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Descrevemos um protocolo para rotular pequenas vesículas extracelulares derivadas do macrófago com corantes PKH e observar sua absorção in vitro e na medula espinhal após a entrega intratecal.
Pequenas vesículas extracelulares (sEVs) são vesículas de 50-150 nm secretadas por todas as células e presentes em fluidos corporais. os sEVs transferem biomoléculas como RNA, proteínas e lipídios de doadores para células aceitadoras, tornando-os os principais mediadores de sinalização entre as células. No sistema nervoso central (SNC), os SEVs podem mediar a sinalização intercelular, incluindo interações neuroimunes. As funções sEV podem ser estudadas rastreando a absorção de sEVs rotulados em células receptoras tanto in vitro quanto in vivo. Este artigo descreve a rotulagem de sEVs da mídia condicionada de células macrófagos RAW 264.7 usando um corante de membrana PKH. Mostra a absorção de diferentes concentrações de SEVs rotulados em vários pontos de tempo por células Neuro-2a e astrócitos primários in vitro. Também é mostrada a absorção de sEVs entregues intrathecally em neurônios da medula espinhal do camundongo, astrócitos e microglia visualizados por microscopia confocal. Os resultados representativos demonstram variação dependente do tempo na absorção de SEVs por diferentes células, o que pode ajudar a confirmar a entrega bem-sucedida de SEVs na medula espinhal.
Pequenas vesículas extracelulares (sEVs) são vesículas nanosized, derivadas de membrana com uma faixa de tamanho de 50-150 nm. Eles se originam de corpos multi-vesiculares (MVBs) e são liberados das células após a fusão dos MVBs com a membrana plasmática. os sEVs contêm miRNAs, mRNAs, proteínas e lipídios bioativos, e essas moléculas são transferidas entre células na forma de comunicação célula-celular. os sEVs podem ser internalizados por células receptoras por uma variedade de vias endocíticas, e esta captura de sEVs por células receptoras é mediada pelo reconhecimento de moléculas superficiais em EVs e nas células-alvo1.
os sEVs ganharam interesse devido à sua capacidade de desencadear mudanças moleculares e fenotípicas nas células aceitadoras, sua utilidade como agente terapêutico e seu potencial como portadores de moléculas de carga ou agentes farmacológicos. Devido ao seu pequeno tamanho, a imagem e o rastreamento de SEVs podem ser desafiadores, especialmente para estudos in vivo e configurações clínicas. Portanto, muitos métodos foram desenvolvidos para rotular e imagem sEVs para auxiliar sua biodistribução e rastreamento in vitro e in vivo2.
A técnica mais comum para estudar a biodistribução sEV e as interações celulares-alvo envolve rotulá-las com moléculas de corante fluorescente3,4,5,6,7. Os EVs foram inicialmente rotulados com corantes de membrana celular que eram comumente usados para células de imagem. Esses corantes fluorescentes geralmente mancham a bicamadas lipídica ou proteínas de interesse em sEVs. Vários corantes lipofílicos apresentam um forte sinal fluorescente quando incorporados ao citosol, incluindo DiR (1,1'-dioctadecyl-3,3,3′,3′-tetramethylindotricarbocyanine iodide), DiL (1, 1'-dioctadecyl-3, 3, 3′, 3'-tetramethyl indocarbocyanine perclorato), e DiD (1, 1'-dioctadecyl-3, 3,3′, 3′-tetrametiletotototo 4-clorobenzenesulfonato sal)8,9,10,11.
Outros corantes lipofílicos, como PKH67 e PKH26, têm um grupo de cabeça polar altamente fluorescente e uma longa cauda de hidrocarboneto alifático que facilmente se intercala em qualquer estrutura lipídica e leva à retenção de corantes a longo prazo e fluorescência estável12. Os corantes PKH também podem rotular EVs, o que permite o estudo de propriedades EV in vivo13. Muitos outros corantes têm sido usados para observar exosomos usando microscopia de fluorescência e citometria de fluxo, incluindo corantes de rotulagem lipídica14 e corantes permeáveis de células, como carboxyfluorescein diacetate éster succinimidyl (CFDA-SE)15,16 e acetoximilo de calceina (AM) ester17.
Estudos de crosstalk mediado pelo SEV entre diferentes células do CNS forneceram insights importantes sobre a patogênese das doenças neuroinflamatórias e neurodegenerativas18. Por exemplo, sEVs de neurônios podem espalhar peptídeos beta-amilóides e proteínas tau fosforiladas e ajudar na patogênese da doença de Alzheimer19. Além disso, os EVs derivados de eritrócitos contêm grandes quantidades de alfa-sinucleína e podem atravessar a barreira hemenceroencefálica e contribuir para a patologia de Parkinson20. A capacidade dos SEVs de atravessar barreiras fisiológicas21 e transferir suas biomoléculas para células-alvo torna-as ferramentas convenientes para fornecer medicamentos terapêuticos ao CNS22.
O visualização da absorção do SEV por inúmeras células CNS na medula espinhal permitirá tanto estudos mecanicistas quanto a avaliação dos benefícios terapêuticos de SEVs exogenoumente administrados de várias fontes celulares. Este artigo descreve a metodologia de rotular sEVs derivados de macrófagos e imaginar sua absorção in vitro e in vivo na medula espinhal lombar por neurônios, microglia e astrócitos para confirmar qualitativamente a entrega do SEV por visualização.
NOTA: Todos os procedimentos foram realizados em conformidade com o Guia nih para o cuidado e uso de animais de laboratório e aprovados pelo Comitê Institucional de Cuidados e Uso de Animais da Faculdade de Medicina da Universidade Drexel. Os camundongos CD-1 grávidas foram usados para a cultura astróctica, e todas as barragens foram recebidas 15 dias após a impregnação. Os camundongos C57BL/6 de dez e doze semanas foram usados para experimentos de absorção in vivo.
1. Isolamento de sEVs de células macrófagos RAW 264.7
2. Caracterização de sEVs
3. Rotulagem de sEVs
4. Captação de sEVs por células Neuro-2a
5. Culturas astrócticas primárias
6. Captação de sEVs por astrócitos
7. Imunofluorescência
8. Captação in vivo de sEVs
9. Imunohistoquímica
Após o isolamento dos SEVs da mídia RAW 264.7 condicionada via centrifugação, a NTA foi utilizada para determinar a concentração e distribuição de tamanho dos sEVs purificados. O tamanho médio médio dos SEVs DERIVADOS RAW 264,7 foi de 140 nm, e o tamanho da partícula máxima foi de 121,8 nm, confirmando que a maioria das partículas detectáveis na medição de dispersão de luz caiu dentro da faixa de tamanho de exossomos ou sEVs a 50-150 nm(Figura 1A). Conforme sugerido nas info...
Neste protocolo, mostramos a rotulagem de sEVs com corantes PKH e a visualização de sua absorção na medula espinhal. Os corantes fluorescentes lipofílicos PKH são amplamente utilizados para rotulagem de células por citometria de fluxo e microscopia fluorescente3,5,6,12,24,25. Devido à sua meia-vida relativamente longa...
Os autores não têm conflitos de interesse para divulgar.
Este estudo foi apoiado por subsídios do NIH NINDS R01NS102836 e do Departamento de Saúde da Pensilvânia Universal Research Enhancement (CURE) concedidos a Seena K. Ajit. Agradecemos ao Dr. Bradley Nash pela leitura crítica do manuscrito.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Amicon Ultra 0.5 mL centrifugal filters | MilliporeSigma | Z677094 | |
Anti-Alix Antibody | Abcam | ab186429 | 1:1000 |
Anti-Calnexin Antibody | Abcam | Ab10286 | 1:1000 |
Anti-CD81 Antibody | Santa Cruz Biotechnology | sc-166029 | 1:1000 |
Anti-GAPDH Monoclonal Antibody (14C10) | Cell Signaling Technology | 2118 | 1:1000 |
Anti-Glial Fibrillary Acidic Protein Antibody | Sigma-Aldrich | MAB360 | 1:500 for IF; 1:1000 for IHC |
Anti-Iba1 Antibody | Wako | 019-19741 | 1:2000 |
Anti-MAP2A Antibody | Sigma-Aldrich | MAB378 | 1:500 |
Bovine Serum Albumin (BSA) | VWR | 0332 | |
Cell Strainer, 40 μm | VWR | 15-1040-1 | |
Centrifuge Tubes | Thermo Scientific | 3118-0050 | 12,000 x g |
Coverslip, 12-mm, #1.5 | Electron Microscopy Sciences | 72230-01 | |
Coverslip, 18-mm, #1.5 | Electron Microscopy Sciences | 72222-01 | |
DAPI | Sigma-Aldrich | D9542-1MG | 1 µg/mL |
DC Protein Assay | Bio-Rad | 500-0116 | |
Deoxyribonuclease I (DNAse I) | MilliporeSigma | D4513-1VL | |
Donkey Anti-Rabbit IgG H&L (HRP) | Abcam | ab16284 | 1:10000 |
Donkey Anti-Rabbit IgG H&L, Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A-21206 | 1:500 |
Double Frosted Microscope Slides, #1 | Thermo Scientific | 12-552-5 | |
DPBS without Calcium and Magnesium | Corning | 21-031-CV | |
Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) | Corning | 10-013-CV | |
Exosome-Depleted Fetal Bovine Serum | Gibco | A27208-01 | |
Fetal Bovine Serum (FBS) | Corning | 35-011-CV | |
FluorChem M imaging system | ProteinSimple | ||
FV3000 Confocal Microscope | Olympus | ||
Goat Anti-Mouse IgG H&L (HRP) | Abcam | ab6789 | 1:10000 |
Goat Anti-Mouse IgG H&L, Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A-11001 | 1:500 |
Goat Anti-Mouse IgG1, Alexa Fluor 594 | Invitrogen | A-21125 | |
Hank's Balanced Salt Solution (HBSS) | VWR | 02-0121 | |
HEPES | Gibco | 15630080 | |
HRP Substrate | Thermo Scientific | 34094 | |
Intercept blocking buffer, TBS | LI-COR Biosciences | 927-60001 | |
Laemmli SDS Sample Buffer | Alfa Aesar | AAJ61337AC | |
Micro Cover Glass, #1 | VWR | 48404-454 | |
Microm HM550 | Thermo Scientific | ||
NanoSight NS300 system | Malvern Panalytical | ||
NanoSight NTA 3.2 software | Malvern Panalytical | ||
Neuro-2a Cell Line | ATCC | CCL-131 | |
Normal Goat Serum | Vector Laboratories | S-1000 | |
O.C.T Compound | Sakura Finetek | 4583 | |
Papain | Worthington Biochemical Corporation | NC9597281 | |
Paraformaldehyde | Electron Microscopy Sciences | 19210 | |
Penicillin-Streptomycin | Gibco | 15140122 | |
PKH26 | Sigma-Aldrich | MINI26-1KT | |
PKH67 | Sigma-Aldrich | MINI67-1KT | |
Protease Inhibitor Cocktail | Thermo Scientific | 1862209 | |
PVDF Transfer Membrane | MDI | SVFX8302XXXX101 | |
RAW 267.4 Cell Line | ATCC | TIB-71 | |
RIPA Buffer | Sigma-Aldrich | R0278 | |
Sodium Chloride | AMRESCO | 0241-2.5KG | |
Superfrost Plus Gold Slides | Thermo Scientific | 15-188-48 | adhesive slides |
T-75 Flasks | Corning | 431464U | |
Tecnai 12 Digital Transmission Electron Microscope | FEI Company | ||
TEM Grids | Electron Microscopy Sciences | FSF300-cu | |
Tris-Glycine Protein Gel, 12% | Invitrogen | XP00120BOX | |
Tris-Glycine SDS Running Buffer | Invitrogen | LC26755 | |
Tris-Glycine Transfer Buffer | Invitrogen | LC3675 | |
TrypLE Express | cell dissociation enzyme | ||
Triton X-100 | Acros Organics | 327371000 | |
Trypsin, 0.25% | Corning | 25-053-CL | |
Tween 20 | |||
Ultracentrifuge Tubes | Beckman | 344058 | 110,000 x g |
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