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Qui presentiamo un protocollo prontamente applicabile per valutare la stabilità di stoccaggio delle vescicole extracellulari, un gruppo di nanoparticelle naturali prodotte dalle cellule. Le vescicole sono caricate con glucuronidasi come un enzima modello e immagazzinate in condizioni diverse. Dopo la conservazione, vengono valutati i loro parametri fisico-chimici e l'attività dell'enzima incapsulato.
Le vescicole extracellulari (EV) sono obiettivi promettenti nella ricerca corrente, da utilizzare come farmaci, portatori di droghe e biomarcatori. Per il loro sviluppo clinico, non solo la loro attività farmaceutica è importante, ma anche la loro produzione deve essere valutata. In questo contesto, la ricerca si concentra sull'isolamento degli EV, sulla loro caratterizzazione e sulla loro conservazione. Il presente manoscritto mira a fornire una facile procedura per la valutazione dell'effetto delle diverse condizioni di conservazione sugli EV, senza manipolazione genetica o saggi funzionali specifici. In questo modo è possibile ottenere rapidamente una prima impressione della stabilità dei veicoli elettrici in una determinata condizione di conservazione e i veicoli elettrici derivati da diverse fonti cellulari possono essere confrontati facilmente. La misurazione della stabilità si basa sui parametri fisico-chimici degli EV (dimensioni, concentrazione delle particelle e morfologia) e sulla conservazione dell'attività del loro carico. Quest'ultimo è valutato dall'incapsulamento mediato da saponina dell'enzima beta-glucuronidasi nel svi. La glucuronidasi agisce come surrogato e consente una facile quantificazione attraverso la scissione di una molecola reporter fluorescente. Il presente protocollo potrebbe essere uno strumento per i ricercatori nella ricerca di condizioni di conservazione che conservino in modo ottimale le proprietà EV per far avanzare la ricerca EV verso l'applicazione clinica.
Gli EV sono nanoparticelle legate a membrana prodotte da quasi tutti i tipi di cellule. Per le cellule di mammifero, i veicoli elettrici possono essere suddivisi in due gruppi principali con percorsi di produzione distinti1,2. Le vescicole di membrana, con una gamma di dimensioni da circa 100-1000 Nm, sono prodotte da erba diretta dalla membrana cellulare. Gli esosomi, di dimensioni 30-200 Nm, derivano da corpi multivesicolari formati dall'interno in erba in endosomi che successivamente si fondono con la membrana cellulare per rilasciare più esosomi contemporaneamente. La funzione principale di queste vescicole è il trasporto di informazioni tra le cellule3. A questo scopo, i carichi come RNA, DNA e proteine sono attivamente ordinati in loro. I veicoli elettrici possono trasmettere una varietà di effetti sui loro bersagli, con implicazioni sia per la salute che per lo stato di malattia. Da un lato, essi mediano effetti positivi come la rigenerazione dei tessuti, presentazione di antigene, o effetti antibiotici, che li rende obiettivi propizi per il loro sviluppo come Therapeutics4,5. Dall'altro lato, gli EV possono promuovere la vascolarizzazione tumorale6, indurre gli effetti spettatore nelle risposte di stress7, e potrebbe svolgere un ruolo nelle malattie autoimmuni8 e malattie infiammatorie9. Così, potrebbero essere un componente chiave per una migliore comprensione di molti effetti patologici. Tuttavia, la presenza di EV alterati in molteplici malattie, come il cancro10,11,12 e disturbi cardiovascolari13, e la loro facile accessibilità nel sangue e nelle urine li rende ideali Biomarcatori. Infine, la loro buona biocompatibilità14 e la loro intrinseca capacità di targeting rendono gli EVS anche interessanti per la consegna di farmaci15. In questo manoscritto, descriviamo un protocollo per la valutazione della stabilità di stoccaggio dei veicoli elettrici derivati da cellule di mammiferi, una proprietà importante che è ancora poco indagata.
Per lo sviluppo clinico di EV, ci sono ancora molti ostacoli per superare16, tra cui la valutazione dei loro effetti terapeutici, produzione, purificazione, e stoccaggio17. Mentre-80 ° c è ampiamente visto come il gold standard per lo stoccaggio di EV18, i congelatori necessari sono costosi, e mantenere la catena di freddo necessaria dalla produzione al paziente può essere impegnativo. Inoltre, alcune segnalazioni indicano che la conservazione a-80 ° c non conserva in modo ottimale le SVE e induce una perdita della funzionalità EV19,20. Altri metodi, come la liofilizzazione21,22 o l'essiccazione a spruzzo23, sono stati proposti come potenziali alternative alla conservazione congelata di EVS.
Il modo ottimale per valutare la stabilità dello stoccaggio sarebbe quello di testare i veicoli elettrici in saggi funzionali o la valutazione di un marcatore specifico, ad esempio, la loro attività antibatterica19. Questo è possibile quando l'effetto desiderato delle vescicole è noto e quando un gruppo distinto di EV deve essere studiato. Se i veicoli elettrici provenienti da diverse fonti cellulari devono essere confrontati (ad esempio, per l'incapsulamento dei farmaci) o se non esiste una lettura funzionale nota, non è più possibile valutare le modifiche dovute allo stoccaggio in modo diretto.
D'altra parte, semplicemente valutando i cambiamenti nei loro parametri fisico-chimici, come la dimensione, il recupero delle particelle, e la concentrazione proteica, non sempre prevedere i cambiamenti nell'attività EV, come è stato dimostrato in un recente brevetto20.
Qui, forniamo un protocollo prontamente applicabile per misurare la stabilità di stoccaggio dei veicoli elettrici valutando i loro parametri fisico-chimici combinati con l'attività di un enzima beta-glucuronidasi incapsulato come surrogato per il carico dei veicoli elettrici. Il carico dell'enzima è fatto da incubazione di saponina, un metodo delicato stabilito con EVS da diverse fonti21,24,25. La saponina forma i pori transitori nella membrana EV, che consente l'assorbimento enzimatico nella vescicola. Poiché gli enzimi sono inclini a perdere la loro attività se sottoposti a condizioni di conservazione sfavorevoli, sono un surrogato ideale per la valutazione della conservazione dei carichi funzionali dei veicoli elettrici.
Abbiamo dimostrato che l'applicazione di questo protocollo agli EVs derivati da cellule staminali mesenchimali umane (MSC), cellule endoteliali della vena ombelicale umana (HUVECs) e cellule epiteliali alveolari dell'adenocarcinoma umano (A549) si traducono in grandi differenze nel stabilità di stoccaggio tra le diverse linee cellulari, che dovrebbe essere presa in considerazione quando si sceglie la sorgente EV21.
1. coltura cellulare e produzione di supporti cellulari condizionati
2. ultracentrifugazione della CCM
3. incapsulamento della glucuronidasi in EVs
4. produzione di liposoma
5. purificazione per SEC
6. dosaggio di glucuronidasi
7. conservazione di EVs e liposomi
Nota: per tutti gli scopi di stoccaggio, è consigliabile utilizzare tubi a bassa legatura per ridurre la perdita di EV dovuta all'adsorbimento.
8. analisi dopo lo stoccaggio
Nella Figura 1 sono visualizzate le caratteristiche di memorizzazione degli EVS isolate da HUVECs. Gli EV sono stati isolati da UC, la glucuronidasi è stata incapsulata e, dopo la SEC, le EVs purificate sono state valutate per le loro proprietà fisico-chimiche da parte della NTA. Un campione delle vescicole è stato successivamente sottoposto a purificazione AF4 e l'attività glucuronidasi è stata misurata.
Le vescicole sono state poi conservate per 7 d a 4 ° c o-80 ° c e...
In questo manoscritto, presentiamo un protocollo completo per studiare la stabilità dei veicoli elettrici in diverse condizioni di conservazione. Con la combinazione di glucuronidasi incapsulata come lettura funzionale e la valutazione dei parametri fisico-chimici degli EV, il protocollo consente una semplice valutazione della stabilità dello stoccaggio dei veicoli elettrici e il confronto di EVs da diverse cellule Linee. SEM e TEM come metodi complementari consentono una panoramica dei cambiamenti dei veicoli elettric...
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Il programma di ricerca di NanoMatFutur Junior del Ministero federale dell'istruzione e della ricerca, Germania (Grant Number 13XP5029A) ha sostenuto questo lavoro. Maximilian Richter è stato sostenuto dalla Studienstiftung des deutschen Volkes (Fondazione tedesca per le borse accademiche) attraverso una borsa di studio di dottorato.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1,2 dimyristoyl-sn glycero-3-phospho-choline (DMPC) | Sigma-Aldrich | P2663-25MG | |
1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phospho-choline (DPPC) | Sigma-Aldrich | P4329-25MG | |
225 cm² cell culture flasks | Corning | 431082 | Used with 25 ml of medium |
30 kDa regenerated cellulose membrane | Wyatt Technology Europe | 1854 | |
350 µm spacer | Wyatt Technology Europe | ||
Automated fraction collector | Thermo Fisher Scientific | ||
Beta-glucuronidase | Sigma-Aldrich | G7646-100KU | |
Chloroform | Fisher scientific | C/4966/17 | |
Column oven | Hitachi High-Technologies Europe | ||
D-(+)-Trehalose dihydrate | Sigma-Aldrich | T9531-10G | |
DAWN HELEOS II, Multi-angle light scattering detector | Wyatt Technology Europe | ||
Durapore Membrane filter, PVDF, 0,1 µm, 47 mm | Merck | VVLP04700 | Used for the preparation of buffers for AF4 |
EBM-2 | Lonza Verviers, S.p.r. | CC-3156 | Endothelial Cell Growth basal medium, used for the serum free culture of HUVEC cells |
Eclipse dualtec | Wyatt Technology Europe | ||
EGM-2 | Lonza Verviers, S.p.r. | CC-3162 | Endothelial Cell Growth medium, used for the normal culture of HUVEC cells |
ELISA Plate Sealers | R&D Systems | DY992 | used for sealing of 96-well plates for the glucuronidase assay |
Ethanol | Fisher scientific | E/0665DF/17 | |
Extruder Set With Holder/Heating Block | Avanti Polar Lipids | 610000-1EA | |
Filter support | Avanti Polar Lipids | 610014-1EA | used for liposome preparation |
Fluorescein di-β-D-glucoronide | Thermo Fisher Scientific | F2915 | |
Gibco PBS-tablets+CA10:F36 | Thermo Fisher Scientific | 18912014 | |
Hettich Universal 320 R | Andreas Hettich GmbH & Co.KG | Used for pelleting cells at 300 g | |
Hettich Rotina 420 R | Andreas Hettich GmbH & Co.KG | Used for pelleting larger debris at 3000 g | |
HUVEC cells | Lonza Verviers, S.p.r. | C2517A | |
Kimble FlexColumn 1X30CM | Kimble | 420401-1030 | |
Lyophilizer ALPHA 2-4 LSC | Christ | ||
Microcentrifuge Tubes, Polypropylene | VWR international | 525-0255 | the tubes used for all EV-handling, found to be more favorable than comparable products from other suppliers regarding particle recovery |
Nanosight LM14 equipped with a green laser | Malvern Pananalytical | ||
Nanosight-software version 3.1 | Malvern Pananalytical | ||
Nucleopore 200 nm track-etch polycarbonate membranes | Whatman/GE Healthcare | 110406 | used for liposome preparation |
PEEK Inline filter holder | Wyatt Technology Europe | ||
Phosphotungstic acid hydrate | Sigma-Aldrich | 79690-25G | |
Polycarbonate bottles for ultracentrifugation | Beckman Coulter | 355622 | |
QuantiPro BCA Assay Kit | Sigma-Aldrich | QPBCA-1KT | |
Saponin | Sigma-Aldrich | 47036 | |
Scanning electron microscopy Zeiss EVO HD 15 | Carl Zeiss AG | ||
Sepharose Cl-2b | GE Healthcare | 17014001 | |
SEM copper grids with carbon film | Plano | S160-4 | |
Small AF4 channel | Wyatt Technology Europe | ||
Sputter-coater Q150R ES | Quorum Technologies | ||
Transmission electron microscopy JEOL JEM 2011 | Oxford Instruments | ||
Type 45 Ti ultracentrifugation rotor | Beckman Coulter | 339160 | |
Ultimate 3000 Dionex autosampler | Thermo Fisher Scientific | ||
Ultimate 3000 Dionex isocratic pump | Thermo Fisher Scientific | ||
Ultimate 3000 Dionex online vacuum degasser | Thermo Fisher Scientific | ||
Ultracentrifuge OptimaTM L-90 K | Beckman Coulter | ||
UV detector | Thermo Fisher Scientific | ||
Whatman 0.2 µm pore size mixed cellulose filter | Whatman/GE Healthcare | 10401712 | Used for the filtration of all buffers used with the EVs and in SEC |
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