Development and optimisation of storage methods for mesenchymal stem cells (MSCs) and their exosomes (MSC-Exos) to preserve their therapeutic potential
Ескіз недоступний
Дата
2024
Автори
Науковий керівник
Укладач
Редактор
Назва журналу
ISSN
E-ISSN
Назва тому
Видавець
Одеський національний університет імені І. І. Мечникова
Анотація
This study focuses on optimizing exosome extraction and modification methods to improve their purity, stability, and biomedical applicability. Exosomes were extracted from the supernatant of umbilical cord mesenchymal stem cells using ultracentrifugation and dialysis ultrafiltration. Comparative analysis revealed that ultracentrifugation yielded exosomes with higher purity, consistent particle size, and strong expression of specific markers (TSG101 and CD9), making it the preferred extraction method.
Exosome liposomes were successfully prepared using ultrasound and thin-film dispersion methods. The ultrasound method, particularly at an optimal amplitude of 23%, achieved efficient fusion of exosomes and liposomes, as confirmed by fluorescence resonance energy transfer (FRET) technology. This method also retained the specific markers of exosomes (TSG101 and CD9).
In stability tests, exosome liposomes prepared by ultrasound demonstrated superior physical and biological stability under short-term storage at 4°C, maintaining consistent particle size, PDI, and Zeta potential, while promoting better cell proliferation compared to thin-film dispersion. The degradation rates of exosome-specific markers were lower for ultrasound-prepared liposomes, supporting their enhanced functional stability.
Overall, the study proposes ultracentrifugation as the optimal exosome extraction method and ultrasound (23% amplitude) as the preferred approach for preparing stable and functional exosome liposomes. These findings provide valuable insights for enhancing the biomedical applications of exosomes.
Дане дослідження присвячене оптимізації методів екстракції та модифікації екзосом з метою підвищення їх чистоти, стабільності та біомедичної застосовності. Екзосоми були отримані із супернатанту мезенхімальних стовбурових клітин пуповини за допомогою ультрацентрифугування та діалізного ультрафільтрування. Порівняльний аналіз показав, що метод ультрацентрифугування забезпечує отримання екзосом із вищою чистотою, однорідними розмірами частинок і вираженою експресією специфічних маркерів (TSG101 і CD9), що робить його пріоритетним методом екстракції. Ліпосоми екзосом були успішно підготовлені за допомогою ультразвуку та методу тонкошарової дисперсії. Ультразвуковий метод, особливо при оптимальній амплітуді 23%, забезпечив ефективне злиття екзосом із ліпосомами, що підтверджено технологією резонансного переносу енергії флуоресценції (FRET). Цей метод також дозволив зберегти специфічні маркери екзосом (TSG101 і CD9). У тестах стабільності ліпосоми екзосом, підготовлені методом ультразвуку, продемонстрували вищу фізичну та біологічну стабільність при короткостроковому зберіганні за температури 4°C, підтримуючи стабільний розмір частинок, PDI і Zeta-потенціал, а також краще сприяли проліферації клітин порівняно з методом тонкошарової дисперсії. Рівень деградації специфічних маркерів екзосом був нижчим у ліпосом, підготовлених методом ультразвуку, що підтверджує їхню вищу функціональну стабільність. Загалом, дослідження пропонує ультрацентрифугування як оптимальний метод екстракції екзосом, а ультразвуковий метод (амплітуда 23%) — як пріоритетний підхід для створення стабільних і функціональних ліпосом екзосом. Ці висновки надають цінні інсайти для вдосконалення біомедичного застосування екзосом.
Дане дослідження присвячене оптимізації методів екстракції та модифікації екзосом з метою підвищення їх чистоти, стабільності та біомедичної застосовності. Екзосоми були отримані із супернатанту мезенхімальних стовбурових клітин пуповини за допомогою ультрацентрифугування та діалізного ультрафільтрування. Порівняльний аналіз показав, що метод ультрацентрифугування забезпечує отримання екзосом із вищою чистотою, однорідними розмірами частинок і вираженою експресією специфічних маркерів (TSG101 і CD9), що робить його пріоритетним методом екстракції. Ліпосоми екзосом були успішно підготовлені за допомогою ультразвуку та методу тонкошарової дисперсії. Ультразвуковий метод, особливо при оптимальній амплітуді 23%, забезпечив ефективне злиття екзосом із ліпосомами, що підтверджено технологією резонансного переносу енергії флуоресценції (FRET). Цей метод також дозволив зберегти специфічні маркери екзосом (TSG101 і CD9). У тестах стабільності ліпосоми екзосом, підготовлені методом ультразвуку, продемонстрували вищу фізичну та біологічну стабільність при короткостроковому зберіганні за температури 4°C, підтримуючи стабільний розмір частинок, PDI і Zeta-потенціал, а також краще сприяли проліферації клітин порівняно з методом тонкошарової дисперсії. Рівень деградації специфічних маркерів екзосом був нижчим у ліпосом, підготовлених методом ультразвуку, що підтверджує їхню вищу функціональну стабільність. Загалом, дослідження пропонує ультрацентрифугування як оптимальний метод екстракції екзосом, а ультразвуковий метод (амплітуда 23%) — як пріоритетний підхід для створення стабільних і функціональних ліпосом екзосом. Ці висновки надають цінні інсайти для вдосконалення біомедичного застосування екзосом.
Опис
Ключові слова
162 biotechnology and bioengineering, магістр, exosomes, ultracentrifugation, ultrasound, thin-film dispersion, liposomes, biomedical applications, stability, екзосоми, ультрацентрифугування, ультразвук, тонкошарова дисперсія, ліпосоми, біомедичне застосування, стабільність
Бібліографічний опис
Guo Jingjng. Development and optimisation of storage methods for mesenchymal stem cells (MSCs) and their exosomes (MSC-Exos) to preserve their therapeutic potential = Розробка та оптимізація методів зберігання мезенхімальних стовбурових клітин (MSCs) та їх екзосом (MSC-Exos) для збереження їх терапевтичного потенціалу : Qualification work (thesis) for obtaining the degree of higher education «Master» / Guo Jingjng. – Odesa, 2024. – 81 p.