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Method Article
该协议提出了单粒子干涉反射成像,专为细胞外囊泡 (EV) 大小、EV 计数、EV 表型和 EV 生物标志物共定位的多级和综合测量而设计。
细胞外囊泡 (EV) 是纳米大小的囊泡,具有脂质双层,由大多数细胞分泌。EV 携带多种不同的生物分子,包括蛋白质、脂质、DNA 和 RNA,并被假定为促进不同组织和器官中的细胞间通讯。最近,电动汽车作为诊断的生物标志物和各种疾病的治疗剂引起了广泛关注。已经开发了许多用于 EV 表征的方法。但是,当前的 EV 分析方法都有不同的局限性。因此,随着这一尖端研究领域的成熟,开发高效的 EV 分离和表征方法仍然是其关键步骤之一。在这里,我们提供了一个详细的协议,概述了单粒子干涉反射成像传感器 (SP-IRIS),作为一种能够检测和表征来自未纯化生物来源的 EV 和通过其他方法纯化的 EV 的方法。这种先进的技术可用于多层次和全面的测量,以分析 EV 大小、EV 计数、EV 表型和生物标志物共定位。
细胞外囊泡 (EV) 是纳米大小的细胞来源膜囊泡,可以从许多生物体液中分离出来,包括血液、母乳、唾液、尿液、胆汁、胰液以及脑脊液和腹膜液。EV 的衍生通过三种主要机制发生:细胞凋亡、通过多泡体与质膜融合释放以及质膜起泡1。供体细胞成分向邻近或远处细胞和组织的 EV 转移的证据表明,这些膜封闭的包装可能在旁分泌以及长距离或内分泌信号级联反应中发挥重要作用 1,2,3。由于 EV 可以提供细胞表型的快照,因此它们用作治疗各种疾病的诊断和治疗工具的潜力已成为一个活跃的研究领域 4,5,6,7,8。
已经开发了许多针对 EV 表征的方法 9,10,11,12,13。这些方法中的大多数都提供了有关主要批量 EV 种群的独特且有价值的信息。虽然这些技术的子集可以提供有关单个 EV 内部或上物质的详细信息,但在单个 EV 级别表征 EV 可能存在局限性。例如,免疫电子显微镜可用于了解单个 EV 及其组成,但该技术的通量低,用于描述种群动态的能力受到严重限制,并且需要大量方法开发14。
最近, 通过 ExoView 平台开发并商业化了单粒子干涉反射成像传感器 (SP-IRIS) 技术,使用常规和简单的自动数据收集方法开启了单个 EV 表征的大门。该技术的核心是芯片,即 1 cm x 1 cm Si/SiO2 双层,能够对单个生物纳米颗粒进行干涉测量。该芯片使用单个功能化抗体点的微阵列进行耕作,可对多达六种不同的捕获类型进行多重检测。标准芯片包括常见的跨膜四蛋白标记物(CD81、CD63 和 CD9),用于在孵育步骤中捕获,用户可以添加额外的定制捕获点,以分离与跨膜四蛋白分离的不同 EV 群体。孵育步骤后,每个捕获点都与其结合了许多 EV,这些 EV 表达相应的标记。然后,可以在阅读器中简单地清洗、干燥和扫描这些捕获的 EV,以量化 50-200 nm 之间与捕获点结合的囊泡的大小, 从而通过 SP-IRIS15 给出数字加权大小分布。该系统还提供三个荧光检测通道,用于对捕获的 EV 进行免疫标记,并提供平均荧光强度(不受大小(如 SP-IRIS 测量)和每个荧光染色剂的共定位方面。这允许用户根据每个 EV 的 4 个不同生物标志物(捕获加上 3 个免疫荧光标记)来定义单个 EV 的群体。该系统不仅可以使用免疫荧光测量表面蛋白,因为可选的货物方案允许用户探测捕获的 EV 的内部蛋白质和跨膜表面标志物的管腔表位,并允许用户检查 EV 膜的完整性。在本文中,我们提供了一个详细的协议,概述了获得有关 EV 大小和数量的一致数据所需的步骤,在大量 EV 群体的单个 EV 水平上最多有四种不同的生物标志物。该技术可用于未加工的生物液体和使用多种技术分离的 EV,例如超速离心、超滤、沉淀剂、免疫亲和捕获、微流体和尺寸排阻色谱。
下面描述的方案使用来自 HEK 293 细胞培养基和小鼠血清的细胞外囊泡 (EV),使用既定的分离方法16。该方案已应用于许多其他生物体液、细胞培养基和从生物体液中分离的纯化细胞外囊泡。该协议分为为期两天的程序,其工作流程如图 1 所示。
图 1:检测工作流程。 用于在大小和计数、大小计数和表面染色以及大小计数和货物染色之间选择要为样品完成的分析类型的分析工作流程。 请单击此处查看此图的较大版本。
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根据堪萨斯大学医学中心 (KUMC) 经批准的机构动物护理和使用委员会 (IACUC) 方案从小鼠中收集血清样本。在这些实验中使用这些生物样品也得到了 KUMC 的批准。
1. 样品制备(第 1 天)
图 2:24 孔板布局。 显示了分装 ddH2O 的位置(添加蓝色染料仅用于可视化目的)和将容纳芯片的孔。 请单击此处查看此图的较大版本。
2. 准备和预扫描芯片
图 3:用于将芯片装入机床的卡盘图像。 请单击此处查看此图的较大版本。
图 4:芯片和正确的芯片处理。 (A) 黄色虚线表示斑点抗体的位置或芯片的功能侧。芯片 ID 位于行 (“58”) 下方。图还显示了正确的处理。(B) 证明芯片处理不当。(C) 芯片的非功能侧。 请单击此处查看此图的较大版本。
图 5:在孔中正确放置芯片的演示。 (A) 芯片应设置在孔的中间,没有角落接触孔的侧面。(B) 描述芯片放置不当,即边角接触孔的侧面。 请单击此处查看此图的较大版本。
3. 芯片和样品的加载和孵育
4. 确定 EV 大小和数量(第 2 天)
图 6:以 45° 角从 ddH2O 水中去除芯片的正确方法。 (A) 顶部视图和 (B) 侧面视图,展示了去除芯片的角度。 请单击此处查看此图的较大版本。
5. 抗体溶液的制备(第 2 天)
6. 通过免疫荧光染色确定 EV 大小、数量和表型
7. 可选货物染色
注意:该协议允许同时标记内部和表面标记物。
8. 数据收集
注意:使用 ExoView R100 从芯片收集数据的过程是自动化的,不需要用户输入。详细说明可以在用户指南和相应的视频中找到,用于加载芯片载体或“卡盘”和数据采集17。
9. 数据分析
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图 7 (左图)显示了 EV 的三色合成图像,该图像来源于 HEK293 条件培养基,该培养基与芯片上的 CD63 点结合,并在以下通道中分别以绿色、红色和蓝色对 CD81、CD63 和 CD9 进行染色。 图 7 (右上图)是一个放大的图像,显示每个捕获的 EV 都可以在每个通道中显示一种或多种颜色的共定位,这些颜色的强度各不相同。捕获的 EV 的...
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目前的 EV 表征方法主要依赖于纯化的 EV,这受到当前 EV 纯化方法实验局限性的限制 9,10,11,12,13。单粒子干涉反射成像 (SP-IRIS) 是一种有效的技术,可以消除样品分析所需的纯化步骤,从而节省时间并降低与典型 EV 工作流程相关的成本。所需的样?...
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Clayton Deighan 和 George Daaboul 是 NanoView Biosciences Inc. 的员工和股东。
这项工作部分由堪萨斯大学医学院研究设备和资源采购奖励计划赞助。PCG、LKC、FD 和 AR 得到了 NIA R21 AG066488-01 的资金支持。
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
10-cm sterile Petri dish | Fisher | FB0875712 | |
15mL sterile tube | n/a | various | |
24-well cell culture plate, flat bottom | Fisher | 08-772-1 | |
Blocking Solution | NanoView Biosciences | EV-TETRA-C | Can be found in ExoView Human Tetraspanin Kit. |
Chipfiles | NanoView Biosciences | EV-TETRA-C | Can be found in ExoView Human Tetraspanin Kit. |
Chips | NanoView Biosciences | EV-TETRA-C | Can be found in ExoView Human Tetraspanin Kit. |
Chuck | NanoView Biosciences | EV-TETRA-C | Can be found in ExoView Human Tetraspanin Kit. |
Corning Easy Grip Disposable Polystyrene Sterile Bottles 250 ml | Fisher | 09-761-4 | |
Corning Easy Grip Disposable Polystyrene Sterile Bottles 500 ml | Fisher | 09-761-10 | |
Deionized (DI) water | Fisher | LC267404 | |
EMS style tweezers with Carbon Fiber tips | Fisher | 50-193-0842 | |
ExoView Human Tetraspanin Kit | NanoView Biosciences | EV-TETRA-C | Capture for hCD81, hCD9, hCD63, IgG Control + stains for hEV-A (hEV-CD63-647, hEV-CD81-555, hEV-CD9-488) 16 Chips per kit |
ExoView R100 Imager | NanoView Biosciences | EV-R100 | Interferometric microscope including high specification camera including 3 color fluorescence and label free sizing and counting extracellular vesicles |
Fluorescently labled huma CD9 IgG antibody | NanoView Biosciences | EV-TETRA-C | Can be found in ExoView Human Tetraspanin Kit. |
Fluorescently labled human CD63 IgG antibody | NanoView Biosciences | EV-TETRA-C | Can be found in ExoView Human Tetraspanin Kit. |
Fluorescently labled human CD81 IgG antibody | NanoView Biosciences | EV-TETRA-C | Can be found in ExoView Human Tetraspanin Kit. |
Incubation Solution | NanoView Biosciences | EV-TETRA-C | Can be found in ExoView Human Tetraspanin Kit. |
Orbital shaker or microplate shaker with digital settings capable of shaking at 500 rpm | n/a | various | |
Plate Seal | NanoView Biosciences | EV-TETRA-C | Can be found in ExoView Human Tetraspanin Kit. |
Solution A | NanoView Biosciences | EV-TETRA-C | Can be found in ExoView Human Tetraspanin Kit. |
Solution B | NanoView Biosciences | EV-TETRA-C | Can be found in ExoView Human Tetraspanin Kit. |
Solution C | NanoView Biosciences | EV-TETRA-C | Can be found in ExoView Human Tetraspanin Kit. |
Solution D | NanoView Biosciences | EV-TETRA-C | Can be found in ExoView Human Tetraspanin Kit. |
Square/flat tip tweezer | Fisher | 50-239-62 | |
Straight strong point Boley style tweezers | Fisher | 16-100-124 | |
Thermo Scientific Adhesive PCR Plate Seals | Fisher | AB-0558 |
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