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在该协议中, 我们描述了快速分离细胞外泡从人类全血和特定标记的完整的工作流程, 通过荧光为基础的纳米粒子跟踪分析。结果表明, 该方法具有较高的重现性, 可根据细胞培养上清液的需要进行调整。
细胞外囊泡 (ev), 包括外显子体, 是在体液中发现的特殊膜质纳米囊泡, 这些囊泡从许多细胞类型中形成了本组织释放, 在调节细胞通讯和各种细胞通信方面发挥着关键作用。生物过程。描述了许多不同的电动车特性方法。然而, 这些方法大多有缺点, 即样品的制备和表征非常耗时, 或者由于其体积小和缺乏离散标记, 很难分析感兴趣的特定标记。人口。虽然在过去十年中, 电动车的分析方法有了很大的改进, 但仍然没有标准化的单一电动车定性方法.在这里, 我们展示了一种基于荧光的纳米粒子跟踪分析对单个 ev 进行表征的半自动方法。该协议解决了这一领域许多研究人员的共同问题, 并提供了完整的工作流程, 以便使用 pkh67 (一般细胞膜链接器 pkh67) 以及特定的表面标记 (如作为 cd63、cd9、vimentin 和溶酶相关膜蛋白 1 (lamp-1)。所提供的结果表明, 正如西方印迹等其他方法所证实的那样, 具有较高的重现性。在所进行的实验中, 我们专门使用从人体血清样本中分离出的 ev, 但这种方法也适用于血浆或其他体液, 可以根据细胞培养上清液中的 ev 的特性进行调整。无论未来电动汽车生物学的研究进展如何, 本文提出的协议都为具有特定标记的单个 ev 的快速表征提供了一种快速可靠的方法。
细胞外囊泡 (ev), 包括外显子体, 是专门的膜质纳米囊泡 (20-150 nm), 包含脂质、粘附和细胞间信号分子的某些组合, 以及其他功能性胞增多成分, 如微 rna (mirna) 和 mrna, 在调节细胞通讯1,2中起着举足轻重的作用。ev 在其环境中从许多不同的细胞类型 (如内皮细胞、免疫细胞和肿瘤细胞) 中释放, 并可在体液中检测到, 如血清精液、尿液、母乳、唾液或脑脊液3,4. 越来越多的研究突出表明, 电动车作为早期诊断几种疾病和预测疾病进展的潜在生物标志物的各种贡献。外质体通常是由它们与之有特殊联系的分子的存在来描述的, 无论它们从7 中获得的细胞类型是什么。例如, 外显子含有不同的四帕那因 (cd9, cd63, cd81), 主要组织相容性复合体 i 类 (mhc i) 分子, 各种跨膜蛋白, 典型的细胞质蛋白 (管蛋白和肌动蛋白), 参与多囊体的分子 (cd9, cd63, cd81)mvb) 生物发生 (tsg101 和 alix)、热休克蛋白 (hsp 70 和 hsp 90) 以及参与信号转导 (蛋白激酶)的蛋白质8。
描述了许多不同的方法来描述 ev9。电动汽车分析最常见和最普遍的方法是流式细胞术10、扫描电子显微镜 (sem) 和透射电子显微镜 (tem)11。最好的方法是对 ev 含量进行生化表征, 最常用的方法是西方印迹12,13。虽然 sem 和 tem 允许检测整个尺寸谱中的 ev, 但对特定表面蛋白质的识别非常有限是这些方法的一个特别缺点。相反, 流式细胞术是识别特定 ev 表面标记的有力工具, 但这种方法的阈值将分析限制为尺寸大于500纳米的 ev。因此, 目前无法通过这三种既定的方法中的任何一种来分析孤立的电动车, 并检测到特定的表面标记。我们之前描述了另一种高度敏感的方法, 可视化和分析的 ev, 纳米粒子跟踪分析 (nta)14。简单地说, 这种方法结合了两种不同的物理原理。首先, 粒子在被激光束照射时散射光, 第二个原理被称为布朗运动, 这意味着液体悬浮液中不同粒子的扩散与其大小成反比。用于液体样品的半自动桌面纳米粒子分析仪由基于软件的分析的粒子跟踪分析仪组成, 记录了单个颗粒散射光的数字图像。用摄像机的激光散射显微镜检测粒子和粒子的运动。激光束是垂直方向的, 而光轴是水平的, 并聚焦到充满样品的电池通道。通过分散光点图及其运动速度提供的数据, 可以确定总颗粒数量和粒径分布。在激光照射后, 粒子散射光线, 由数字摄像机通过显微镜14记录. 我们以前的方法的进展是在激光 (波长 488 nm) 和细胞通道之间插入一个500纳米长的波通 (lwp) 截止滤波器, 从而能够直接分析荧光标记的粒子 (图 1)。我们的协议解决了许多研究人员在这一领域的共同需求, 即根据其父母出身,快速描述单个电动车。在该协议中, 我们描述了快速隔离 ev 与人体全血的完整工作流程, 以及利用基于荧光的纳米跟踪分析快速表征特定标记物的工作流程。ev 可以通过使用 pkh67 (一种普通的细胞膜链接器) 染色以及特定的外染色体标记 (如cd63、cd9 和 vimentin) 进行检测。我们的协议也适用于 edta 和柠檬酸血浆, 以及其他体液和细胞培养上清液。
杜塞尔多夫大学的机构道德委员会批准了这项工作中提出的实验 (参考编号: 3381)。
1. 从人全血中分离 ev
2. 样品的染色
3. 样品的处理
注: 此方法的基本原理先前和下面的协议重点介绍了分析荧光标记的 ev14 所需的具体步骤。
4. 结果的解释
5.通过ev 检测进行西部印迹验证
从全血中分离出 ev, 并采用荧光试剂进行纳米颗粒跟踪分析。在我们的实验中, 确定了测量未染色颗粒的最佳灵敏度, 其范围为70%。用于调整和校准测量的荧光灯珠在灵敏度为85% 的情况下显示出最佳设置 (图 2a)。在灵敏度为70% 和90% 之间, 检测到的粒子数量迅速增加, 而进一步增加的灵敏度可能会导致颗粒大小分布的恶化, 其中粒子的数量正在重新下降。摄像机的设置显示清晰的图片 (图 2b), 重复测量显示标准偏差较低 (图 2c)。在这方面, 对处理电动车样品的协议进行了调整, 以便所有测量都能在相同的设置下进行 (表 2)。分布宽度由 x 轴上的三个值定义, 即 x10、x10 和 x10。x50 或中位粒径是指一半人口位于此值以下的直径。同样, x10 和 x10 表示10% 和90% 的检测到的颗粒的直径低于报告的大小。用 pkh67 细胞链接剂试剂盒染色, 包括一种荧光细胞链接器, 该试剂盒将带有长脂肪尾巴的绿色荧光染料集成到细胞膜的脂质区域中, 表明其灵敏度与细胞数量之间存在很强的相关性。(图 3 a)。pkh67 通常用于增殖监测, 但也被证明对监测外生体或脂质体的吸收以及体内细胞贩运有用。由于 pkh67 的非特异性标签, 可以对各种电动车进行标记和检测。粒子的分布在266纳米 (x10) 和 1946 nm (x10) 之间, 峰值最大值为 857 nm (x10), 测量之间的标准偏差较低 (28.1 nm)。lamp-1, 也被称为溶酶体相关的膜糖蛋白1和 cd107a 主要驻留在溶酶体膜上。在使用带有针对 lamp-1 的特定抗体标记的亚历克莎 fluor 488 染色后, 颗粒的分布范围从 220 nm (x10) 到 1145 nm (x10), 峰值最大值为 541 nm (x10), 标准偏差为 11.7 nm (图 3b)。对于电动车的特性, 我们使用亚历克莎福陆488标记抗体对常见的外细胞标记, 并证实了我们的发现, 由西方印迹。在使用亚历克莎 flor 488 标记的 cd9 抗体染色后, 颗粒的分布范围从 251 nm (x10) 到 1139 nm (x10) 不等, 峰值最大值为 548 nm, 第二个小峰值为约 25 nm (图 4 a)。用亚历克莎氟化物488染色标记为 cd63 (图 488) 和 vimentin (图 488) 也产生了类似的结果。西方的印迹分析证实了我们在这里使用的抗体的积极结果。重复测量显示了本报告中使用的所有抗体的可重复结果。作为对照, 我们用各自的抗体 (图 5a) 染色无囊水 (图 5a), 其中 pkh67 和 lamp1 抗体几乎没有检测到抗电动汽车, 灵敏度接近100%。以 vimentin 为例, 高灵敏度增加了新出现的文物的数量, 即使样品基本上没有颗粒。如果在漂移过高 (> 5μs) 时开始测量, 则单个重复之间会明显偏离 (图 5b)。正如用三种不同的抗体表示的那样, 在开始测量之前, 漂移要尽可能最小是至关重要的。根据我们的经验, 使用荧光素异硫氰酸酯 (fitc) 作为荧光铬的测量结果是不准确和可重现的, 因为 fitc 容易出现快速的照片漂白 (图 5c)。因此, 我们建议专门使用亚历克莎福陆488标记抗体的 ev 表征。在该协议中, 用含有聚乙二醇的聚合物外显子沉淀溶液分离出电动车。为了确保我们的结果不被应用的隔离方法伪造, 我们在超离心隔离后对 ev 进行了表征。如 pkh67 和两种不同抗体 (cd63 和 lamp-1) 所示, 我们使用外体细胞沉淀溶液进行隔离的结果 (图 6a) 与通过超离心分离的 ev 相当 (图 6A).).遗憾的是, 由于超离心后的 ev 产量较低, 与外生沉淀溶液分离相比, 初始分离血清的集合必须明显高于分离。
图 1: 纳米粒子跟踪分析的原理图设置.显微仪视频轴和激光束相互定向, 在细胞通道横截面交叉。在细胞通道和显微镜之间放置荧光滤光片。粒子散射的光线显示在软件的 "实时视图" 窗口中。采集后, 结果显示为大小分布曲线坐标系。请点击这里查看此图的较大版本.
图 2: 用荧光标记的珠子进行校准.(a) 在自动灵敏度扫描过程中, 粒子与灵敏度曲线的数量在一个时间点显示粒子在一个位置。(b) 实时视图屏幕上粒子的可视化。(c) 重复测量后的粒径分布。请点击这里查看此图的较大版本.
图 3: 使用 pkh67 和 lamp-1 染色后的代表性结果.粒子数与灵敏度曲线 (1)、实时视图屏幕上粒子的可视化 (2) 以及使用 pkh67 (a) 和 lamp-1 (b) 染色后的粒径分布 (3)。观察到类似的颗粒大小分布, 而灵敏度设置的变化导致检测到的粒子发生类似但并非完全相同的变化。请点击这里查看此图的较大版本.
图 4: 用亚历克莎 flor 488 染色后的代表性结果标记为 cd9、cd63 和 vimentin.粒子与灵敏度曲线 (1) 的数量, 实时视图屏幕上的粒子可视化 (2)、粒径分布 (3), 以及两个不同 ev 悬架 (4) 的具有代表性的西方印迹, 用于 cd9 (24-27 kda, a)、cd63 (26 kda,b) 和 vimentin (54 kda, c)。在西方印迹分析中, 沿灵敏度增加 (x 轴) 的粒子信号的延迟出现与较低的信号强度相关, 从而确认了相应粒子表面标记的较低量 (例如, vimentin vs.cd63)。请注意, 对于所有分析标记, 几乎相同的代表性测量曲线表明具有较高的重现性 (3)。请点击这里查看此图的较大版本.
图 5: 已使用控件和可能的错误源的代表性结果.(a) 以 pkh67 (1)、lamp-1 (2) 和 vimentin (3) 为对照染色的无喷镜水。(b) 在使用 lamp-1 (1)、cd63 (2) 和 cd9 (3) 染色后进行的具有代表性的粒度分布, 并在悬浮漂移过高的情况下进行测量。(c) 用 fitc 标记的 cd63 抗体染色后的颗粒数与灵敏度曲线 (1) 和粒径分布 (2) 的关系。每次测量后都会观察到清晰的漂白效果, 从而使颗粒数量逐渐减少。请点击这里查看此图的较大版本.
图 6: ev 的不同隔离方法的比较.用 pkh67 (1)、lamp-1 (2) 和 cd63 (3) 染色后, 用外粒沉淀液 (a) 和超离心 (b) 分离出的 ev 的粒径分布。请点击这里查看此图的较大版本.
lamp-1 | cd9 | cd63 | 维门廷 | |
抗体 (μl) | 5 | 2.5-5 | 2.5-5 | 5 |
电动汽车悬架 (μl) | 10 | 20 | 10 | 10 |
用于染色的h2o (μl) | 50 | 50 | 50 | 50 |
最终体积 (毫升) | 5-10 | 2.5-5 | 5 | 10 |
表 1: 使用过的抗体清单和样品稀释范围。
采集参数 | |
灵敏度 (%) | 85 |
快门 | 70 |
最小亮度 | 20 |
麦克斯。尺寸 (纳米) | 500元 |
最小尺寸 (nm) | 20 |
极性 | 负 |
电压 | 关机 |
0 v (μms) 处的粒子漂移 | < |
位置 | 11 |
周期 | 10 |
多个收购 | 3-5 |
延迟时间 (分钟) | 0 |
表 2:纳米粒子跟踪分析的采集参数.
我们展示了一个详细的方案, 从全血分离 ev 和快速表征特定的表面标记与荧光纳米粒子跟踪分析。在所进行的实验中, 我们专门使用从血清样本中分离出的 ev, 但这种方法也适用于乙二胺四乙酸 (edta) 和柠檬酸血浆, 也可以扩展到其他体液, 如尿液, 母乳, 唾液,脑脊液和精液此外, 该协议还可以根据细胞培养上清液中的 ev 特性进行调整。在该协议中, ev 悬浮液是由100μl 的血清使用外源沉淀试剂产生的, 该试剂中含有一种专有聚合物, 根据从30纳米到200纳米的体积大小, 即 10-20μl, 轻轻沉淀外质和 ev为每个表面标记的特征指定了 ev。不幸的是, 隔离步骤是不可避免的, 因为血清样本中的大量蛋白质 (如白蛋白和球蛋白) 会干扰抗体染色程序, 并导致高水平的背景和复杂的发现。此外, 根据样品中外显体的生物可用性, 使用的 ev 悬浮液的数量以及加工前的稀释程度必须针对其他源材料进行调整。为了比较多个样品, 有必要采用标准化的方法来稀释样品以及一致的采集参数 (灵敏度、快门等)。另一个重要的一点是, 测量不会开始, 直到漂移低 (在我们手中, < 5μms)。如果漂移过高, 重复测量样品之间会产生较高的标准偏差, 但在漂移较低的情况下, 所产生的数据高度一致, 并确认了较高的重现性。重要的是, 所选择的抗体有一个适当的氟铬。抗体必须与亚历克莎福陆488结合, 因为 fitc 的光漂白率很高。更稳定的河流肯定会导致未来检测稳定性的提高。通常情况下, 许多研究人员使用 pbs 作为电动汽车的稀释剂.对于这个协议, 使用蒸馏水作为电动车悬架的稀释剂是至关重要的。当 ev 标记为荧光染料时, 其他稀释剂 (如 pbs) 的高渗透性和离子浓度会干扰测量, 并导致结果改变。
虽然在过去十年中, 电动车的分析方法有了很大的改进, 但仍然没有标准化的电动车隔离和表征方法.流式细胞术的主要缺点是, 许多 ev 停靠在表面上, 以提供强大且可检测到的信号10, 其中 ev 通常与珠子结合在一起, 以提供更大的表面。sem 和 tem 的缺点是样品的制备很耗时, ev 只能通过其大小和形态来区分。到目前为止, 最成熟和最常用的定性 (即生化) ev 特性的方法是西方印迹, 其中蛋白质可以用特定抗体12,13进行分析。然而, 所有这些方法的缺点在于无法分析特定表面标记的单个 ev。此外, 许多现行协议使用的处理时间长, 隔离过程长, 涉及劳动密集型步骤, 因此不适合高样品吞吐量和单个 ev 的表征.我们的协议提供了一个完整的工作流程, 用于快速隔离和表征具有特定表面标记 (如 cd63、cd9、vimentin 和 cd107a) 的单个 ev, 并可扩展到广泛的其他表面标记, 以确定发布的 evs.由于 nta 设备的长期技术进步, 我们与制造商合作, 使用最新的分析仪确认了我们的发现。无论未来电动汽车生物学的研究进展如何, 特别是外显子的研究进展如何, 这里介绍的协议都将为用特定标记对单个 ev 进行定性提供一种快速可靠的方法。由于在隔离和染色过程中的 ev 聚合是不可避免的, 因此未来的研究应侧重于开发防止 ev 聚合的方法, 并能够准确地确定荧光标记 ev 的尺寸.
作者没有什么可透露的。
作者感谢粒子 metrix gmbh 部分地支付了这项工作的出版费用。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Serum-separation tube | BD | 366882 | BD Vacutainer |
Ampuwa water | Fresenius Kabi | 10060 | |
Dulbecco's phosphate-buffered saline | Sigma | 56064C | |
Falcon tube, 15 mL | Greiner Bio One | 188271 | |
Falcon tube, 50 mL | Greiner Bio One | 227270 | |
Microcentrifuge tube, 1.5 mL | Eppendorf | 30120086 | Speciality tubes for ultra centrifugation |
Tube with Snap-On Cap 1.5 mL | Beckman Coulter | 357448 | |
Polybeads Microspheres 0.2 µm | Polysciences, Inc. | 7304 | Alignment Solution |
Fluoresbrite YG Carboxylate Microspheres beads 0.2 µm | Polysciences, Inc. | 09834-10 | Alignment Solution |
Syringe, 2 mL | Braun | 4606027V | |
Syringe, 10 mL | Braun | 4606728V | |
Exoquick | SBI | EXOQ20A-1 | EV precipitation solution |
Laemmli Sample Buffer (2x) | BioRad | 1610737 | |
DC Protein Assay Kit II | BioRad | 5000112 | Lowry prtein assay |
PKH67 Green Fluorescent Cell Linker Kit | Sigma | PKH67GL-1KT | For general membrane labelling |
Alexa Fluor 488 anti-human CD107a Antibody | BioLegend | 328609 | Lysosomal-associated membrane protein-1 (LAMP-1) |
Human CD9-Alexa Fluor 488 | R&D Systems | FAB1880G | |
Anti-CD9 Antibody | SBI | EXOAB-CD9A-1 | |
CD63-Alexa Fluor 488 | ThermoFisher | MA5-18149 | |
FITC anti-human CD63 Antibody | BioLegend | 353005 | |
CD63. Antibody, polyclonal | SantaCruz | Sc-15363 | |
Alexa Fluor 488 anti-vimentin Antibody | BioLegend | 677809 | |
Anti-Vimentin Antibody | SBI | EXOAB-VMTN-1 | |
Goat anti mouse IgG + IgM | Jackson Immuno | 315-035-048 | |
Goat anti rabbit IgG | Dianova | 111-035-003 | |
SuperSignal West Femto Maximum Sensitivity Substrate | ThermoFisher | 34094 | |
ZetaView | Particle Metrix | PMX 100, Type | |
Centrifuge | Eppendorf | 5804R | |
Ultracentrifuge | Beckman Coulter | Optima MAX-XP | |
Chemiluminescence Imager | GE Healthcare | Amersham Imager 600 |
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