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Method Article
Este protocolo apresenta imagens de refletância interferométrica de partícula única projetadas para medições abrangentes e multinível de tamanho de vesículas extracelulares (EV), contagem de EV, fenótipo EV e colocalização de biomarcadores EV.
As vesículas extracelulares (EVs) são vesículas de tamanho nanométrico com uma bicamada lipídica que são secretadas pela maioria das células. Os EVs carregam uma infinidade de moléculas biológicas diferentes, incluindo proteínas, lipídios, DNA e RNA, e são postulados para facilitar a comunicação célula a célula em diversos tecidos e órgãos. Recentemente, os EVs têm atraído atenção significativa como biomarcadores para diagnósticos e agentes terapêuticos para várias doenças. Muitos métodos foram desenvolvidos para caracterização de EV. No entanto, os métodos atuais para análise de VE têm limitações diferentes. Assim, o desenvolvimento de métodos eficientes e eficazes para isolamento e caracterização de EV continua sendo uma das etapas cruciais para este campo de pesquisa de ponta à medida que amadurece. Aqui, fornecemos um protocolo detalhado descrevendo um sensor de imagem de refletância interferométrica de partícula única (SP-IRIS), como um método capaz de detectar e caracterizar EVs de fontes biológicas não purificadas e EVs purificadas por outras metodologias. Essa técnica avançada pode ser usada para medições abrangentes e de vários níveis para a análise do tamanho do EV, contagem de EV, fenótipo de EV e colocalização de biomarcadores.
As vesículas extracelulares (EVs) são vesículas de membrana de tamanho nanométrico de origem celular que podem ser isoladas de vários fluidos biológicos, incluindo sangue, leite materno, saliva, urina, bile, suco pancreático e fluidos cefalorraquidianos e peritoneais. A derivação de EVs ocorre por meio de três mecanismos principais: apoptose, liberação via fusão de corpos multivesiculares com a membrana plasmática e bolhas da membrana plasmática1. Evidências de transferência EV de componentes de células doadoras para células e tecidos vizinhos ou distantes sugerem que esses pacotes fechados por membrana podem desempenhar papéis importantes em cascatas de sinalização parácrina, bem como de longa distância ou endócrina 1,2,3. Como os EVs podem fornecer um instantâneo do fenótipo de uma célula, o potencial para seu uso como ferramentas diagnósticas e terapêuticas para o tratamento de várias doenças tornou-se uma área ativa de pesquisa 4,5,6,7,8.
Muitos métodos voltados para a caracterização de EV foram desenvolvidos 9,10,11,12,13. A maioria desses métodos fornece informações exclusivas e valiosas sobre populações de EVs principalmente em massa. Embora um subconjunto dessas técnicas possa fornecer detalhes sobre substâncias dentro ou em EVs únicos, pode haver limitações para caracterizar EVs no nível de EV único. Por exemplo, a microscopia imunoeletrônica pode ser usada para entender EVs únicos e sua composição, mas essa técnica é de baixo rendimento, severamente limitada em sua capacidade de ser usada para descrever a dinâmica populacional e requer o desenvolvimento significativode métodos 14.
Recentemente, o desenvolvimento e a comercialização da técnica de sensor de imagem de refletância interferométrica de partícula única (SP-IRIS), por meio da plataforma ExoView, abriram a caracterização individual de EV usando um método automatizado de coleta de dados simples e de rotina. O núcleo dessa tecnologia é o chip, uma camada dupla de 1 cm x 1 cm Si/SiO2 , que permite a medição interferométrica de nanopartículas biológicas únicas. O chip é cultivado com um microarray de pontos de anticorpos funcionalizados individuais, permitindo a detecção multiplexada de até seis tipos diferentes de captura. Os chips padrão incluem os marcadores comuns de tetraspanina (CD81, CD63 e CD9) para captura durante a etapa de incubação, e o usuário pode adicionar pontos de captura personalizados adicionais para isolar populações distintas de EVs separadas das tetraspaninas. Após a etapa de incubação, cada ponto de captura vinculou muitos EVs a ele que expressam o marcador correspondente. Esses EVs capturados podem então ser simplesmente lavados, secos e digitalizados no leitor para quantificar o tamanho das vesículas ligadas ao local de captura entre 50-200 nm para fornecer uma distribuição de tamanho ponderada via SP-IRIS15. O sistema também oferece três canais de detecção fluorescente para imunomarcar os EVs capturados e fornece a intensidade fluorescente média, que não é limitada pelo tamanho, como medições SP-IRIS, e aspectos de colocalização para cada coloração fluorescente. Isso permite que o usuário defina populações de EVs únicos com base na exibição de quatro biomarcadores diferentes por EV (captura mais três marcadores imunofluorescentes). O sistema pode ir além da medição de proteínas de superfície com imunofluorescência, pois um protocolo de carga opcional permite ao usuário sondar proteínas internas dos EVs capturados e epítopos luminais de marcadores de superfície que abrangem a membrana, além de permitir que o usuário verifique a integridade da membrana EV. Neste artigo, fornecemos um protocolo detalhado descrevendo as etapas necessárias para obter dados consistentes sobre o tamanho e o número de EVs, com até quatro biomarcadores diferentes em um único nível de EV em grandes populações de EVs. Essa técnica pode ser usada em fluidos biológicos não processados e EVs isolados usando qualquer número de técnicas, como ultracentrifugação, ultrafiltração, agentes precipitantes, captura de imunoafinidade, microfluídica e cromatografia de exclusão de tamanho.
O protocolo descrito abaixo usa vesículas extracelulares (EV) derivadas de meios de cultura de células HEK 293 e do soro de camundongo usando um método de isolamento estabelecido16. O protocolo foi aplicado a vários outros fluidos biológicos, meio de cultura de células e vesículas extracelulares purificadas isoladas de fluidos biológicos. Este protocolo é dividido em um procedimento de dois dias com o fluxo de trabalho para um experimento típico mostrado na Figura 1.
Figura 1: Fluxo de trabalho do ensaio. Fluxo de trabalho de ensaio para escolher o tipo de análise a ser concluída para a amostra entre tamanho e contagem, contagem de tamanho e coloração de superfície e contagem de tamanho e coloração de carga. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Amostras de soro foram coletadas de camundongos de acordo com um protocolo aprovado pelos Comitês Institucionais de Cuidados e Uso de Animais (IACUC) no Centro Médico da Universidade do Kansas (KUMC). O uso dessas amostras biológicas nesses experimentos também foi aprovado pelo KUMC.
1. Preparação da amostra (Dia 1)
Figura 2: Layout da placa de 24 poços. Os locais de onde alíquota ddH2O (corante azul foi adicionado apenas para fins de visualização) e os poços nos quais os chips serão mantidos são mostrados. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
2. Preparação e pré-digitalização de chips
Figura 3: Imagem do mandril usado para carregar o cavaco na máquina. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 4: Chip e manuseio adequado do chip. (A) A linha pontilhada amarela indica a localização dos anticorpos detectados ou o lado funcional do chip. O ID do chip está localizado abaixo da linha ("58"). A figura também mostra o manuseio adequado. (B) Demonstra manuseio inadequado do chip. (C) Lado não funcional do chip. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 5: Demonstração da colocação adequada de cavacos no poço. (A) Os cavacos devem ser colocados no meio do poço, sem cantos tocando as laterais do poço. (B) Representação de colocação inadequada do chip, onde os cantos tocam as laterais do poço. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
3. Carregamento e incubação do chip e da amostra
4. Determinando o tamanho e a contagem de EV (Dia 2)
Figura 6: Maneira correta de remover o cavaco da água ddH2O em um ângulo de 45°. (A) Vista de cima e (B) vista de lado demonstrando o ângulo em que remover o cavaco. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
5. Preparação da solução de anticorpos (Dia 2)
6. Determinando o tamanho, a contagem e a fenotipagem do EV com coloração imunofluorescente
7. Coloração de carga opcional
NOTA: Este protocolo permite a rotulagem simultânea de marcadores internos e de superfície.
8. Coleta de dados
NOTA: O procedimento para coletar dados dos chips usando o ExoView R100 é automatizado e não requer entradas do usuário. Instruções detalhadas podem ser encontradas no Guia do Usuário e no vídeo correspondente para carregar o suporte do chip, ou "mandril", e aquisição de dados17.
9. Análise dos dados
A Figura 7 (painel esquerdo) mostra uma imagem composta de três cores de EVs derivadas de mídia condicionada HEK293 ligada ao ponto CD63 no chip e corada para CD81, CD63 e CD9 nos seguintes canais verde, vermelho e azul, respectivamente. A Figura 7 (painel superior direito) é uma imagem ampliada que mostra que cada um dos EVs capturados pode exibir a colocalização de uma ou mais cores com intensidades variadas em cada canal...
Os métodos atuais de caracterização de EV dependem em grande parte de EVs purificados, o que é restrito pelas limitações experimentais atuais dos métodos de purificação de EV 9,10,11,12,13. A imagem de refletância interferométrica de partícula única (SP-IRIS) é uma tecnologia eficaz que pode eliminar as etapas de...
Clayton Deighan e George Daaboul são funcionários e acionistas da NanoView Biosciences Inc.
Este trabalho foi patrocinado em parte pelo Programa de Prêmio de Aquisição de Recursos e Equipamentos de Pesquisa da Escola de Medicina da Universidade do Kansas. PCG, LKC, FD e AR foram apoiados com fundos do NIA R21 AG066488-01.
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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