中科院肿瘤微环境重点实验室于Cell Death & Disease发表文章,展示间充质干细胞亚群均一性研究成果

2019-11-23 10:46:26

中国科学院上海营养与健康研究所肿瘤微环境重点实验室日前在Nature子刊 Cell Death & Disease上发表题目为《Single cell transcriptomic 

analysis of human mesenchymal stem cells reveals limited heterogeneity》的文章,对大量样本运用微流体单细胞捕获系统和二代测序技

术,进行了间充质干细胞的亚群的均一性分析,为临床治疗的优化提供了可行性探究。


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间充质干细胞(MSCs)是多潜能细胞,由于它们的自我更新特性和多重分化潜力,使用体外扩增进行再生医学疗法很有前景。目前已从各种组织和器官中分离出MSC,

尽管骨髓来源的骨髓间充质干细胞(BMMSCs)具有最广泛用于治疗潜力探索,但脐带(UC)似乎更适合临床应用。相比对于BM-MSC,UC-MSC更为大量且容易收

获,没有复杂的BM抽吸程序。重要的是,UC-MSCS是在生命的早期衍生的,在体内移植时具有较低的免疫原性。尽管它们大多是同种异体的,但它们的治疗作用在临

床前已证实疗效。

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用于单细胞测序的MSCs的制备工艺

MSC在组织再生方面的研究在炎症性疾病方面取得了的成功,归因于MSCS免疫调节的能力。、其疗效首次在一名9岁患有类这固醇和环孢菌素耐药的移植物抗宿主病的患

者身上发现;然而,成功的结果并不总是可以实现的。考虑到炎症在使骨髓间充质干细胞具有免疫抑制能力方面的关键作用,一系列利用炎症细胞因子(IFNγ和TNFα)联

合在体外预处理骨髓间充质干细胞的研究已经在体内实验中达到了改善了自身免疫性疾病的治疗效果。炎症细胞因子可诱导MSCs中趋化因子和免疫抑制因子如CCL5、

CXCL9、吲哚胺2,3-二加氧酶(IDO)、前列腺素内过氧化物合酶2(PTGS2)和TNFα刺激基因6(TSG6)的强烈表达,从而通过协同作用导致免疫抑制。


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对来自两个不同供体和三个通道的UC-MSCs进行PCA分析


在控制MSCs临床应用效果的重要参数中,MSC类群的标准化是第一位的。来自不同供体、组织、克隆甚至来自同一克隆的不同细胞的间充质干细胞可能存在异质性。

延迟型超敏反应(DTH)小鼠模型的初步研究表明,从不同供体分离出的间充质干细胞对治疗DTH有不同的作用。克隆间异质性可能是临床试验结果不一致的原因。

单细胞测序技术的发展为探索单细胞水平的异质性提供了一种独特的方法。迄今为止,对人骨髓间充质干细胞的研究大多是基于大量的类群,迫切需要对骨髓间充质

干细胞的单细胞分析进行详细的研究,以阐明其多重性变化。


研究人员采用最先进的微流体单细胞捕获系统和二代测序技术来研究人类UC-MSCs的转录不均一性。在对361个UC-MSCs和159个暴露于炎性细胞因子中的样本分

析后,发现培养的UC-MSCs普遍存在亚群。


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左图:WGCNA揭示了MSC热图的关键模块,各模块在各子簇中的意义

右图:不同数据集模块保存得分的热图。模块保存分数由z-总结分数表示

权重基因共表达网络分析显示(WGCNA),UC-MSCs只具有令人惊讶的有限的异质性,主要受某些关键基因模块的控制。经过炎症细胞因子(IFNγ和TNFα)预处

理后MSCs表现出与基因表达的一致变化。基于细胞周期的主成分分析(PCA)表明,UC-MSCs的异质性与其进入G2/M期密切相关。这是通过观察一个特征基因

CD168以细胞周期依赖的方式表达被进一步证明的。当高含量CD168的 UC-MSCs在体外分类培养时,再次显示出相似的CD168表达模式。基于这些基因的进一

步分析证实了细胞周期分布是UC-MSCS异质性来源的一个重要原因。结合其他研究的信息,结果表明,UC-MSCs是一个相对均一的细胞群,分离和扩增方案的标准

化对于获得更好的临床结果是极为可行的。


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扩增的间充质干细胞的有限异质性与细胞周期阶段相关数据

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细胞周期阶段决定间充质干细胞的异质性相关数据

在该研究中,采用了大量样本,利用Fluidigm C1微流控系统进行单细胞制备。在文库构建前,提取的RNA需要进行严格质量控制,包括降解、污染、

浓度、纯度及完整性检测。其中纯度的检测使用了Implen Nanophotometer®超微量分光光度计,并获得了可靠的结果,为后续实验流程提供了一

致性的流程控制数据。


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在核酸质控领域,Implen的Nanophotometer® 系列超微量分光光度计+ Qubit + Bioanalyzer

2100 + 凝胶成像的组合已经成为众多实验室的标准流程配置。尤其是针对高通量数据研究,可以充分确保实验结果的可靠性和一致性。

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使用Nanophotometer® 系列超微量分光光度计进行核酸纯度检测的优势,在于其多光谱检测的准确性和极快的检测速度,可提供可靠的

260/280、260/230比值,以评估核酸纯度。这基于德国Implen专利的样品压缩技术。

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除NP80和N60之外,对于多样本和高通量检测,客户也可选择最新推出的N120系统,该系统可同时进行12个核酸或蛋白质样本的浓度、纯度

检测,是理想的高通量快速检测方法。


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目前,在核酸质控领域,德国Implen可提供完善的解决方案,在保证数据可靠性的同时,最大限度的简化操作流程,以提高工作效率。



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