人乳牙脱落干细胞的条件培养基含有与细胞外基质组织相关的因子并促进角膜上皮伤口愈合

Conditioned media of stem cells from human exfoliated deciduous teeth contain factors related to extracellular matrix organization and promotes corneal epithelial wound healing.

作者信息Shinri Sato, Yuji Teramura, Yoko Ogawa, Eisuke Shimizu, Masato Otake, Keigo Hori, Takamitsu Kamata, Yujing Shu, Yasuhiro Seta, Akiko Kuramochi, Kazuki Asai, Shota Shimizu, Kazuno Negishi, Masatoshi Hirayama
PMID40170802
发布时间2025-03-18
DOI10.1016/j.reth.2025.03.002

实验完整度

包含体外细胞迁移实验、角膜上皮刮除小鼠模型和慢性GVHD小鼠模型等多个独立证据层级,并进行蛋白质组学和机制验证。

主要模型

人角膜上皮细胞(HCEpCs) 角膜上皮刮除小鼠模型(BALB/cCrSlc小鼠) 慢性GVHD小鼠模型(B10.D2/nSnSlc → BALB/cCrSlc)

重点核对

SHED-CM浓度:210 μg/mL,IM-SHED-CM:109 μg/mL,>3.5 kD组分:505 μg/mL(Hi)和50 μg/mL(Lo)用于刮除模型;cGVHD模型使用SHED-CM 210 μg/mL、IM-SHED-CM 109 μg/mL、>3.5 kD Hi 505 μg/mL和>3.5 kD Lo 50 μg/mL 治疗频率:刮除模型为每日四次;cGVHD模型为每日两次,持续21天(BMT后第7天至第28天) 体外划痕实验: HCEpCs接种密度8×10^4细胞/孔,划痕后与总蛋白浓度51 μg/mL的CM孵育24小时 cGVHD模型:BMT后第28天进行CFS评分和免疫组化分析 统计学方法:Shapiro-Wilk检验、Bartlett检验、单因素方差分析(Tukey-Kramer事后检验)或Welch ANOVA(Dunnett's T3事后检验),显著性水平P < .05

摘要

本研究旨在探讨人间充质干细胞(hMSCs),特别是来自人乳牙脱落干细胞(SHED)的无细胞条件培养基(CM)用于治疗眼表疾病的治疗潜力。通过细胞因子阵列和液相色谱-质谱联用(LC-MS)比较了各种hMSC-CM的蛋白质组。生物信息学分析确定了与SHED-CM、永生化SHED-CM(IM-SHED-CM)以及IM-SHED-CM去除低分子量(小于3.5 kD)组分后的成分相关的关键生物学通路。通过上皮刮除构建角膜上皮伤口愈合模型,并用SHED-CM制备的滴眼液处理。对于迁移实验,人角膜上皮细胞被划伤,然后与SHED-CM共孵育。将SHED-CM、IM-SHED-CM和>3.5 kD组分滴眼液施用于患有严重角膜上皮损伤的慢性移植物抗宿主病(cGVHD)小鼠模型。SHED-CM、IM-SHED-CM和IM-SHED-CM的>3.5 kD组分富含参与上皮伤口愈合的因子,特别是细胞外基质(ECM)组织。体外和体内实验均表明SHED-CM显著促进角膜上皮伤口愈合。此外,SHED-CM来源的滴眼液减少了cGVHD小鼠模型角膜上皮损伤、炎症细胞浸润和氧化应激,并维持了角膜缘干细胞标志物的表达。这些发现表明SHED-CM滴眼液可能成为角膜上皮损伤的新型治疗方法,强调了生物活性因子在促进伤口愈合中的作用,并为基于细胞的MSC疗法治疗角膜伤口愈合提供了替代方案。

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
SHED-CM及其永生化来源的CM是否可作为无细胞疗法促进角膜上皮伤口愈合,并减轻慢性GVHD相关的角膜损伤?
核心机制
SHED-CM富含细胞外基质(ECM)组织相关因子(如胶原、纤连蛋白、dermcidin等),这些因子通过促进细胞黏附、迁移、增殖和分化,以及调节炎症和氧化应激,促进角膜上皮伤口愈合。
主要证据
体外划痕实验显示SHED-CM处理的人角膜上皮细胞迁移能力显著增强;体内角膜上皮刮除模型和cGVHD小鼠模型中,SHED-CM及其组分滴眼液显著减小上皮缺损面积、降低CFS评分、减少CD45+细胞浸润和氧化应激标志物(8-OHdG、4-HNE)表达,并维持角膜缘干细胞标志物(ABCB5、p63)的表达。
研究意义
SHED-CM和IM-SHED-CM滴眼液可能成为角膜上皮损伤的新型治疗方法,为基于细胞的MSC疗法提供替代方案,并强调了生物活性因子在伤口愈合和免疫调节中的重要性。

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

表征SHED-CM和其他MSC-CM的蛋白质组

分析SHED-CM与不同来源MSC-CM的分泌因子组成,确定其独特特征和富集通路。

使用细胞因子抗体阵列(440个人类细胞因子)和LC-MS分析SHED-CM、骨髓、脂肪、毛囊和脐带来源的MSC-CM,并进行Reactome通路分析和GO分析。

2

评估SHED-CM对体外角膜上皮细胞迁移的影响

验证SHED-CM及其组分是否能促进人角膜上皮细胞的迁移。

在48孔板中培养HCEpCs至单层,用移液枪头划痕,然后用SHED-CM、IM-SHED-CM和>3.5kD组分(总蛋白51 μg/mL)处理,培养24小时后分析划痕面积。

3

验证SHED-CM滴眼液对小鼠角膜上皮刮除模型的疗效

评估SHED-CM及其组分滴眼液对体内角膜上皮伤口愈合的影响。

在BALB/cCrSlc小鼠角膜中央用3mm环钻标记并刮除上皮,然后每日四次给予SHED-CM、IM-SHED-CM、>3.5kD组分(Hi和Lo)或PBS滴眼液,每12小时通过荧光素染色和显微镜观察拍照,分析上皮缺损面积。

4

验证SHED-CM滴眼液对cGVHD小鼠模型的疗效

评估SHED-CM滴眼液是否能减轻cGVHD相关的角膜上皮损伤、炎症和氧化应激,并维持角膜缘干细胞标志物。

使用MHC匹配、miHA错配的BMT建立cGVHD模型(B10.D2 → BALB/c),从BMT后第7天开始每日两次给予SHED-CM、IM-SHED-CM、>3.5kD组分或PBS滴眼液,持续21天。BMT后28天进行角膜荧光素染色评分、全角膜CD45免疫染色、角膜缘干细胞标志物(ABCB5、p63)和氧化应激标志物(8-OHdG、4-HNE)的免疫组化分析。

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
杜氏改良Eagle培养基----
胎牛血清----
胶原酶----
胰蛋白酶/EDTA----
抗生素-抗真菌剂----
SV40基因慢病毒载体Applied Biological Materials Inc.--
Stericup Quick Release-GP无菌真空过滤系统MerckS2GPU05RE
Spectra/Por™ 7透析膜Fujifilm132,110
Q Exactive超高分辨杂化四极杆Orbitrap质谱仪Thermo Fisher Scientific--
UltiMate 3000纳升液相色谱系统Thermo Fisher Scientific--
HTC-PAL自动进样器CTC Analytics--
ReproSil-Pur C18-AQ色谱柱Dr. Maisch--
RayBio人类细胞因子抗体阵列G系列4000Raybiotech--
骨髓来源的人MSC-CMTakara BioC-12974
脂肪组织来源的人MSC-CMTakara BioC-12977
脐带来源的人MSC-CMTakara BioC-12971
抗p63抗体Santa Cruz Biotechnologysc-25268
抗ABCB5抗体Bioss Antibodiesbs-1604R
抗4-HNE抗体Japan Institute for the Control AgingHNEJ-2
抗8-OHdG抗体GenoxMOG-020P
靶标修复液Agilent TechnologiesS169984
正常山羊血清Jackson ImmunoResearch Laboratories012-000-120
DAPI----
Alexa Fluor 488标记的山羊抗兔IgG二抗Thermo Fisher ScientificA11034
Alexa Fluor 488标记的山羊抗小鼠IgG二抗Thermo Fisher ScientificA11029
THUNDER Imager 3D细胞培养成像系统Leica--
甲醛Fuji Film133-10311
氯化镁Nakarai95,812-85
乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸Nakarai37,346-05
NP-40Nakarai25,223-04
二甲基亚砜Nakarai13,407-45
Triton X-100Nakarai35,501-02
正常山羊血清Thermo Fisher Scientific50062Z
APC标记的CD45抗体Biolegend103,112
DAPIThermo Fisher Scientific62,247
荧光封片剂Agilent TechnologiesS302380-2
载玻片MatsunamiMAS-01
荧光素钠Novartis Pharma877,290
显微镜(SZ61)Olympus--
Alger Brush II角膜锈环去除器Alger Co.--
氧氟沙星----
人角膜上皮细胞KURABOKC-4009
OcuLife Comp试剂盒KURABO--
D-PBS----
RPMI1640培养基----
Gammacell 137铯源Hitachi Medico Ltd.--

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
细胞因子阵列
使用的细胞因子阵列膜类型(RayBio G Series 4000),样品准备和扫描的重复数(文中提到所有扫描一式两份),以及用于比较的DMEM和不同来源MSC-CM的制备方法
阅读提示:Methods 2.9 Cytokine antibody array
LC-MS分析
质谱仪的型号和参数(Q Exactive,DIA模式,分辨率等),色谱柱规格和梯度,DIA-NN软件的版本和搜索参数(FDR 1%等)
阅读提示:Methods 2.8 Liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS) analysis
体外划痕实验
HCEpCs的代数、接种密度(8×10^4细胞/孔)、培养时间(24小时)、划痕工具(1000 μL移液枪头)、处理浓度(总蛋白51 μg/mL)、孵育时间(24小时)和分析软件(ImageJ)
阅读提示:Methods 2.13 Scratch assay of human corneal epithelial cells (HCEpCs)
角膜上皮刮除模型
小鼠品系、年龄(9周龄)、麻醉方法(戊巴比妥钠50 mg/kg ip)、环钻直径(3.0 mm)、刮除工具(Alger Brush II)、滴眼液浓度和频率(SHED-CM 210 μg/mL, IM-SHED-CM 109 μg/mL, >3.5kD Hi 505 μg/mL, >3.5kD Lo 50 μg/mL, 每日四次)、观察时间点(0, 12, 24, 36, 48小时)和每组样本量(n=5)
阅读提示:Methods 2.2 Corneal epithelial wound healing model and experimental procedure; Results 3.2 Figure 4
cGVHD小鼠模型
BMT供体和受体品系(B10.D2/nSnSlc 供体, BALB/cCrSlc 受体)、性别(雄性供体、雌性受体)、年龄(7-9周)、照射剂量(7 Gy)、细胞数量(1×10^6骨髓细胞和2×10^6脾细胞)、移植后处理时间(第7天至第28天)、滴眼液浓度和频率(每日两次)、CFS评分标准、免疫组化抗体浓度和孵育时间
阅读提示:Methods 2.3 Whole bone marrow transplantation (BMT); 2.4 Treatment of allogeneic BMT recipient mice with SHED-CM eye drops; 2.10 Immunohistochemistry; 2.11 Corneal whole-mount staining; 2.12 Corneal fluorescein staining; Results 3.3-3.5 and Figures 5-7