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Method Article
Este protocolo presenta imágenes de reflectancia interferométrica de una sola partícula que están diseñadas para las mediciones completas y multinivel del tamaño de las vesículas extracelulares (EV), el recuento de EV, el fenotipo de EV y la colocalización de biomarcadores EV.
Las vesículas extracelulares (VE) son vesículas de tamaño nanométrico con una bicapa lipídica que son secretadas por la mayoría de las células. Los VE transportan una multitud de moléculas biológicas diferentes, incluidas proteínas, lípidos, ADN y ARN, y se postula que facilitan la comunicación de célula a célula en diversos tejidos y órganos. Recientemente, los VE han atraído una atención significativa como biomarcadores para el diagnóstico y agentes terapéuticos para diversas enfermedades. Se han desarrollado muchos métodos para la caracterización de vehículos eléctricos. Sin embargo, todos los métodos actuales para el análisis de EV tienen diferentes limitaciones. Por lo tanto, el desarrollo de métodos eficientes y efectivos para el aislamiento y la caracterización de vehículos eléctricos sigue siendo uno de los pasos cruciales para este campo de investigación de vanguardia a medida que madura. Aquí, proporcionamos un protocolo detallado que describe un sensor de imágenes de reflectancia interferométrica de una sola partícula (SP-IRIS), como un método que es capaz de detectar y caracterizar EV a partir de fuentes biológicas no purificadas y EV purificadas por otras metodologías. Esta técnica avanzada se puede utilizar para mediciones integrales y de varios niveles para el análisis del tamaño del EV, el recuento de EV, el fenotipo del EV y la colocalización de biomarcadores.
Las vesículas extracelulares (VE) son vesículas de membrana de tamaño nanométrico de origen celular que se pueden aislar de numerosos fluidos biológicos, como sangre, leche materna, saliva, orina, bilis, jugo pancreático y fluidos cefalorraquídeos y peritoneales. La derivación de las VE se produce a través de tres mecanismos principales: apoptosis, liberación a través de la fusión de cuerpos multivesiculares con la membrana plasmática y formación de la membrana plasmática1. La evidencia de la transferencia EV de componentes de células donantes a células y tejidos vecinos o distantes sugiere que estos paquetes encerrados en membranas pueden desempeñar un papel importante en las cascadas de señalización paracrina, así como a larga distancia o endocrina 1,2,3. Debido a que los VE pueden proporcionar una instantánea del fenotipo de una célula, el potencial de su uso como herramientas diagnósticas y terapéuticas para el tratamiento de diversas enfermedades se ha convertido en un área activa de investigación 4,5,6,7,8.
Se han desarrollado muchos métodos dirigidos a la caracterización de VE 9,10,11,12,13. La mayoría de estos métodos proporcionan información única y valiosa sobre las poblaciones de vehículos eléctricos, principalmente a granel. Si bien un subconjunto de estas técnicas puede proporcionar detalles sobre las sustancias dentro o sobre los vehículos eléctricos individuales, puede haber limitaciones para caracterizar los vehículos eléctricos a nivel de un solo vehículo. Por ejemplo, la inmunomicroscopía electrónica se puede utilizar para comprender los VE individuales y su composición, pero esta técnica es de bajo rendimiento, su capacidad para ser utilizada para describir la dinámica de poblaciones y requiere el desarrollo de métodos significativos14.
Recientemente, el desarrollo y la comercialización de la técnica del sensor de imágenes de reflectancia interferométrica de una sola partícula (SP-IRIS), a través de la plataforma ExoView, ha abierto la caracterización individual de EV utilizando un método de recopilación de datos automatizado rutinario y sencillo. El núcleo de esta tecnología es el chip, una doble capa de Si/SiO2 de 1 cm x 1 cm, que permite la medición interferométrica de nanopartículas biológicas individuales. El chip está cultivado con un microarray de puntos de anticuerpos funcionalizados individuales, lo que permite la detección multiplexada de hasta seis tipos de captura diferentes. Los chips estándar incluyen los marcadores comunes de tetraspanina (CD81, CD63 y CD9) para la captura durante la etapa de incubación, y el usuario puede agregar puntos de captura personalizados adicionales para aislar distintas poblaciones de EV separadas de las tetraspaninas. Después de la etapa de incubación, cada punto de captura tiene unidos muchos EV que expresan el marcador correspondiente. Estos EV capturados se pueden lavar, secar y escanear simplemente en el lector para cuantificar el tamaño de las vesículas unidas al punto de captura entre 50 y 200 nm para dar una distribución de tamaño ponderada por número a través de SP-IRIS15. El sistema también ofrece tres canales de detección fluorescentes para el inmunomarcaje de los EV capturados, y proporciona tanto la intensidad fluorescente media, que no está limitada por el tamaño, como las mediciones de SP-IRIS, como los aspectos de colocalización para cada tinción fluorescente. Esto permite al usuario definir poblaciones de VE individuales en función de la visualización de cuatro biomarcadores diferentes por VE (captura más tres marcadores inmunofluorescentes). El sistema puede ir más allá de la medición de proteínas de superficie con inmunofluorescencia, ya que un protocolo de carga opcional permite al usuario sondear las proteínas internas de los EV capturados y los epítopos luminales de los marcadores de superficie que abarcan la membrana, así como permite al usuario comprobar la integridad de la membrana EV. En este artículo, proporcionamos un protocolo detallado que describe los pasos necesarios para obtener datos consistentes sobre el tamaño y el número de vehículos eléctricos, con hasta cuatro biomarcadores diferentes en un solo nivel de vehículo en grandes poblaciones de vehículos eléctricos. Esta técnica se puede utilizar tanto en fluidos biológicos no procesados como en VE aislados utilizando cualquier número de técnicas, como ultracentrifugación, ultrafiltración, agentes precipitantes, captura de inmunoafinidad, microfluídica y cromatografía de exclusión por tamaño.
El protocolo que se describe a continuación utiliza vesículas extracelulares (VE) derivadas de medios de cultivo celular HEK 293 y del suero de ratón utilizando un método de aislamiento establecido16. El protocolo se ha aplicado a muchos otros fluidos biológicos, medios de cultivo celular y vesículas extracelulares purificadas aisladas de fluidos biológicos. Este protocolo se divide en un procedimiento de dos días con el flujo de trabajo para un experimento típico que se muestra en la Figura 1.
Figura 1: Flujo de trabajo de ensayo. Flujo de trabajo de ensayo para elegir el tipo de análisis que se completará para la muestra entre el tamaño y el recuento, el recuento de tamaño y la tinción de la superficie, y el recuento de tamaño y la tinción de la carga. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
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Se recolectaron muestras de suero de ratones de acuerdo con un protocolo aprobado por los Comités Institucionales de Cuidado y Uso de Animales (IACUC) en el Centro Médico de la Universidad de Kansas (KUMC). El uso de estas muestras biológicas en estos experimentos también fue aprobado por KUMC.
1. Preparación de la muestra (día 1)
Figura 2: Diseño de placa de 24 pocillos. Se muestran las ubicaciones de dónde alicuota ddH2O (se agregó tinte azul solo con fines de visualización) y los pozos en los que se mantendrán las fichas. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
2. Preparación y preescaneo de chips
Figura 3: Imagen del mandril utilizado para cargar el chip en la máquina. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 4: Chip y manejo adecuado del chip. (A) La línea punteada amarilla indica la ubicación de los anticuerpos detectados, o el lado funcional del chip. El ID del chip se encuentra debajo de la línea ("58"). La figura también muestra el manejo adecuado. (B) Demuestra un manejo inadecuado del chip. (C) Lado no funcional del chip. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 5: Demostración de la colocación adecuada de las virutas en el pozo. (A) Las virutas deben colocarse en el centro del pozo, sin esquinas que toquen los lados del pozo. (B) Representación de la colocación incorrecta de la viruta, donde las esquinas tocan los lados del pozo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
3. Carga e incubación del chip y la muestra
4. Determinación del tamaño y la cantidad de vehículos eléctricos (Día 2)
Figura 6: Forma correcta de extraer la viruta del agua ddH2O en un ángulo de 45°. (A) Vista desde arriba y (B) Vista desde el lateral que muestra el ángulo en el que se debe quitar la viruta. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
5. Preparación de la solución de anticuerpos (Día 2)
6. Determinación del tamaño, recuento y fenotipado de EV con tinción inmunofluorescente
7. Tinción de carga opcional
NOTA: Este protocolo permite el etiquetado simultáneo de marcadores internos y de superficie.
8. Recopilación de datos
NOTA: El procedimiento para recopilar datos de los chips con el ExoView R100 está automatizado y no requiere entradas del usuario. Las instrucciones detalladas se pueden encontrar en la Guía del usuario y en el vídeo correspondiente para cargar el portador de chips, o "mandril", y la adquisición de datos17.
9. Análisis de datos
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La Figura 7 (panel izquierdo) muestra una imagen compuesta de tres colores de EV derivados de medios condicionados HEK293 unidos al punto CD63 en el chip y teñidos para CD81, CD63 y CD9 en los siguientes canales verde, rojo y azul, respectivamente. La Figura 7 (panel superior derecho) es una imagen ampliada que muestra que cada uno de los EV capturados puede mostrar la colocalización de uno o más colores con intensidades vari...
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Los métodos actuales de caracterización de VE se basan en gran medida en VE purificados, lo que está restringido por las limitaciones experimentales actuales de los métodos de purificación de VE 9,10,11,12,13. Las imágenes de reflectancia interferométrica de una sola partícula (SP-IRIS) son una tecnología eficaz que p...
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Clayton Deighan y George Daaboul son empleados y accionistas de NanoView Biosciences Inc.
Este trabajo fue patrocinado en parte por el Programa de Premios de Adquisición de Recursos y Equipos de Investigación de la Facultad de Medicina de la Universidad de Kansas. PCG, LKC, FD y AR fueron apoyados con fondos de NIA R21 AG066488-01.
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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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