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Method Article
이 프로토콜은 세포외 소포체(EV) 크기, EV 수, EV 표현형 및 EV 바이오마커 공동 국소화의 다단계 및 포괄적인 측정을 위해 설계된 단일 입자 간섭계 반사 이미징을 제공합니다.
세포외 소포체(EV)는 대부분의 세포에서 분비되는 지질 이중층이 있는 나노미터 크기의 소포입니다. EV는 단백질, 지질, DNA 및 RNA를 포함한 다양한 생물학적 분자를 운반하며 다양한 조직과 기관에서 세포 간 통신을 촉진하는 것으로 가정됩니다. 최근 EV는 다양한 질병에 대한 진단 및 치료제를 위한 바이오마커로 큰 주목을 받고 있습니다. EV 특성화를 위해 많은 방법이 개발되었습니다. 그러나 현재의 EV 분석 방법에는 모두 다른 제한 사항이 있습니다. 따라서 EV 절연 및 특성화를 위한 효율적이고 효과적인 방법을 개발하는 것은 이 최첨단 연구 분야가 성숙해짐에 따라 중요한 단계 중 하나로 남아 있습니다. 여기에서는 정제되지 않은 생물학적 소스의 EV와 다른 방법론으로 정제된 EV를 검출하고 특성화할 수 있는 방법으로서 단일 입자 간섭계 반사 이미징 센서(SP-IRIS)를 간략하게 설명하는 자세한 프로토콜을 제공합니다. 이 고급 기술은 EV 크기, EV 수, EV 표현형 및 바이오마커 공동 국소화 분석을 위한 다단계 및 포괄적인 측정에 사용할 수 있습니다.
세포외 소포체(EV)는 혈액, 모유, 타액, 소변, 담즙, 췌장액, 뇌척수액 및 복막액을 포함한 수많은 생물학적 액체에서 분리할 수 있는 세포 기원의 나노미터 크기의 막 소포체입니다. EV의 유도는 세 가지 주요 메커니즘을 통해 발생합니다: 세포사멸(apoptosis), 다소포체(multivesicular body)와 원형질막(plasma membrane)의 융합을 통한 방출(release), 원형질막(plasma membrane)의 블리빙(blebbing)1. 공여체 세포 구성 요소가 인접 또는 먼 세포 및 조직으로 EV로 전달된다는 증거는 이러한 막으로 둘러싸인 패키지가 부분비뿐만 아니라 장거리 또는 내분비 신호 전달 캐스케이드에서 중요한 역할을 할 수 있음을 시사합니다 1,2,3. EV는 세포의 표현형에 대한 스냅샷을 제공할 수 있기 때문에 다양한 질병 치료를 위한 진단 및 치료 도구로 사용할 수 있는 잠재력이 활발한 연구 분야가 되었습니다 4,5,6,7,8.
EV 특성화를 목표로 하는 많은 방법이 개발되었습니다 9,10,11,12,13. 이러한 방법의 대부분은 주로 대량으로 EV 모집단에 대한 고유하고 가치 있는 정보를 제공합니다. 이러한 기술의 하위 집합은 단일 EV 내부 또는 단일 EV의 물질에 대한 세부 정보를 제공할 수 있지만 단일 EV 수준에서 EV를 특성화하는 데는 제한이 있을 수 있습니다. 예를 들어, 면역-전자 현미경은 단일 EV와 그 구성을 이해하는 데 사용할 수 있지만, 이 기술은 처리량이 적고 인구 역학을 설명하는 데 사용되는 능력이 심각하게 제한되며 상당한 방법 개발이 필요합니다14.
최근 ExoView 플랫폼을 통한 SP-IRIS(Single-Particle, 간섭계 반사 이미징 센서) 기술의 개발 및 상용화로 인해 일상적이고 간단한 자동 데이터 수집 방법을 사용하여 개별 EV 특성화가 가능해졌습니다. 이 기술의 핵심은 단일 생물학적 나노 입자의 간섭계 측정을 가능하게 하는 1cm x 1cm Si/SiO2 이중층인 칩입니다. 이 칩은 개별 기능화된 항체 스폿의 마이크로어레이로 경작되어 최대 6개의 서로 다른 포획 유형을 다중으로 검출할 수 있습니다. 표준 칩에는 배양 단계 중 포획을 위한 일반적인 테트라스파닌 마커(CD81, CD63 및 CD9)가 포함되어 있으며, 사용자는 테트라스파닌과 별도로 EV의 고유한 집단을 분리하기 위해 추가 사용자 지정 포획 지점을 추가할 수 있습니다. 인큐베이션 단계 후, 각 포획 지점에는 해당 마커를 표현하는 많은 EV가 바인딩되어 있습니다. 그런 다음 이러한 캡처된 EV는 리더에서 간단히 세척, 건조 및 스캔하여 50-200nm 사이의 캡처 지점에 결합된 소포의 크기를 정량화하여 SP-IRIS15를 통해 숫자 가중치 크기 분포를 제공할 수 있습니다. 이 시스템은 또한 포획된 EV의 면역 표지를 위한 3개의 형광 검출 채널을 제공하며, SP-IRIS 측정과 같은 크기에 의해 제한되지 않는 평균 형광 강도와 각 형광 염색에 대한 공동 국소화 측면을 모두 제공합니다. 이를 통해 사용자는 EV당 4개의 서로 다른 바이오마커(캡처 및 3개의 면역형광 라벨)의 표시를 기반으로 단일 EV의 모집단을 정의할 수 있습니다. 이 시스템은 면역 형광으로 표면 단백질을 측정하는 것 이상의 기능을 제공할 수 있으며, 옵션인 화물 프로토콜을 통해 사용자는 캡처된 EV의 내부 단백질과 멤브레인 표면 마커의 내강 항원결정기를 프로브할 수 있을 뿐만 아니라 EV 멤브레인 무결성을 확인할 수 있습니다. 이 기사에서는 대규모 EV 모집단에 대한 단일 EV 수준에서 최대 4개의 서로 다른 바이오마커를 사용하여 EV 크기 및 수에 대한 일관된 데이터를 얻는 데 필요한 단계를 설명하는 자세한 프로토콜을 제공합니다. 이 기술은 초원심분리, 한외여과, 침전제, 면역친화성 캡처, 미세유체역학 및 크기 배제 크로마토그래피와 같은 다양한 기술을 사용하여 분리된 처리되지 않은 생물학적 유체와 EV 모두에 사용할 수 있습니다.
아래에 설명된 프로토콜은 확립된 분리 방법을 사용하여 HEK 293 세포 배양 배지 및 마우스 혈청에서 유래한 세포외 소포체(EV)를 사용합니다16. 이 프로토콜은 수많은 다른 생물학적 유체, 세포 배양 배지 및 생물학적 유체에서 분리된 정제된 세포외 소포체에 적용되었습니다. 이 프로토콜은 그림 1에 표시된 일반적인 실험에 대한 워크플로우와 함께 2일 절차로 나뉩니다.
그림 1: 분석 워크플로우. 크기와 개수, 크기 개수와 표면 염색, 크기 개수와 화물 염색 사이에서 샘플에 대해 완료할 분석 유형을 선택하기 위한 분석 워크플로우. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
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혈청 샘플은 캔자스 대학교 메디컬 센터(KUMC) 프로토콜에서 승인된 IACUC(Institutional Animal Care and Use Committees)에 따라 마우스에서 수집되었습니다. 이러한 실험에서 이러한 생물학적 시료를 사용하는 것도 KUMC의 승인을 받았습니다.
1. 시료 준비(1일차)
그림 2: 24웰 플레이트 레이아웃. ddH2O를 분주할 위치(파란색 염료는 시각화 목적으로만 추가됨)와 칩이 보관될 웰이 표시됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
2. 칩 준비 및 사전 스캐닝
그림 3: 칩을 기계에 로드하는 데 사용되는 척 이미지. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 4: 칩 및 적절한 칩 처리. (A) 노란색 점선은 점박이 항체의 위치 또는 칩의 기능적 측면을 나타냅니다. 칩 ID는 줄 아래("58")에 있습니다. 그림에서는 적절한 취급을 보여줍니다. (B) 칩의 부적절한 취급을 보여줍니다. (C) 칩의 작동하지 않는 면. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 5: 우물에 적절한 칩 배치를 보여주는 것. (A) 칩은 우물의 측면에 모서리가 닿지 않도록 우물의 중앙에 설치해야 합니다. (B) 모서리가 우물의 측면에 닿는 칩의 부적절한 배치에 대한 묘사. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
3. 칩과 샘플의 적재 및 배양
4. EV 크기 및 개수 결정(2일차)
그림 6: ddH2O 물에서 칩을 45° 각도로 제거하는 올바른 방법. (A) 위에서 보기 및 (B) 측면에서 칩을 제거하는 각도를 보여줍니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
5. 항체 용액 준비 (Day 2)
6. 면역형광 염색을 통한 EV 크기, 개수 및 표현형 결정
7. 선택적인 화물 얼룩이 지게 하기
참고: 이 프로토콜을 사용하면 내부 및 표면 마커에 동시에 레이블을 지정할 수 있습니다.
8. 데이터 수집
알림: Exo를 사용하여 칩에서 데이터를 수집하는 절차View R100은 자동화되어 있으며 사용자 입력이 필요하지 않습니다. 자세한 지침은 사용자 가이드 및 칩 캐리어 또는 "척" 로드 및 데이터 수집17에 대한 해당 비디오에서 찾을 수 있습니다.
9. 데이터 분석
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그림 7 (왼쪽 패널)은 칩의 CD63 스폿에 결합되고 각각 녹색, 적색, 청색 채널에서 CD81, CD63 및 CD9에 대해 염색된 HEK293 컨디셔닝 미디어에서 파생된 EV의 3색 합성 이미지를 보여줍니다. 그림 7 (오른쪽 상단 패널)은 캡처된 각 EV가 각 채널에서 다양한 강도로 하나 이상의 색상의 공동 위치 파악을 표시할 수 있음을 보여주는 확대 이...
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현재의 EV 특성화 방법은 주로 정제된 EV에 의존하며, 이는 EV 정제 방법의 현재 실험적 한계에 의해 제한됩니다 9,10,11,12,13. SP-IRIS(Single-particle interferometric reflectance imaging)는 시료 분석에 필요한 정제 단계를 제거하여 일반적인 EV 워크플로우와 관련된 ...
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Clayton Deighan과 George Daaboul은 NanoView Biosciences Inc.의 직원이자 주주입니다.
이 작업은 University of Kansas School of Medicine Research Equipment and Resource Procurement Award Program의 일부 후원을 받았습니다. PCG, LKC, FD 및 AR은 NIA R21 AG066488-01의 자금으로 지원되었습니다.
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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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