Geri Dön

Immunomodulatory potential of human umbilical cord tissue-derived mesenchymal stromal cell (UCX®) exosomes in combination with immunosuppressive 'A151' oligodeoxynucleotide

İnsan göbek kordonu dokusundan elde edilen mezenkimal kök hücre (UCX®) eksozomlarının immünbaskılayıcı oligodeoksinükleotid A151 ile birlikte immün düzenleyici etkileri

PDF İndir

  1. Tez No: 574233
  2. Yazar: ÖZLEM BULUT
  3. Danışmanlar: PROF. DR. İHSAN GÜRSEL
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Allerji ve İmmünoloji, Biyoteknoloji, Moleküler Tıp, Allergy and Immunology, Biotechnology, Molecular Medicine
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2019
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
  10. Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 159

Özet

Mezenkimal stromal hücreler veya mezenkimal kök hücreler (MKHler) doku yenileyici özelliklerinin yanında immün yanıtı düzenleyici özelliklere de sahiptir. Araştırmalar MKHlerin etkilerinin çoğunun parakrin bir şekilde ve eksozom adı verilen hücre dışı kesecikler ile sağlandığını göstermektedir. Bu çalışmada, patentli ve özel bir MKH türü olan, göbek kordonu dokusundan elde edilen ve UCX® adı verilen MKHler kullanılmıştır. UCX® hücreleri immün baskılayıcılık açısından altın standart olan kemik iliği MKHlerinden üstündür. Çalışmanın amacı UCX® eksozomlarını karakterize etmek ve immün düzenleyici terapi yöntemi olarak test etmektir. Bir başka amaç da 2 boyutlu (2D) hücre kültürü ile 3 boyutlu (3D) hücre kültüründen elde edilen eksozomların fonksiyonel olarak karşılaştırılmasıdır. 3D kültür hücreler arasında ve hücreler ile hücre dışı matris arasında daha fazla etkileşim sağladığı için canlı organizmadaki duruma daha yakındır. A151 ODN adı verilen ve memeli telomerlerindeki TTAGGG motifinin 4 tekrarından oluşan sentetik oligodeoksinükleotid geniş kapsamlı immün baskılayıcı etkilere sahiptir. A151 ODN'in lipozom veya eksozomlara yüklenmesi nükleazlar tarafından parçalanmasını önleyerek etkinliğini artırmaktadır. Bu çalışmada, A151 ODN'i UCX® eksozomlarına yükleyerek iki ajanın immün düzenleyici etkilerini birleştirmek ve sinerjik etki elde etmek amaçlanmıştır. Grubumuzca geliştirilen yükleme tekniğiyle A151 ODN eksozomlara yaklaşık %95 verimle yüklenebilmiştir. Öncelikle, farklı immün hücrelerin UCX® eksozomlarına bağlanma ve eksozomları içine alma kapasiteleri incelenmiş ve 3D eksozomların hedef hücrelerle daha çabuk ve daha fazla etkileşime girdiği görülmüştür. Eksozomların Toll-benzeri reseptör (TLR) yolaklarına etkisi fare dalak hücrelerinde ve kemik iliğinden farklılaştırılmış makrofajlarda (BMDMler) incelendiğinde, eksozomların TLR1/2, TLR4, TLR7/8 ve TLR9 yolaklarının aktivasyonu sonucu gerçekleşen IFNγ, IL6, IL12, ve daha az ölçüde TNFα üretimini bastırabildiği ve 3D eksozomların genel olarak 2D eksozomlardan daha etkin olduğu görülmüştür. Eksozomlara A151 ODN yüklenmesi enflamatuar sitokinlerin baskılanmasını artırmıştır. Ayrıca eksozomlar, özellikle 3D eksozomlar, BMDMlerde TLR yolaklarının aktive edilmesi üzerine artan yardımcı uyarıcı CD80 ve CD86 molekülleri ile antijen sunucu MHC-II molekülünün miktarlarını azaltmıştır. Makrofaj polarizasyonu deneyleri ise eksozomların BMDMleri yüksek miktarda nitrik oksit ve arjinaz üretecek şekilde programladığını göstermiştir. Bu iki faktör, myeloid kökenli baskılayıcı hücrelerin (MDSCler) T ve NK hücrelerini baskılamakta kullandıkları ana faktörlerdir. Makrofajları MDSC benzeri baskılayıcı bir fenotipe çekmelerinin yanı sıra, eksozomlar farelerde karın içi enjeksiyon yoluyla uygulandıklarında MDSC popülasyonlarını artırmışlardır. UCX® eksozomlarının A151 ODN varlığında ve yokluğunda immün düzenleyici etkileri farelerde zymosan ile uyarılmış peritonit modeli ve dekstran sodyum sülfat ile uyarılmış kolit modelinde test edilmiştir. Akut ve şiddetli bir enflamasyon olan peritonit modelinde eksozomlar enflamasyonu baskılayamasa da, kolit modelinde özellikle tek başına 3D-eksozomlar ve iki eksozom tipinin de A151 ODN yüklü halleri hastalığın ilerlemesini durdurabilmişlerdir. Boş veya A151 ODN yüklü 3D-eksozomlar kilo kaybını ve kolon boyutlarındaki kısalmayı engellemiş, lenf nodları ve dalaktaki DSS kaynaklı T-hücre kaybını ve T-hücrelerinden sitokin salımındaki disregülasyonu onarabilmiştir. A151 ODN yüklenmiş veya yüklenmemiş bütün eksozomlar ise lenf nodlarına DSS kaynaklı makrofaj birikmesini önlemiştir. 3D eksozomlar ve iki eksozom tipinin de A151 ODN yüklü halleri serumda DSS ile artan IL6 miktarını normalize edebilmiş ama sadece A151 ODN yüklü 3D-eksozomlar makrofajların tekrar uyarım sonucu sitokin üretim kapasitesinde etkili olmuştur. Son olarak, eksozomların A151 ODN varlığında ve yokluğunda yara iyileşmesine etkileri araştırılmıştır. 2D ve 3D eksozomlar fibroblast ve keratinosit hücre hatlarında yara iyileşmesi ile alakalı IL1α, TGFβ ve VEGFα gibi faktörlerin üretimini farklı derecelerde artırmıştır. Farede yara iyileşmesi modelinde A151 ODN varlığında ya da yokluğunda eksozomlar yara iyileşmesini hızlandırmamış olsa da iyileşmenin son safhalarında sistemik bir immün baskılanmaya sebep olmuşlardır. Bu sistemik etkilerin içerisinde makrofajların enflamatuar kapasitlerinde azalış ve granülositik MDSC popülasyonunda artış vardır. A151 ODN yüklü 3D eksozomlar ayrıca T hücre sayılarını ve dolaşımdaki enflamatuar sitokin miktarlarını da düşürmüştür. Topluca ele alındığında bu çalışma 2D ve 3D hücre kültürlerinden elde edilen eksozomların fonksiyonel açıdan farklı olduğunu, 3D kültürden izole edilen eksozomların daha immün baskılayıcı olduğunu, A151 ODN yüklenmesinin eksozomların immün baskılayıcı kapasitlerini artırdığını ve A151 ODN yüklü UCX® eksozomlarının enflamatuar ve otoimmün hastalıklarda değerli bir tedavi yaklaşımı olabileceğini göstermektedir.

Özet (Çeviri)

Mesenchymal stromal or stem cells (MSCs) modulate immune responses apart from their regenerative capacities. Accumulating evidence suggests that MSCs exert their paracrine effects through extracellular vesicles known as exosomes. In this study, we utilized a particular human umbilical cord tissue-derived MSC type termed as UCX®. UCX® is superior to the gold-standard bone marrow-derived MSCs in terms of immunosuppressive properties. We aimed to characterize and employ UCX® exosomes as cell-free immunosuppressive therapeutic agents. Another aim was to compare the functionalities of exosomes either isolated from 2-dimensional (2D) cultures or isolated from 3-dimensional (3D) spheroid cultures. 3D culture provides better cell-to-cell and cell-to-matrix interactions thereby mimics the in vivo environment better. A synthetic oligodeoxynucleotide called A151 ODN, which consists of 4 repeats of the mammalian telomeric TTAGGG motif, has broad immunosuppressive effects. Delivery of A151 ODN within liposomes or exosomes protects it from degradation by nucleases and improve the desired outcome. We also aimed to combine the immunomodulatory potentials of UCX® exosomes and A151 ODN through direct loading of A151 ODN into exosomes with ~95% efficiency via a dehydration-rehydration-based lyophilization method. First, we determined the binding and internalization kinetics of exosomes with different immune cells. 3D-exosomes interacted with the target cells much faster and more efficiently. Next, we investigated how UCX® exosomes influence Toll-like receptor (TLR) signaling in mouse splenocytes and bone marrow-derived macrophages (BMDMs). 3D-exosomes compared to 2D-exosomes were more potent to suppress IFNγ, IL6, IL12, and to a lesser extent TNFα production mediated by TLR1/2, TLR4, TLR7/8 and TLR9 but not by TLR3 triggering. A151 ODN-loading to either 2D- or 3D-exosomes improved the inhibition of all the above mentioned pro-inflammatory cytokines. Especially 3D-exosomes downregulated co-stimulatory molecules CD80 and CD86 along with MHC-II on BMDMs following TLR stimulation. Macrophage polarization experiments revealed that UCX® exosomes reprogram BMDMs to produce high amounts of nitric oxide and arginase-1 which are the key immunomodulatory factors induced by myeloid-derived suppressor cells (MDSCs) to inhibit T- and NK-cell activity. Besides shifting macrophages to an MDSC-like suppressive phenotype, exosomes also supported expansion of MDSC populations in vivo upon intraperitoneal injection. Next, we tested the therapeutic efficiency of UCX® exosomes with or without A151 ODN in zymosan-induced peritonitis and dextran sodium sulfate (DSS)-induced colitis models in mice. Exosomes could not alleviate zymosan-induced peritonitis which is an acute and severe inflammation. However, 3D-exosomes and A151 ODN-loaded versions of both 2D- and 3D-exosomes remarkably prevented DSS-induced colitis progression. A151 ODN itself was also therapeutic, albeit to a lesser degree. Standalone 3D-exosomes and A151 ODN-loaded exosomes prevented weight loss and colon shortening. All treatments except for 2D-exosomes could restore DSS-induced loss of T-cell numbers and cytokine-producing capacities in mesenteric lymph nodes and spleen. All treatments except for A151 ODN prevented DSS-induced macrophage accumulation in the lymph nodes. 3D-exosomes and A151 ODN-loaded versions of both exosomes normalized serum IL6 levels while only A151 ODN-loaded 3D-exosomes could impact the cytokine production capacities of macrophages. Finally, we tested the effects of UCX® exosomes with or without A151 ODN on wound healing. In vitro, 2D- and 3D-exosomes differentially upregulated the productions of wound healing-related cytokines and growth factors such as IL1α, TGFβ and VEGFα from fibroblast and keratinocyte cell lines. In vivo, in an excisional wound healing model, free or A151 ODN-loaded exosomes did not accelerate wound closure. However, they caused systemic immunosuppression at the late stages of wound healing. Systemic outcomes include reduced inflammatory capacity of macrophages and higher granulocytic MDSC numbers in spleen. A151 ODN-loaded 3D-exosomes also reduced T-cell numbers in spleen and pro-inflammatory cytokine levels in circulation. Taken together, this study revealed that 2D- but more importantly 3D-culturing of umbilical cord MSCs result in functionally different exosomes, 3D culture-derived exosomes display higher immunosuppressive potential, A151 ODN-loading into these exosomes improves immunosuppressive capacity and A151 ODN-loaded UCX® exosomes could be a valuable therapeutic agent for inflammatory and autoimmune disorders.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    905416

    İnsan göbek kordonundan türetilen mezenkimal/stromal kök hücrelerin tip 1 diyabet hastalarından alınan periferik kan T lenfositleri üzerindeki immünmodülatör etkisi

    Immunomodulator effect of human umbilical cord-derived mesenchymal/stromal stem cells on peripheral blood T lymphocytes from type 1 diabetes patients

    SELİN URSAVAŞ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Histoloji ve EmbriyolojiSağlık Bilimleri Üniversitesi

    Histoloji ve Embriyoloji Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ HALİME TUBA CANBAZ

    PROF. DR. ERDAL KARAÖZ

  2. Tez No

    346162

    In vitro and in vivo immunomodulatory effects of extracellular vesicles

    Hücre dışı keseciklerin in vitro ve in vivo immünmodülatör etkileri

    MEHMET ŞAHİN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2013

    Biyolojiİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. İHSAN GÜRSEL

  3. Tez No

    555764

    İntrauterin gelişim geriliği olan gebelerde serum gebelere özel beta 1 glikoprotein-1 düzeyinin araştırılması

    Comparison of serum human pregnancy specific beta 1 glycoprotein 1 levels in pregnant women wi̇th or wi̇thout fetal growth restriction

    SABİHA TUZLUOĞLU

    Tıpta Uzmanlık

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Kadın Hastalıkları ve DoğumSağlık Bilimleri Üniversitesi

    Kadın Hastalıkları ve Doğum Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. EMİN ÜSTÜNYURT

  4. Tez No

    402501

    Assessment of the effect of a probiotic-based diet on atherosclerotic plaque development

    Başlık çevirisi yok

    MEHMET EMRAH ŞELLİ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2012

    MikrobiyolojiUniversity of Surrey

    Mikrobiyoloji Ana Bilim Dalı

    DR. ERNESTO OVIEDO-ORTA

  5. Tez No

    640586

    Saponinlerin peptid bazlı meme kanseri aşı formülasyonunda kullanım potansiyelinin ın vıtro olarak araştırılması

    In vitro investigation of the potential use of saponins as an adjuvant in peptide based breast cancer vaccine formulation

    GÜLŞAH AKAĞAÇ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    BiyomühendislikEge Üniversitesi

    Biyomühendislik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AYŞE NALBANTSOY

Geri Dön