جداسازی، شناسایی و مقایسه اگزوزوم های استخراج شده از سلول های بنیادی عصبی و آستروسیت های مغز موش صحرایی و اهمیت پتانسیل درمانی آنها در بیماری¬های نورودژنراتیو
محورهای موضوعی : زیست شناسی سلولی تکوینی گیاهی و جانوری ، تکوین و تمایز ، زیست شناسی میکروارگانیسم
اعظم کریمی
1
,
الهام حویزی
2
*
,
لطف اله خواجه پور
3
,
زهره قطب الدین
4
1 - دانشجوی دکتری فیزیولوژی جانوری، گروه زیست شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران
2 - استاد سلولی تکوین، گروه زیست شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران
3 - دانشیار فیزیولوژی جانوری، گروه زیست شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران
4 - دانشیار فیزیولوژی پزشکی، گروه فیزیولوژی، دانشکده دامپزشکی، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران
کلید واژه: اگزوزوم, سلول های بنیادی عصبی, سلول های آستروسیت, موش صحرایی,
چکیده مقاله :
مقدمه: استفاده از اگزوزومها به عنوان رویکردی جدید بویژه برای درمان بیماری های مرتبط با سیستم عصبی بسیار مورد توجه است. نوآوری این مطالعه ارائه تحلیل مقایسه‌ای ویژگی‌های بیومولکولی و مورفولوژیک اگزوزوم‌های استخراج‌شده از سلول‌های بنیادی عصبی (NSCs) و آستروسیت‌های مغز، که پیش‌تر در تحقیقات آزمایشگاهی به‌طور کامل مورد بررسی قرار نگرفته است، لذا هدف از این مطالعه استخراج اگزوزوم ها این سلول ها، شناسایی و مقایسه آنها جهت پیشبرد اهداف درمانی می باشد.
مواد و روشها: NSCs و آستروسیت ها از مغز نوزاد موش صحرایی استحصال شدند و مارکر های سطح آن ها به کمک ایمونوسیتوشیمی تایید شد. جداسازی اگزوزوم ها با استفاده از کیت آناسل انجام شد. جهت تایید اگزوزوم ها حضور CD مارکرها (CD9, CD63, CD81) با استفاده از وسترن بلات و تعیین غلظت اگزوزوم ها با استفاده از روش بردفورد انجام شد. بررسی های مورفولوژی و اندازه قطر اگزوزوم ها با استفاده از تصویر برداری میکروسکوپ الکترونی گذاره (TEM) و DLS انجام شد.
نتایج: ایمونوسیتوشیمی حضور مارکرهای Nestin، Tuj-1 و GFAP را نشان داد. غلظت اگزوزوم های استخراج شده به ترتیب در NSCs و آستروسیت ها معادل 52/330 و 19/454 میکروگرم/میلی لیتر بود. وسترن حضور مارکرهای CD9, CD63, CD81 را بر سطح اگزوزم های استخراج شده تایید کرد. میانگین قطر اگزوزوم های استخراج شده از NSCs و آستروسیت با استفاده از DLS، به ترتیب 45/50 و 61/38 نانومتر بود.
نتیجهگیری: این احتمال وجود دارد که اگزوزوم های استخراج شده از آستروسیت ها به سبب مقدار پروتئین بیشتر و اندازه کوچکتر نسبت به اگزوزوم های استخراج شده از NSCs توجه بیشتری را به عنوان یک رویکرد درمانی جدید در بیماری‌های سیستم عصبی به خود جلب کنند. اگرچه مطالعات بیشتر برای تأیید و بررسی عملکرد بیولوژیکی و اثربخشی این اگزوزومها در فرآیندهای ترمیم عصبی پیشنهاد می شود.
Introduction: Exosomes are a new approach to treatment that is of great interest, especially for diseases related to the nervous system. The innovation of this study lies in providing a comparative analysis of the biomolecular and morphological properties of exosomes derived from neural stem cells (NSCs) and brain astrocytes, which have not been thoroughly investigated in previous laboratory research. This study aims to extract exosomes from this cells, identification, validate them, and compare them to advance therapeutic goals.
Materials and Methods: It seems that, probably NSCs and astrocytes were extracted from the brain of newborn rats and their surface markers were confirmed by immunocytochemistry. Exosomes were isolated using the Anacell kit. To confirm the presence of exosomes, the presence of CD markers (CD9, CD63, CD81) was confirmed by Western blotting and the concentration of exosomes was determined by the Bradford method. The morphology and diameter of exosomes were examined using transmission electron microscopy (TEM) and DLS.
Results: Immunocytochemistry showed the presence of Nestin, Tuj-1, and GFAP markers. The concentration of extracted exosomes in NSCs and astrocytes was 330.52 and 454.19 μg/ml, respectively. Western blot confirmed the presence of CD9, CD63, and CD81 markers on the surface of extracted exosomes. The average diameter of exosomes extracted from neural stem cells and astrocytes using DLS was 50.45 and 38.61 nm, respectively.
Conclusion: Astrocyte-derived exosomes will likely attract more attention as a novel therapeutic approach in nervous system diseases due to their higher protein content and smaller size than from NSCS-derived exosomes. However, further studies are suggested to confirm and investigate these exosomes' biological function and efficacy in neural repair processes.
1 Marei, H.E., et al., Human olfactory bulb neural stem cells expressing hNGF restore cognitive deficit in Alzheimer's disease rat model. Journal of cellular physiology, 2015. 230(1): p. 116-130.
2 Valenza, M., et al., Alternative targets to fight Alzheimer’s disease: focus on astrocytes. Biomolecules, 2021. 11(4): p. 600.
3 Upadhya, R., et al., Astrocyte-derived extracellular vesicles: Neuroreparative properties and role in the pathogenesis of neurodegenerative disorders. Journal of controlled release, 2020. 323: p. 225-239.
4 Attili, D., et al., Astrocyte-derived exosomes in an iPSC model of bipolar disorder. Neurodevelopmental disorders: Employing IPSC technologies to define and treat childhood brain diseases, 2020: p. 219-235.
5 Cai, Z.-Y., et al., Exosomes: a novel therapeutic target for Alzheimer’s disease? Neural regeneration research, 2018. 13(5): p. 930-935.
6 Zou, Y., et al., Review on the roles of specific cell-derived exosomes in Alzheimer's disease. Frontiers in Neuroscience, 2022. 16: p. 936760.
7 Cai, Z.-Y., et al., Exosomes: a novel therapeutic target for Alzheimer’s disease? 2018. 13(5): p. 930-935.
8 You, Y., et al., Human neural cell type‐specific extracellular vesicle proteome defines disease‐related molecules associated with activated astrocytes in Alzheimer's disease brain. Journal of Extracellular Vesicles, 2022. 11(1): p. e12183.
9 Xiao, T., et al., The role of exosomes in the pathogenesis of Alzheimer’disease. Translational neurodegeneration, 2017. 6: p. 1-6.
10 Spinelli, M., et al., Neural stem cell-derived exosomes revert HFD-dependent memory impairment via CREB-BDNF signalling. International Journal of Molecular Sciences, 2020. 21(23): p. 8994.
11 Xu, H., et al., The functions of exosomes targeting astrocytes and astrocyte-derived exosomes targeting other cell types. Neural Regeneration Research, 2024. 19(9): p. 1947-1953.
12 Buenaventura, R.G., et al., Sequential isolation of microglia and astrocytes from young and aged adult mouse brains for downstream Transcriptomic analysis. Methods and Protocols, 2022. 5(5): p. 77.
13 Hoveizi, E. and S. Tavakol, Therapeutic potential of human mesenchymal stem cells derived beta cell precursors on a nanofibrous scaffold: an approach to treat diabetes mellitus. Journal of Cellular Physiology, 2019. 234(7): p. 10196-10204.
14 Wei, X., et al., Surface phosphatidylserine is responsible for the internalization on microvesicles derived from hypoxia-induced human bone marrow mesenchymal stem cells into human endothelial cells. PloS one, 2016. 11(1): p. e0147360.
15 Mahmoudi, M., et al., Comparison of the effects of adipose tissue mesenchymal stromal cell-derived exosomes with conditioned media on neutrophil function and apoptosis. International immunopharmacology, 2019. 74: p. 105689.
16 Jung, M.K. and J.Y. Mun, Sample preparation and imaging of exosomes by transmission electron microscopy. Journal of visualized experiments: JoVE, 2018(131): p. 56482.
17 Wang, J., et al., Identification and analysis of exosomes secreted from macrophages extracted by different methods. International journal of clinical and experimental pathology, 2015. 8(6): p. 6135.
18 Bernal, A. and L. Arranz, Nestin-expressing progenitor cells: function, identity and therapeutic implications. Cellular and Molecular Life Sciences, 2018. 75: p. 2177-2195.
19 Ying, C., et al., Neural differentiation of rat adipose-derived stem cells in vitro. Cellular and Molecular Neurobiology, 2012. 32: p. 1255-1263.
20 Ye, Y., et al., Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) infusion restored astrocytic plasticity in the hippocampus of a rat model of depression. Neuroscience letters, 2011. 503(1): p. 15-19.
21 Zhang, W., et al., Astrocyte-derived exosomes protect hippocampal neurons after traumatic brain injury by suppressing mitochondrial oxidative stress and apoptosis. Aging (Albany NY), 2021. 13(17): p. 21642.
22 Long, X., et al., Astrocyte-derived exosomes enriched with miR-873a-5p inhibit neuroinflammation via microglia phenotype modulation after traumatic brain injury. Journal of neuroinflammation, 2020. 17: p. 1-15.
23 Ma, K., et al., Insulin-like growth factor-1 enhances neuroprotective effects of neural stem cell exosomes after spinal cord injury via an miR-219a-2-3p/YY1 mechanism. Aging (Albany NY), 2019. 11(24): p. 12278.
24 Guo, M., et al., Mesenchymal stem cell-derived exosome: a promising alternative in the therapy of Alzheimer’s disease. Alzheimer's research & therapy, 2020. 12: p. 1-14.
25 Li, J., et al., Highly Sensitive Exosome Detection for Early Diagnosis of Pancreatic Cancer Using Immunoassay Based on Hierarchical Surface‐Enhanced Raman Scattering Substrate. Small Methods, 2022. 6(6): p. 2200154.
26 Derkus, B., et al., Xenogenic neural stem cell‐derived extracellular nanovesicles modulate human mesenchymal stem cell fate and reconstruct metabolomic structure. Advanced Biology, 2022. 6(6): p. 2101317.
27 Gordillo-Sampedro, S., et al., iPSC-derived healthy human astrocytes selectively load miRNAs targeting neuronal genes into extracellular vesicles. Molecular and Cellular Neuroscience, 2024. 129: p. 103933.
28 Zhang, R., et al., NSC-derived exosomes enhance therapeutic effects of NSC transplantation on cerebral ischemia in mice. Elife, 2023. 12: p. e84493.
29 Li, H., et al., Glia-derived exosomes: Promising therapeutic targets. Life sciences, 2019. 239: p. 116951.
30 Apodaca, L.A., et al., Human neural stem cell-derived extracellular vesicles mitigate hallmarks of Alzheimer’s disease. Alzheimer's Research & Therapy, 2021. 13: p. 1-18.
31 Luarte, A., et al., Astrocyte-derived small extracellular vesicles regulate dendritic complexity through miR-26a-5p activity. Cells, 2020. 9(4): p. 930.