的潜在治疗药物改善角膜伤口愈合。它结合了几种机制的行动刺激HCE迁移和增殖,抑制病理性血管生成,调制的MMP的活动。还需要进一步的研究来调查MSC-derived电动汽车作为治疗的临床效益剂改善伤口愈合、减少疤痕形成。

数据可用性

所有生成的数据和/或分析在此研究可从相应的作者在合理的请求。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

作者的贡献

ZL和LW构思和设计实验。HT、XC和HC执行大部分的实验。LZ, QL, KZ, ZCH, ZG收集和分析数据。HT和ZL写主要的手稿和准备数据。ZL和LW提供资金。所有作者阅读和批准最终的手稿。支道和Xiaoniao陈了同样的工作。

确认

这项研究部分由中国国家重点研发项目(2017 yfa0103200),中国国家自然科学基金(81671734)和关键项目天津科技支持计划(18 yfzcsy00010)。

补充材料

表S1: rt - pcr引物序列(人类)。表S2: rt - pcr引物序列(鼠标)。图S1:流式细胞术分析hP-MSCs的表型分析。

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