A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
* These authors contributed equally
يتم توفير بروتوكول مفصل لتنظيف وإعادة استخدام أنابيب الطرد المركزي الفائقة المصنوعة من البولي كربونات لإجراء عزل الحويصلة خارج الخلية المناسب لتجارب البروتينات.
تؤدي المواد البلاستيكية المختبرية ذات الاستخدام الواحد إلى تفاقم أزمة التلوث وتساهم في التكاليف الاستهلاكية. في عزل الحويصلة خارج الخلية (EV) ، يتم استخدام أنابيب الطرد المركزي الفائق من البولي كربونات (UC) لتحمل قوى الطرد المركزي العالية المرتبطة بها. تعد بروتينات المركبات الكهربائية مجالا متقدما ولا توجد بروتوكولات إعادة استخدام معتمدة لهذه الأنابيب. تتطلب إعادة استخدام المواد الاستهلاكية لبروتوكولات عزل البروتين منخفضة الإنتاجية والبروتينات النهائية توافق الكاشف مع عمليات الاستحواذ على التحليل الطيفي الكتلي ، مثل عدم وجود تلوث بوليمر اصطناعي مشتق من أنبوب الطرد المركزي ، وإزالة كافية للبروتينات المتبقية.
يصف هذا البروتوكول ويتحقق من صحة طريقة لتنظيف أنابيب UC المصنوعة من البولي كربونات لإعادة استخدامها في تجارب البروتينات EV. تتضمن عملية التنظيف الغمر الفوري لأنابيب UC في H2O لمنع تجفيف البروتين ، والغسيل في منظف كبريتات دوديسيل الصوديوم (SDS) بنسبة 0.1٪ ، والشطف في ماء الصنبور الساخن ، والماء منزوع المعادن ، و 70٪ إيثانول. للتحقق من صحة بروتوكول إعادة استخدام أنبوب UC لبروتينات EV النهائية ، تم الحصول على الأنابيب المستخدمة بعد تجربة عزل EVs من أنسجة القلب والأوعية الدموية باستخدام UC التفاضلي وفصل تدرج الكثافة. تم تنظيف الأنابيب وتكررت العملية التجريبية بدون عينات EV التي تقارن أنابيب UC الفارغة التي لم تستخدم مطلقا بأنابيب UC التي تم تنظيفها. تم تحليل الكريات الزائفة التي تم الحصول عليها من إجراءات العزل وتحضيرها لقياس الطيف الكتلي الترادفي اللوني السائل باستخدام مجموعة تحضير عينات البروتين التجارية مع تعديلات لعينات البروتين منخفضة الوفرة.
بعد التنظيف ، تم تقليل عدد البروتينات المحددة بنسبة 98٪ في الحبيبات الزائفة مقابل عينة عزل EV السابقة من نفس الأنبوب. بمقارنة أنبوب نظيف بأنبوب فارغ ، احتوت كلتا العينتين على عدد صغير جدا من البروتينات (≤20) مع تشابه بنسبة 86٪. تم تأكيد عدم وجود قمم البوليمر في كروماتوجرام الأنابيب التي تم تنظيفها. في نهاية المطاف ، فإن التحقق من صحة بروتوكول تنظيف أنبوب UC المناسب لإثراء المركبات الكهربائية سيقلل من النفايات التي تنتجها مختبرات المركبات الكهربائية ويخفض التكاليف التجريبية.
الحويصلات خارج الخلية (EVs) هي جسيمات محددة بطبقة ثنائية الدهون يتم إطلاقها من الخلايا التي تحمل شحنات نشطة بيولوجيا ، مثل البروتين ، وتشارك في العمليات البيولوجية المختلفة ، بما في ذلك التواصل بين الخلايا والخلايا وتشكيل التمعدن البيولوجي1. توجد هذه الجسيمات في جميع سوائل وأنسجة الجسم ، وأنشطتها البيولوجية واستخداماتها هي مجال سريع التطور للبحث العلمي. يمثل عزل هذه الجسيمات النانوية والتحقق من صحتها تحديات مختلفة بسبب صغر حجمها وتشابهها الحيوي مع الجسيمات الأخرى ، مثل الجسيمات الشحمية ومجاميع البروتين. أحدث إرشادات الجمعية الدولية للحويصلات خارج الخلية ، الحد الأدنى من المعلومات لدراسات الحويصلات خارج الخلية 2018 (MISEV2018) ، هي المعيار المعترف به للبحث العلمي EV2.
يجب استخدام طرق مختلفة ، غالبا جنبا إلى جنب ، لعزل المركبات الكهربائية اعتمادا على مصدر المنبع وتطبيقات المصب. اعتبارا من عام 2015 ، كانت طريقة العزل الأولية الأكثر شيوعا للمركبات الكهربائية هي الطرد المركزي التفاضلي (UC) 2. من حيث المبدأ ، يفصل جهاز الطرد المركزي الأولي منخفض السرعة المكونات غير المرغوب فيها الأكبر أو الأكثر كثافة ، مثل الخلايا وحطام الخلايا ، تاركا المركبات الكهربائية في المادة الطافية. بعد ذلك ، تستخدم UC قوة طرد مركزي عالية جدا لإخراج الحبيبات وبالتالي فصل وتنقية المركبات الكهربائية من الجسيمات الأخرى الأصغر أو الأقل كثافة ولكنها قد تحتوي أيضا على جزيئات كثيفة غير EV. غالبا ما تستخدم معظم البروتوكولات ، في خطوة أو أخرى ، UC لعزل المركبات الكهربائية عن السائل3. علاوة على ذلك ، يتم استخدام UC في طرق أخرى لعزل EV ، مثل الطرد المركزي الفائق التدرج الكثافة (DGUC) ، والذي يستخدم وسائط مثل OptiprepTM iodixanol وقوة الطرد المركزي لفصل المركبات الكهربائية وفقا لكثافتها الطافية4. توجد طرق أخرى لعزل المركبات الكهربائية3.
بالنظر إلى الفهم سريع التطور للعمليات البيولوجية التي تمليها المركبات الكهربائية وإمكاناتها كمؤشرات حيوية ومعلومات تتعلق بالفيزيولوجيا المرضية ، اكتسبت التحليلات القائمة على الاكتشاف مثل البروتينات قوة جذب5،6،7،8. EVs صغيرة ، واعتمادا على المصدر ، لديها عائد منخفض من البروتين (<1 ميكروغرام) بالمقارنة مع الأنسجة الكاملة أو تحلل الخلية. يتطلب عزل المركبات الكهربائية لتحليل البروتينات اعتبارات خاصة ، مثل إزالة ملوثات البروتين غير EV من السائل أو الأنسجة الأولية ، والنظر في تدهور بروتين EV أثناء عملية العزل ، واستخدام الطرق التي تخلق محاليل البروتين المتوافقة كيميائيا مع تحضير الببتيد وتحليلات قياس الطيف الكتلي.
غالبا ما تكون المواد الاستهلاكية لمختبر الأبحاث بلاستيكية ويمكن التخلص منها بطبيعتها. تساهم هذه المواد ذات الاستخدام الواحد في أزمة التلوث البلاستيكي العالمية والتكاليف الاستهلاكية. تم تصميم أنابيب UC المتخصصة من البولي كربونات والبوليسترين لتحمل قوى الطرد المركزي العالية المطلوبة لحبيبات المركبات الكهربائية في التطبيقات المختبرية. في حين أنه من الممكن تعقيم وتطهير أنابيب UC لإعادة استخدامها ، فإن التحليل البروتيني ، وخاصة تلك ذات الغلة البروتينية المنخفضة مثل EVs ، يتطلب عناية خاصة. ليس فقط الإزالة الكافية للبروتين المتبقي من الاستخدام السابق أمرا بالغ الأهمية ، بل يجب أيضا مراعاة التوافق الكيميائي مع التحليل الطيفي الكتلي وتلوث البوليمر المشتق من البلاستيك.
نقدم هنا بروتوكول تنظيف لأنابيب البولي كربونات باستخدام المنظفات المناسبة لقياس الطيف الكتلي وإجراء تجارب للتحقق من صحة إزالتها الناجحة للبروتين المتبقي دون حدود الكشف ونقص ملوثات البوليمر التي يمكن اكتشافها. للتحقق من صحة بروتوكول التنظيف للتطبيقات البروتينية EV باستخدام أغراض UC و DGUC ، حصلنا على أنابيب من عزلة EVs لأنسجة الأوعية الدموية البشرية مع بروتوكول UC و DGUC المشترك. تم تنظيف الأنابيب باستخدام البروتوكول الموصوف ، وتكررت العملية التجريبية دون عينات تقارن أنبوب UC فارغ لم يستخدم مطلقا وأنبوب UC الذي تم تنظيفه. في نهاية المطاف ، فإن التحقق من صحة بروتوكول تنظيف أنبوب UC المناسب لتخصيب المركبات الكهربائية سيقلل من النفايات التي تنتجها مختبرات المركبات الكهربائية ويخفض التكلفة المرتبطة بهذه التجارب.
1. تنظيف الأنبوب
ملاحظة: يستخدم إجراء عزل EV كلا من أنابيب UC المصنوعة من البولي كربونات المغطاة وغير المغطاة (مفصلة أدناه). تم اتباع نفس الإجراء لكل من الأنابيب المغطاة وغير المغطاة. في حالة الأنابيب المغطاة ، تم تنظيف أجزاء الغطاء بشكل فردي وإعادة تجميعها بعد التجفيف والتخزين المسبق.
2. تخصيب المركبات الكهربائية
ملاحظة: تم استخدام بروتوكول عزل EV والبروتينات التالي لكل من عزل EV الأصلي للأنسجة ، بالإضافة إلى "العينات الوهمية" المستخدمة للحصول على عينات الأنبوب الفارغة (غير المستخدمة مطلقا) والتنظيف. تم إعادة تعليق العينات الأصلية من المركبات الكهربائية المفخخة بالأنسجة من لويحات الشريان السباتي للمرضى الذين خضعوا لاستئصال باطنة الشريان السباتي. تم جمع العينات الجراحية من شبكة الصحة الجامعية (تورنتو ، كندا) وتمت الموافقة عليها من قبل لجنة الأخلاقيات المؤسسية. وقدم جميع المرضى موافقة مستنيرة على جمع العينات وتحليل البيانات، وفقا لإعلان هلسنكي. كانت العينات الوهمية عبارة عن كريات زائفة تم الحصول عليها من معالجة الأنابيب الفارغة والنظيفة بنفس الحلول وخطوات المعالجة مثل عينات عزل المركبات الكهربائية.
3. تحضير تدرجات الكثافة وفصل تدرج الكثافة
ملاحظة: تم وصف بروتوكول عزل EV هذا مسبقا بواسطة Blaser et al.9 باختصار:
4. إعداد الببتيد للبروتينات
ملاحظة: تم إجراء تحضير عينة البروتيوميات وفقا لبروتوكول المجموعة مع تعديلات داخلية لعينات البروتين منخفضة الوفرة. البروتوكول المعدل هو كما يلي:
5. الكروماتوغرافيا السائلة وتسلسل قياس الطيف الكتلي الترادفي
6. تحديد الببتيد / البروتين
للتحقق من صحة بروتوكول التنظيف (الشكل 1) ، تم إجراء تجربتين. أولا ، تمت مقارنة بروتين "العينة الوهمية" من الأنبوب النظيف ببروتين عينة EV النسيجية من الاستخدام الأولي للأنبوب لتحديد ترحيل البروتينات المحددة. تظهر الكروماتوجرام التمثيلية انخفاضا في ذروة عدم التجانس بعد تنظيف ...
هنا نصف ونتحقق من صحة بروتوكول لتنظيف أنابيب UC المصنوعة من البولي كربونات لتخصيب المركبات الكهربائية والتطبيقات البروتينية. لقد أظهرنا الإزالة الناجحة للبروتين المتبقي من عينة أنبوب UC السابقة مقارنة بتحليل الحبيبات الزائفة النظيفة تحت حد الكشف عن بروتوكول اكتساب قياس الطيف الكتلي هذا ?...
ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح للكشف عنه.
تم دعم هذه الدراسة بمنحة بحثية من منح المعاهد الوطنية للصحة (NIH) R01HL147095 و R01HL141917 و R01HL136431 وشركة Kowa Ltd. وبرنامج البحث والابتكار Horizon 2020 التابع للاتحاد الأوروبي بموجب اتفاقية منحة Marie Skłodowska-Curie رقم 101023041 (R. Cahalane). تم إنشاء الشكل 1 باستخدام Biorender.com. تم تطوير بروتوكول التنظيف الحالي عن طريق تعديل بروتوكول تنظيف الأنبوب الموصى به المقدم في يوم التعليم للجمعية الدولية للحويصلات خارج الخلية 2023 (https://www.youtube.com/watch?v=DOebcOes6iI). شكرا جزيلا للدكتورة كاثرين هاو والدكتورة سنيها راجو من شبكة الصحة الجامعية (جامعة تورنتو ، كندا) على عينات EV الأصلية للأنسجة السباتية.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
10 mL Open-Top Thickwall Polycarbonate Tube | Beckman Coulter Life Sciences | 355630 | uncapped ultracentrifuge tube(s) |
10.4 mL Polycarbonate Bottle with Cap Assembly | Beckman Coulter Life Sciences | 355603 | capped ultracentrifuge tube(s) |
an Acclaim PepMap 100 C18 HPLC Columns, 75 µm x 70 mm; and an EASY-Spray HPLC Column, 75 µm x 250 mm | ThermoFisher Scientific | 164946 and ES902 | Dual column setup |
Critical Swab Swab, Cotton Head | VWR | 89031-270 | cotton swab |
Exploris 480 fronted with EASY-Spray Source, coupled to an Easy-nLC1200 HPLC pump. | ThermoFisher Scientific | BRE725533 | Mass spectrometer |
Human UniProt database (101043 entries, updated January 2022) | NA | NA | Human database |
MilliQ water | water | ||
PreOmics iST kit | PreOmics | P.O.00027 | commercial protein sample preparation kit |
Proteome Discoverer package (PD, Version 2.5) | ThermoFisher Scientific | NA | Proteomic search software |
SEQUEST-HT search algorithm | NA | NA | Search algorithm |
Sodium Dodecyl Sulfate (20%) | Boston BioProducts | BM-230 | detergent |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionExplore More Articles
This article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved