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Method Article
Questo protocollo descrive un metodo per l'isolamento di vescicole extracellulari urinarie, uEV, da donatori umani sani e la loro caratterizzazione fenotipica in base alle dimensioni e all'espressione del marcatore di superficie mediante citometria a flusso.
Le vescicole extracellulari, EV, sono un complesso eterogeneo di membrane lipidiche, secrete da qualsiasi tipo di cellula, in qualsiasi fluido come l'urina. Le vescicole extracellulari possono essere di diverse dimensioni, che vanno da 40-100 nm di diametro, come negli esosomi, a 100-1000 nm nelle microvescicole. Possono anche contenere diverse molecole che possono essere utilizzate come biomarcatori per la prognosi e la diagnosi di molte malattie. Molte tecniche sono state sviluppate per caratterizzare queste vescicole. Uno di questi è la citometria a flusso. Tuttavia, non esistono rapporti che mostrino come quantificare la concentrazione di vescicole extracellulari e differenziarle in base alle dimensioni, insieme al rilevamento dei biomarcatori. Questo lavoro si propone di descrivere una procedura per l'isolamento, la quantificazione e la fenotipizzazione di vescicole extracellulari urinarie, uEVs, utilizzando un citometro convenzionale per l'analisi senza alcuna modifica alla sua configurazione. I limiti del metodo includono la colorazione di un massimo di quattro diversi biomarcatori per campione. Il metodo è limitato anche dalla quantità di vescicole extracellulari disponibili nel campione. Nonostante queste limitazioni, con questo protocollo e la sua successiva analisi, possiamo ottenere maggiori informazioni sull'arricchimento dei marcatori delle vescicole extracellulari e sull'abbondanza di queste vescicole presenti nei campioni di urina, nelle malattie che comportano danni renali e cerebrali.
Nei mammiferi, il sangue viene filtrato passando attraverso i reni 250 - 300 volte; Durante questo periodo, si forma l'urina. La produzione di questo biofluido è il risultato di una serie di processi, tra cui la filtrazione glomerulare, il riassorbimento tubulare e la secrezione. I prodotti di scarto metabolici e gli elettroliti sono i componenti principali dell'urina. Inoltre, altri sottoprodotti come peptidi, proteine funzionali e vescicole extracellulari (EV) vengono escreti 1,2,3,4,5,6. Inizialmente, le vescicole extracellulari urinarie (uEV) sono state identificate in campioni di urina di pazienti affetti da disturbi dell'equilibrio idrico. Questi pazienti hanno mostrato la presenza di molecole come l'acquaporina-2 (AQP2), che è stata poi utilizzata come biomarcatore per questa malattia7. Diversi studi successivi si sono concentrati sull'identificazione dell'origine cellulare delle uEV, descrivendo che queste strutture possono essere secrete dalle cellule renali (glomeruli, podociti, ecc.) e da altri tipi di cellule di linee endoteliali o leucocitarie. Inoltre, il numero e l'arricchimento di molecole nelle uEV possono essere correlati con lo stato di molte malattie e disturbi 8,9,10,11,12,13,14.
Complessivamente, le vescicole extracellulari costituiscono una famiglia altamente eterogenea di particelle racchiuse da doppi strati lipidici e rilasciate dalle cellule attraverso meccanismi passivi o attivi in diversi fluidi. A seconda della loro origine, le vescicole extracellulari possono essere classificate come esosomi originati da endosomi o microvescicole/microparticelle derivate dalla membrana plasmatica. Tuttavia, questo criterio di classificazione può essere applicato solo quando la biogenesi delle particelle è osservata direttamente. Pertanto, altri criteri non banali, tra cui l'origine fisica, biochimica e cellulare, sono stati approvati da diversi ricercatori nel campo 15,16,17. A seconda della natura dell'isolato analizzato, sono state suggerite diverse tecniche analitiche per la caratterizzazione delle vescicole extracellulari. Ad esempio, sulla base dell'arricchimento di vescicole extracellulari grandi (≥100 nm) o piccole (≤100 nm), si suggerisce la quantificazione tramite citometria a flusso o tracciamento di nanoparticelle, rispettivamente18.
Al giorno d'oggi, l'uso delle vescicole extracellulari come biomarcatori per molte malattie è diventato rilevante, quindi è stata studiata la ricerca di diverse fonti. Una delle fonti più promettenti è l'urina in quanto può essere ottenuta in modo facile e non invasivo. Pertanto, questo protocollo descrive una procedura per l'isolamento delle uEV mediante centrifugazione differenziale, il trattamento con anticorpi coniugati al fluorocromo e l'analisi a valle utilizzando un citometro convenzionale a 2 laser/4 colori.
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I campioni di urina umana sono stati ottenuti da volontari sani che avevano firmato il consenso informato del donatore. Queste procedure sono state approvate anche dal Comitato Etico per la Ricerca dell'Instituto Nacional de Ciencias Médicas y Nutrición Salvador Zubirán.
1. Isolamento delle vescicole extracellulari urinarie
NOTA: Il protocollo di isolamento degli uEV è stato modificato rispetto al rif.19. La Figura 1 illustra la rappresentazione del protocollo per isolare gli uEV.
Figura 1: Panoramica dell'isolamento delle uEV per l'analisi della citometria a flusso. In questo protocollo, centrifugare prima la prima urina della giornata per rimuovere le cellule e i detriti. Quindi centrifugare per rimuovere le grandi vescicole con trattamento per rimuovere la proteina THP e infine eseguire l'ultracentrifugazione per arricchire e ottenere gli uEV con un solo lavaggio. I passaggi per mantenere le frazioni urinarie per la convalida WB sono contrassegnati. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
2. Colorazione degli uEV
NOTA: Prima della colorazione e dell'analisi delle uEV, è essenziale eseguire almeno una metodologia raccomandata da MISEV201818 per verificare il corretto isolamento delle uEV; qui è raffigurata l'analisi del Western blot. La Figura 2 mostra un protocollo rappresentativo per la colorazione degli uEV.
Figura 2: Panoramica della colorazione e della cattura delle uEV nel citometro. (A) Rappresentazione della colorazione uEV. Per 500.000 uEV, l'anticorpo è stato miscelato e incubato a 4 °C per 12 ore. Quindi è stato aggiunto CFSE e incubato a 37 °C per 10 minuti. Gli uEV avevano il CFSE all'interno e l'anticorpo si legherà alla superficie dell'antigene. Sono stati utilizzati 400 μL di PBS freddo per risospendere e catturare 100 μL del campione nel citometro a flusso a bassa velocità. (B) Strategia di analisi. Il primo grafico a punti (SSC-H VS FL-X) rappresenta il controllo negativo per le uEV, seguito dal grafico a punti che mostra la colorazione delle uEV con CFSE e, infine, un istogramma con la colorazione anticorpale delle uEV (linea nera), il controllo negativo è mostrato nella linea grigia. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Tubo 1. | Perline Megamix FSC | |
Tubo 2. | PBS | |
Tubo 3. | PBS con CFSE | |
Tubo 4. | PBS con tutti gli anticorpi del problema 1 | |
Tubo 5. | PBS con tutti gli anticorpi del problema 2 | |
Tubo 6. | Controllo dell'autofluorescenza | uEV senza alcun reagente, solo in PBS. |
Tubo 7. | #uEVs | uEV con CFSE |
Tubo 8. | Problema 1 | uEV con CD37 FITC, CD53 PE, ADAM10 APC |
Tubo 9. | Problema 2 | uEV con CD9 FITC, TSPAN33 APC |
Tabella 1: Etichettatura delle provette. Esempio che mostra come etichettare i tubi. I primi tubi sono tutti i controlli necessari. Le provette con gli anticorpi-fluorocromi dipenderanno dalla colorazione.
3. Acquisizione di uEV utilizzando un citometro convenzionale
NOTA: Le istruzioni per l'uso del citometro a flusso (vedere la Tabella dei materiali) sono descritte qui.
Figura 3: Grafici a punti di perline Megamix FSC. I dot plot mostrati sono stati generati utilizzando il software del citometro a flusso; Nel citometro a flusso, l'immagine sarà molto simile. (A) Il primo grafico a punti generato per selezionare le perline evitando il rumore di fondo. (SSC-H CONTRO FL1-H). (B) Il grafico a punti generato dalla selezione del cancello precedente, che mostra le diverse dimensioni delle perline. (SSC-H CONTRO FSC-H). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
4. Analisi dei dati con un software citofluorimetrico.
NOTA: Le istruzioni per l'uso del software del citometro a flusso illustrate nella tabella dei materiali sono descritte in questa sezione. La Figura 4 mostra l'area di lavoro con i passaggi per creare i gate di dimensione.
Figura 4: Area di lavoro con tutti i passaggi per iniziare l'analisi dei dati. Tutte le immagini sono state generate tramite serigrafia dell'area di lavoro. (A) Area di lavoro generata con l'aggiunta dei dati del campione (a sinistra), dot plot generato dalla selezione del tubo 1, perline FSC, (a destra). (B,C) mostrano la modifica dell'asse, per avere SSC-H e FSC-H. (D-F) mostrano la personalizzazione passo-passo di entrambi gli assi. (G-I) mostrano la selezione e la generazione delle diverse dimensioni delle perline. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 5: Area di lavoro per analizzare i dati ottenuti. Tutte le immagini sono state generate dalla serigrafia dell'area di lavoro. (A) Area di lavoro generata con il gate delle dimensioni applicato a tutti i campioni. (B) Tubo di autofluorescenza selezionato, dot plot che mostra il gate dimensionale e l'istogramma per una dimensione selezionata (0,1 μm), utilizzare questo istogramma per ottenere il gate positivo per ciascun fluorocromo e dimensione. (C) Area di lavoro generata con i gate positivi per ogni fluorocromo e dimensione. (D) Area di lavoro (a sinistra) e Editor layout (a destra) generati per gli esempi. Nell'Editor di Layout viene mostrato l'istogramma per il tubo di autofluorescenza e il tubo positivo per FL1-H, e come ottenere il pannello delle proprietà per modificarli. (E) L'immagine mostra come ottenere il valore medio di fluorescenza dell'intensità. (F) Istogrammi generati per tre diversi fluorocromi, che mostrano tutte le modifiche che il software consente di apportare alle informazioni statistiche. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
5. Analisi per ottenere il numero di uEV per campione.
NOTA: La Figura 6 mostra l'area di lavoro con i passaggi per ottenere il numero di uEV per campione.
Figura 6: Area di lavoro per analizzare il tubo CFSE. Tutte le immagini sono state generate tramite serigrafia dell'area di lavoro. (A) Area di lavoro generata dalla selezione di tutte le dimensioni, uEVs totali (a sinistra), dot plot che mostra il gate selezionato (a destra). (B) Dot plot SSC-H VS FL1-H per la regione negativa CFSE nel tubo di autofluorescenza. (C) Dot plot SSC-H VS FL1-H per CFSE nel tubo di colorazione. (D) Immagine della tabella ottenuta con le statistiche della colorazione CFSE, che mostra il numero di uEV nel campione. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
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Ci sono diversi punti di controllo attraverso il protocollo e prima della colorazione degli uEV. Pertanto, è essenziale verificare prima la quantità di proteine presenti nell'estratto di uEV. Tutti i gruppi di ricerca che lavorano con le vescicole extracellulari quantificano la proteina, come indicato nel passaggio 2.1. La Figura 2 supplementare mostra una piastra rappresentativa a 96 pozzetti contenente la frazione di uEV nei pozzetti 4E, 5E e 6E. I pozzetti 1A, 2A e ...
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Al giorno d'oggi, l'uso di vescicole extracellulari come biomarcatori per diverse malattie è aumentato, soprattutto per quelle che possono essere isolate da fonti non invasive come l'urina 5,21,22,23,24. È stato dimostrato che l'isolamento delle uEV è una risorsa vitale per conoscere lo stato di un individuo sano e la diag...
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Gli autori dichiarano che la ricerca è stata condotta in assenza di qualsiasi relazione finanziaria o commerciale che possa essere interpretata come un potenziale conflitto di interessi.
Questo lavoro è stato sostenuto da sovvenzioni di CONACyT (A3-S-36875) e del programma UNAM-DGAPA-PAPIIT (IN213020 e IA202318). NH-I è stato supportato dalla borsa di studio 587790 di CONACyT.
Gli autori ringraziano Leopoldo Flores-Romo†, Vianney Ortiz-Navarrete, Antony Boucard Jr e Diana Gómez-Martin per i loro preziosi consigli per la realizzazione di questo protocollo, e a tutti gli individui sani per i loro campioni di urina.
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
APC anti human CD156c (ADAM10) antibody | BioLegend | 352706 | Add 5 µL to the 20 µL of uEVs in PBS |
APC anti human TSPAN33 (BAAM) antibody | BioLegend | 395406 | Add 5 µL to the 20 µL of uEVs in PBS |
Avanti centrifuge with JA-25.5O fixed angle rotor | Beckamn Coulter | J-26S XPI | |
BD Accuri C6 Flow Cytometer | BD Biosciences | ||
β-mercaptoethanol | SIGMA-Aldrich | M3148 | |
Benchtop centrifuge with A-4-44 rotor | Eppendorf | 5804 | |
BLUEstain 2 protein ladder | GOLDBIO | P008 | |
CD9 (C-4) mouse monoclonal antibody | Santa Cruz Biotechnology | sc-13118 | |
CD63 (MX-49.129.5) mouse monoclonal antibody | Santa Cruz Biotechnology | sc-5275 | |
Cell Trace CFSE cell proliferation kit for flow cytometry | Thermo Scientific | C34554 | |
Chemidoc XRS+ system | BIORAD | 5837 | |
FITC anti human CD9 antibody | BioLegend | 312104 | Add 5 µL to the 20 µL of uEVs in PBS |
FITC anti human CD37 antibody | BioLegend | 356304 | Add 5 µL to the 20 µL of uEVs in PBS |
Fluorescent yellow particles | Spherotech | FP-0252-2 | |
Fluorescent yellow particles | Spherotech | FP-0552-2 | |
Fluorescent yellow particles | Spherotech | FP-1552-2 | |
FlowJo Software | Becton, Dickinson and Company | ||
Goat anti-mouse immunoglobulins/HRP | Dako | P0447 | |
Halt protease inhibitor cocktail | Thermo Scientific | 78429 | |
Immun-Blot PVDF membrane 0.22µm | BIORAD | 1620177 | |
Megamix-Plus FSC beads | COSMO BIO CO.LTD | 7802 | |
NuPAGE LDS sample buffer 4X | Thermo Scientific | NP0007 | |
Optima ultracentrifuge with rotor 90Ti fixed angle 355530 | Beckamn Coulter | XPN100 | |
Page Blue protein staining solution | Thermo Scientific | 24620 | |
PE anti human CD53 antibody | BioLegend | 325406 | Add 5 µL to the 20 µL of uEVs in PBS |
Pierce BCA Protein assay kit | Thermo Scientific | 23227 | |
Pierce RIPA buffer | Thermo Scientific | 89900 | |
Polycarbonate thick wall centrifuge tubes | Beckamn Coulter | 355630 | |
Spherotech 8-Peak validation beads (FL1-FL3) | BD Accuri | 653144 | |
Spherotech 6-Peak validation beads (FL4) | BD Accuri | 653145 | |
Sucrose | SIGMA-Aldrich | 59378 | |
Triethanolamine | SIGMA-Aldrich | 90279 |
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