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Method Article
Dieses Protokoll bietet eine detaillierte Beschreibung der Sortierung extrazellulärer Vesikel (EVs), die von mesenchymalen Stromazellen freigesetzt werden. Dabei geht es insbesondere um die Geräteeinstellung und die Optimierung der Sortierbedingungen. Ziel ist es, extrazelluläre Vesikel zu sortieren und dabei ihre Eigenschaften zu erhalten.
Extrazelluläre Vesikel (EVs), die von mesenchymalen Stromazellen (MSCs) freigesetzt werden, enthalten eine Reihe von microRNAs mit regenerativen und entzündungshemmenden Rollen. Daher werden gereinigte MSC-EVs als therapeutische Option der nächsten Generation für eine Vielzahl von Krankheiten angesehen. In diesem Protokoll berichten wir über die Strategie zur erfolgreichen Sortierung von EVs aus dem Überstand von aus Fett gewonnenen MSCs (ASCs), die häufig in orthopädischen regenerativen Medizinanwendungen verwendet werden.
Zunächst haben wir die Probenvorbereitung beschrieben, wobei wir uns auf die EV-Isolierung und die Markierungsschritte mit Carboxyfluorescein-Succinimidylester (CFSE) für die Fluoreszenzdetektion konzentriert haben. Anschließend haben wir den Sortierprozess detailliert beschrieben, der den Hauptteil des Protokolls ausmacht.
Zusätzlich zu den in MISEV 2023 und den MIFlowCyt EV-Richtlinien definierten Regeln haben wir spezifische experimentelle Bedingungen in Bezug auf Düsengröße, Frequenz und Manteldruck angewendet. Die morphologischen Parameter werden anhand von Kügelchen mit Durchmessern ermittelt, die ausgewählt wurden, um den theoretischen Bereich der EV-Größe abzudecken. Nach der Sortierung der ASC-EVs führten wir eine Reinheitsprüfung der sortierten Fraktion durch, indem wir sie mit dem Sortierer erneut analysierten und die EV-Größenverteilung mit der Nanopartikel-Tracking-Analysetechnik überprüften.
Aufgrund der zunehmenden Bedeutung von Elektrofahrzeugen wird es immer wichtiger, eine reine Population zu untersuchen und zu charakterisieren. Hier zeigen wir eine Gewinnerstrategie, um die Sortierung so einzurichten, dass dieses Ziel erreicht wird.
Extrazelluläre Vesikel (EVs) sind eine heterogene Gruppe von membranstrukturierten Vesikel, die von fast allen Zellen freigesetzt werden, durch eine Lipiddoppelschicht begrenzt sind und sich nicht selbst replizieren können1. Sie sind in verschiedenen Bioflüssigkeiten wie Blutplasma, Serum, Speichel, Muttermilch, Urin, Bronchialspülflüssigkeit, Fruchtwasser, Liquor cerebrospinalis und malignem Aszitesenthalten 2. Eine der Hauptfunktionen von EVs besteht darin, verschiedene Moleküle, darunter Nukleinsäuren, Proteine, Lipide und Kohlenhydrate, zwischen einer Spender- und einer Empfängerzelle zu transportieren. Dies kann durch verschiedene Mechanismen geschehen, wie z. B. direkte Membranfusion, Rezeptor-Liganden-Interaktion, Endozytose und Phagozytose 3,4. Aus diesem Grund wurde gezeigt, dass sie eine wichtige Rolle bei vielen physiologischen und pathologischen Prozessen spielen, und sie sind vielversprechend als neuartige Biomarker für Krankheiten, als Vehikel für die Verabreichung von Medikamenten und als therapeutische Wirkstoffe 5,6.
Mesenchymale Stromazellen (MSCs) sind multipotente Zellen, die aus vielen Geweben isoliert werden können, darunter Fettgewebe, Zahnpulpa, Nabelschnurblut, Plazenta, Fruchtwasser, Wharton-Gelee und sogar Gehirn, Lunge, Thymus, Bauchspeicheldrüse, Milz, Leber und Niere. In den letzten Jahren haben sie ein erhebliches Interesse an der regenerativen Medizin geweckt7. Aus Fettgewebe gewonnene mesenchymale Stammzellen (ASCs) können im Vergleich zu anderen Quellen wie Knochenmark durch ein weniger invasives Verfahren aus Fettgewebe gewonnen werden, was zu einem geringeren Risiko schwerer Komplikationen führt und ethische Fragen vermeidet8.
Darüber hinaus enthält Fettgewebe eine signifikant höhere Konzentration an MSCs als Knochenmark (1 % gegenüber >0,01 %) und andere Quellen wie Dermis, Zahnpulpa, Nabelschnur und Plazenta. MSCs sind aufgrund ihrer Differenzierungsfähigkeit und ihrer Sekretion eines breiten Repertoires an Wachstumsfaktoren, Chemokinen und Zytokinen von entscheidender Bedeutung für die Regeneration verletzter Gewebe und Zellen; Dieser therapeutische Nutzen ist auf ihre Differenzierungsfähigkeit zurückzuführen, aber auch auf die Tatsache, dass sie ein breites Repertoire an Wachstumsfaktoren, Chemokinen und Zytokinen sezernieren. Ein markantes Beispiel ist das therapeutische Potenzial von MSCs für orthopädische Erkrankungen, wobei der Begriff "Muskel-Skelett-Erkrankungen" die höhere Anzahl registrierter klinischer Studien unter clinicaltrials.gov aufweist (abgerufen am 13. Mai 2024).
Darüber hinaus können MSCs auch EVs sezernieren, die an der Geweberegeneration beteiligt sind, indem sie Informationen auf geschädigte Zellen oder Gewebe übertragen und eine ähnliche biologische Aktivität wie die Mutterzellen ausüben 9,10. Aus diesem Grund können MSC-EVs ein wertvoller Ersatz für die Zelltherapie sein, um einen zellfreien Ansatz zu erreichen11, wobei zwei klinische Studien mit MSC-EVs bei orthopädischen Erkrankungen (NCT05261360 und NCT04998058) durchgeführt wurden. Für die klinischen Anwendungen von Elektrofahrzeugen gibt es jedoch noch einige Herausforderungen. Zum Beispiel gibt es einige Bedenken hinsichtlich der Isolationstechniken von Elektrofahrzeugen: Die meisten von ihnen garantieren keine Reinheit oder Integrität der Vesikel. Darüber hinaus sind einige Isolationstechniken komplex, zeitaufwändig und haben eine geringe Wiederholbarkeit, was sie für den klinischen Einsatz ungeeignet macht12.
Die Zellsortierung hingegen ist eine häufig verwendete Methode, die es ermöglicht, einzelne Zellen aus heterogenen Zellsuspensionen unter Verwendung spezifischer Fluoreszenzmarkerzu isolieren 13. Er kann für viele Anwendungen eingesetzt und an verschiedene Probentypen angepasst werden. Obwohl die Zellsortierung eine etablierte und weit verbreitete Technologie ist, ist die EV-Sortierung immer noch eine große Herausforderung, da die meisten EVs selbst für die empfindlichsten Durchflusszytometer unter der minimalen Nachweisschwelle liegen. Es gibt einige Merkmale, die einen Sortierer für diesen Zweck besser geeignet machen. Zunächst einmal mit einem Jet-in-Air-System, bei dem der Strom, der die Partikel suspendiert, von Lasern in der Luft und nicht in einer Durchflusszelle abgefragt wird; Dieses System schont die Probe, indem es die Spannung, der sie ausgesetzt ist, verringert. Ein zweiter wichtiger Punkt ist das Vorhandensein eines "Abdunkelungs"-Balkens zwischen dem Strahl und der Sammellinse, der das optische Hintergrundrauschen des Instruments verringert. Obwohl es niedrig ist, wird das Hintergrundrauschen nicht vollständig eliminiert und stellt eine Referenz dar, die ein teilweises Fenster in die Ereignisse bietet, die unter den Schwellenwert fallen: Es ist sehr wichtig für die Analyse von Ereignissen, die nahe der "Nachweisgrenze" des Instruments14 liegen. Schließlich verfügt der Sortierer über einen Dual-Path Forward Scatter (FSC) mit zwei verschiedenen Masken, die eine verbesserte Unterscheidung zwischen kleinen und großen Partikeln in der Probe ermöglichen.
Auf dieser Grundlage haben wir ein Protokoll entwickelt, das darauf abzielt, Carboxyfluorescein-Succinimidylester (CFSE)-markierte MSC-EVs mit Hilfe eines hochempfindlichen Zellsortierers zu trennen. Um die Manipulation von EVs zu minimieren und ihre Integrität und Menge zu erhalten, haben wir Ultrazentrifugationsschritte während der Probenvorbereitung vermieden. Darüber hinaus wurden die Sortierbedingungen angepasst, um die Belastung der Vesikel zu minimieren, einschließlich einer weiteren Optimierung unseres Instruments durch Reduzierung des mit der Düsengröße verbundenen Sortierdrucks (70 μm Düse für einen Druck von 35 psi).
Das Protokoll besteht hier aus vier Teilen: (1) Probenvorbereitung, (2) Charakterisierung von ASC-EVs, (3) Sortierung von ASC-EVs und (4) Analyse nach der Sortierung. Ein Schema, das den Arbeitsablauf darstellt, ist in Abbildung 1 dargestellt.
Abbildung 1: Ablaufdiagramm des Protokolls. Das Flussdiagramm zeigt die Schritte, die an dem Protokoll beteiligt sind. (1) Probenvorbereitung, (2) Charakterisierung von Vesikeln vor der Sortierung, (3) Sortierung und (4) Analyse von Vesikeln nach der Sortierung. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
1. Vorbereitung der Probe
2. Charakterisierung von ASC-EVs
Abbildung 2: Charakterisierung der ASC-EVs. (A) Repräsentativer Western Blot der positiven (CD9, CD81, TSG101 und Flotillin) und negativen (Calnexin) Marker. Entsprechende Molekulargewichte werden angegeben, und ASC-Lysate wurden als Kontrolle verwendet. (B) Durchflusszytometrische Analyse von EVs-Markern. Die Expression der folgenden Marker wurde analysiert: CD9, CD63, CD81 und CD44. Es wurden nur CFSE-positive ASC-EVs auf Markerexpression analysiert. Histogramme stellen ungefärbte (rote Histogramme) und gefärbte (blaue Histogramme) ASC-EVs dar. (C) Durchflusszytometrie, intrazelluläre Analyse des EVs-Markers Caveolin. Histogramme stellen ungefärbte (graues Histogramm) und gefärbte (blaue Histogramme) ASC-EVs dar. (D) Charakterisierung von ASC-EVs durch NTA. Histogramme stellen die Konzentration (Partikel/ml)/Größe (nm) der Probe dar. (e) Visualisierung von ASC-EVs durch TEM. Maßstabsbalken = 100 nm. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
3. Sortierung von ASC-EVs
Abbildung 3: Einstellung der physikalischen Parameter mit hohlen Organo-Kieselsäurekügelchen. (A) SSC/FITC-Punktdiagramm: Referenzgrüne, fluoreszierende Kügelchen wurden verwendet, um den SSC-Parameter einzustellen. SSC/FSC-Punktdiagramm von (B) VER01B- und (C) VER01A-Kügelchen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 4: Referenz-Hintergrundrauschen. (A) SSC/CFSE-Punktdiagramm der PBS-Stichprobe. (B) SSC/CFSE-Punktdiagramm der PBS + CFSE-Stichprobe. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 5: Sortierung von CFSE-gefärbten ASC-EVs. (A) SSC/CFSE-Punktdiagramm von ungefärbten EVs, (B) CFSE-gefärbten EVs, (C) CFSE-negativen EVs nach der Sortierung und (D) CFSE-positiven EVs nach der Sortierung. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
4. Analysen nach der Sortierung
HINWEIS: Aufgrund der begrenzten Materialmenge nach der Sortierung kann es sein, dass nicht alle Analysen durchgeführt werden können. Mit dem erhaltenen Betrag wird folgendes ausgeführt.
Abbildung 6: Charakterisierung von sortierten ASC-EVs. Durchflusszytometrische Analyse von EV-Markern. Die Expression der folgenden Marker wurde analysiert: CD9, CD63, CD81 und CD44. Es wurden nur CFSE-positive ASC-EVs auf Markerexpression analysiert. (A) Histogramme stellen ungefärbte (rote Histogramme) und gefärbte (blaue Histogramme) ASC-EVs dar. (B) Charakterisierung von ASC-EVs durch NTA. Histogramme stellen die Konzentration (Partikel/ml)/Größe (nm) der Proben vor der Sortierung (links) und nach der Sortierung (rechts) dar. (C) Visualisierung von ASC-EVs durch TEM der Probe vor der Sortierung (links) und nach der Sortierung (rechts). Maßstabsbalken = 100 nm. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Die FSC-Polystyrolkügelchen wurden sortiert, um die Einrichtung des Instruments und die Sortierbedingungen zu validieren. FSC-Polystyrolkügelchen sind eine Mischung aus fluoreszierenden Kügelchen von 100 nm, 300 nm, 500 nm und 900 nm und sind auf dem FITC-Kanal sichtbar. Abbildung 7A zeigt die SSC-Log-Skala im Vergleich zum FITC-Log-Skala-Punktdiagramm mit den vier Populationen von Perlen vor der Sortierung. Die fluoreszierenden Populationen von 100 nm, 3...
Die Analyse und Sortierung von Elektrofahrzeugen ist aufgrund ihrer geringen Größe und der Tatsache, dass sie nahe der Nachweisgrenze der meisten Durchflusszytometer liegen, eine Herausforderung. Unser Ziel war es, ein Protokoll für die Isolierung von Elektrofahrzeugen zu entwickeln, die von mit CFSE markierten AMSCs abgeleitet sind. CFSE wurde aufgrund der berichteten hohen Markierungseffizienz von EVs (≥90%) als Färbemethode ausgewählt, ohne dass unerwünschte Partikel wie Prote...
Die Autoren haben nichts offenzulegen.
Wir danken Emanuele Canonico für die technische Unterstützung. Ein Teil dieser Arbeit wurde im ALEMBIC durchgeführt, einem fortschrittlichen Mikroskopielabor, das vom IRCCS Ospedale San Raffaele und der Università Vita-Salute San Raffaele eingerichtet wurde. Die Arbeit von Enrico Ragni und Laura de Girolamo wurde vom italienischen Gesundheitsministerium "Ricerca Corrente" unterstützt.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
5(6)-Carboxyfluorescein diacetate N-succinimidyl ester | Merck | 150347-59-4 | |
Adipose Mesenchymal Stromal Cells | Wepredic, Parc d'affaires, 35760 Saint-Grégoire, France | Cells used in this study | |
Alexa 488 anti-Caveolin | R&D Systems | IC5736G | Flow cytometry antibody |
APC anti-human CD44 | BioLegend | 338805 | Flow cytometry antibody |
APC anti-human CD63 | BioLegend | 353007 | Flow cytometry antibody |
APC anti-human CD81 (TAPA-1) | BioLegend | 349509 | Flow cytometry antibody |
APC anti-human CD9 | BioLegend | 312107 | Flow cytometry antibody |
BC CytoFLEX S | Beckman Coulter | BC CytoFLEX S equipped with 3 lasers, Blue, Red and Violet | |
Flow-Check Pro Fluorospheres | Beckman Coulter | A63493 | Fluorescent control beads for MoFLO Astrios EQ |
FlowJo software (version 10.8.1) | BD | version 10.8.1 | Analysis software |
IntraSure kit | BD Biosciences | 641776 | Fixation and permeabilization for intracellular staining |
Megamix-Plus FSC | BioCytex | 7802 | FSC polystyrene beads |
MoFLO Astrios EQ | Beckman Coulter | MoFLO Astrios EQ equipped with 4 lasers, Blue, Yellow - Green, Violet and Red | |
Mouse anti-FLOT1 antibody | BD Transduction Laboratories | 610820 | Western Blot antibody |
NanoSight NS300 | Malvern | NS300 | |
Rabbit anti-Calnexin antibody | Origene | TA336279 | Western Blot antibody |
Rabbit anti-CD9 and CD81 antibody (ExoAb antibody kit) | System Biosciences | EXOAB-KIT-1 | Western Blot antibodies |
Rabbit anti-TSG101 antibody | Merck | HPA006161 | Western Blot antibody |
Triton X-100 | Merck | 9036-19-5 | |
Ultra Rainbow Fluorescent Particles | Spherotech | URFP-30-2 | |
Ultracel 100 kDa MWCO | Merck | UFC910024 | |
VER01 - Verity Shells | Exometry | Organo silica beads for scatter calibration |
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