人诱导多能干细胞改善小鼠模型中高氧诱导的肺损伤

Human induced pluripotent stem cells ameliorate hyperoxia-induced lung injury in a mouse model.

作者信息Adam Mitchell, Heather Wanczyk, Todd Jensen, Christine Finck
PMID32051754
发布时间2020-01-15
DOI--

实验完整度

包含细胞治疗、组织形态计量学分析、基因表达检测和外泌体实验,但缺乏功能验证和机制验证,整体实验设计中等。

主要模型

新生C57BL/6J小鼠高氧肺损伤模型 人诱导多能干细胞(iPSCs) 肺泡样表型分化细胞(diPSCs)

重点核对

高氧暴露时长(6天或14天)及75%氧气浓度 细胞治疗剂量:1×10^5细胞/只,口内滴注 治疗后评估时间点:7天和14天 炎症基因表达检测(Il-6、Tgfβ1、Nfkb1) 平均线性截距(MLI)的组织形态计量学分析

摘要

高氧诱导的肺损伤发生在因早产而需要氧气支持的新生儿中,常导致支气管肺发育不良的发生。目前的治疗方案效果有限。本研究旨在确定人诱导多能干细胞(iPSCs)及其分化为肺泡样表型的细胞(diPSCs)是否能够修复小鼠模型中高氧诱导的肺损伤。新生C57BL6/J小鼠被分为两组,分别暴露于75%氧气中6天或14天。在移除氧气后,通过口内滴注给予细胞治疗。对照组包括高氧、常氧和媒介物对照。治疗后7天和14天,取出肺组织并进行组织形态计量学分析。研究了介导炎症的标记物(Tgfβ1、Nfkb1和Il-6)的基因表达。此外,从每种细胞类型中分离外泌体,并作为无细胞替代方案进行给药。治疗前,高氧肺与常氧肺的平均线性截距(MLI)存在显著差异。在6天和14天高氧后,iPSC处理肺的MLI与常氧肺无差异。对于暴露于6天高氧的小鼠,iPSC处理肺的基因表达在14天后恢复正常。在同一时间点,diPSCs的效果不如iPSCs。外泌体在逆转高氧肺损伤方面也不如其细胞对应物有效。本研究强调了iPSCs通过可能调节炎症反应来修复受损肺组织的潜在益处,为急性高氧诱导的肺损伤和预防支气管肺发育不良提供了新的治疗思路。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
人诱导多能干细胞(iPSCs)及其分化的肺泡样细胞(diPSCs)能否修复高氧诱导的肺损伤,从而预防支气管肺发育不良?
核心机制
iPSCs可能通过调节炎症反应(如降低Il-6表达)来修复高氧诱导的肺损伤。
主要证据
在6天和14天高氧暴露后,iPSC处理的小鼠肺MLI与常氧组无显著差异,且炎症基因表达水平降低,而diPSCs效果较差。
研究意义
本研究表明iPSCs具有修复受损肺组织的潜力,可能为急性高氧诱导肺损伤和预防支气管肺发育不良提供新的治疗策略。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

建立高氧肺损伤模型

模拟新生儿高氧诱导的肺损伤,以评估细胞治疗的效果。

新生C57BL/6J小鼠在出生后24小时暴露于75%氧气,持续6天或14天,以诱导高氧肺损伤。

2

细胞制备与移植

制备并移植iPSCs和diPSCs,评估其修复肺损伤的能力。

人iPSCs由成纤维细胞重编程获得,并部分分化为肺泡样表型(diPSCs)。在PN7或PN15天,将1×10^5细胞重悬于40μL HBSS中,通过口内滴注给予小鼠。

3

组织形态计量学分析

评估细胞治疗对肺组织结构损伤的修复效果。

治疗后7天和14天,取肺组织固定、包埋、切片,进行H&E染色,计算平均线性截距(MLI)。

4

炎症基因表达检测

评估细胞治疗对高氧诱导的炎症反应的调节作用。

提取肺组织RNA,通过qRT-PCR检测Il-6、Tgfβ1和Nfkb1等炎症相关基因的表达。

5

外泌体分离与给药

评估iPSCs和diPSCs来源的外泌体作为无细胞治疗替代方案的可行性。

收集细胞培养上清,使用Total Exosome Isolation Reagent分离外泌体,并用CD63/CD81抗体偶联磁珠进行纯化和表征。将外泌体/磁珠复合物(75,000个)口内给予高氧暴露小鼠。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
TrypLE ExpressThermoFisher Scientific--
汉克斯平衡盐溶液ThermoFisher Scientific--
CellBrite FixBiotium--
可固定活力染料eFluor 780eBioscience--
OCT4/e660eBioscience50-5841-82
SOX2/A488eBioscience53-9811-82
SSEA4/PEeBioscience12-8843-41
TRA-1-60/PerCP eF710eBioscience46-8863-82
AQP5/FITCBiossbs-1554R
SPC/PEBiossbs-10067R
TTF1/A647Biossbs-0826R
T1α/PE-CY7Biolegend337014
UltraComp ebeadseBioscience--
RNeasy Plus Mini KitQiagen--
iScript反转录预混液Bio-Rad--
CFX96实时荧光定量PCR仪Bio-Rad--
蔡司Observer Z1倒置明场/荧光显微镜Zeiss--
ImageJ----
MMP2抗体Abcamab37150
TGFβ1抗体Abcamab92486
IL-6抗体ThermoFisher ScientificMM600C
山羊抗兔488ThermoFisher ScientificA11008
山羊抗大鼠546ThermoFisher ScientificA11081
总外泌体分离试剂ThermoFisher Scientific--
CD63抗体BD Biosciences557305
CD81抗体eBioscience46-0819-41
Dynabeads磁珠ThermoFisher Scientific--
BD FACs Aria II流式细胞分选仪BD Biosciences--
JEOL-JSM-5900 LV扫描电子显微镜JEOL--
罗氏蛋白酶抑制剂Roche Diagnostics--
PVDF膜----
脱脂牛奶Bio-Rad--
外泌体抗CD63抗体ThermoFisher Scientific10628D
外泌体抗CD81抗体ThermoFisher Scientific10630D
抗小鼠HRP偶联二抗Sigma--
ECL +化学发光检测系统Amersham Biosciences--
ChemiDoc MP成像系统Bio-Rad--
GraphPad Prism----

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
高氧肺损伤模型建立
氧气浓度:75%
阅读提示:材料与方法-细胞制备和移植
高氧肺损伤模型建立
暴露时长:6天或14天
阅读提示:材料与方法-细胞制备和移植
细胞移植
细胞剂量:1×10^5细胞/只
阅读提示:材料与方法-细胞制备和移植
细胞移植
给药途径:口内滴注
阅读提示:材料与方法-细胞制备和移植
细胞移植
细胞悬浮体积:40 μL HBSS
阅读提示:材料与方法-细胞制备和移植
组织形态计量学分析
取材时间点:治疗后7天和14天
阅读提示:结果-组织形态计量学分析
基因表达分析
目的基因:Il-6、Tgfβ1、Nfkb1
阅读提示:材料与方法-肺组织分析
基因表达分析
内参基因:B2m或Gapdh
阅读提示:材料与方法-肺组织分析
外泌体治疗
外泌体/磁珠复合物剂量:75,000个/只
阅读提示:材料与方法-外泌体分离、表征和递送