Burada, insan deneklerin gözyaşı ve tükürük gibi biyolojik sıvılarından toplanan hücre dışı veziküller (EV'ler) için karakterizasyon yöntemini gösteriyoruz. Bu yöntemde kullanılan tarayıcı, numunenin 1 μL'sinden EV'lerin fenotipini, boyutunu ve toplam partikül sayısını tespit etme yeteneğine sahiptir.
Hücre dışı veziküller (EV'ler), hücrelerden üretilen ve biyomolekülleri bir hücreden diğerine taşıyarak hücreler arası iletişime katılan yapılardır. EV'lerin vücutta kısa ve uzak mesafeler kat ettiği ve dokuya özgü olduğu gösterilmiştir. EV'ler sadece dokularda bulunmaz, aynı zamanda gözyaşı, tükürük, beyin omurilik sıvısı, kan vb. gibi hemen hemen tüm vücut sıvılarında da bulunabilirler. EV'ler gözyaşı ve tükürükten non-invaziv olarak toplanabilse de, bir seferde sadece küçük hacimler toplanabilir, bu da proteinleri analiz etmek için yeterli EV'nin elde edilmesinde sorunlara neden olabilir. Bu yazıda tartışılan tarayıcı, bu soruna bir çözüm sunan ve EV'lerin fenotipini, boyutunu ve toplam parçacık sayısını 1 μL kadar küçük bir biyolojik sıvıdan karakterize etmemize ve incelememize olanak tanıyan bir nanopartikül analizörüdür. Bu protokol, hastalardan çıkarılması zor olan küçük hacimli numunelerden EV'lerin bilgisini genişletecektir. Bu, hasta konforunu artırabilir ve potansiyel olarak bir dizi hastalık ve bozukluk için yeni terapötik hedefler belirleyebilir.
Hücreler, hücreler arası iletişimde önemli bir rol oynayan hücre dışı veziküllerin (EV'ler) salınması da dahil olmak üzere çeşitli sinyal mekanizmaları aracılığıyla komşu hücrelerle iletişim kurar. EV'ler, DNA, RNA ve proteinler gibi genetik kargoları bir hücreden diğerinegeçirerek hücreler arası iletişime katılır 1,2,3,4,5. Şu anda, üç EV kategorisi vardır: büyüklükleri ile karakterize edilen eksozomlar, mikro-parçacıklar ve apoptotik cisimler. Eksozomlar en küçüğüdür, çapı 30-150 nm 6,7,8'dir ve endozomal membran sisteminden oluşur 9,10,11 (Şekil 1). Mikroveziküller, 100-1000 nm 12,13,14 arasında değiştikleri ve plazma zarından 11,12,13 tomurcuklandıkları için eksozomlardan daha büyüktür (Şekil 1). Apoptotik cisimler EV'lerin en büyüğüdür ve 1000-5000 nm 12,14,15 arasında değişir ve ayrıca plazma zarından 12,16,17 tomurcuklanırlar (Şekil 1). Boyutun yanı sıra, EV'ler yoğunluk, CD63, CD81, CD9 gibi moleküler belirteçler ve ayrıca biyogenez mekanizması18 gibi diğer biyofiziksel özelliklere göre sınıflandırılabilir. EV'ler, bitişik hücreler arasında kısa mesafeler ve vücut boyunca uzun mesafeler kat edebilir 19,20,21,22,23. EV'ler kan 24,25,26, beyin omurilik sıvısı 27,28,29, gözyaşı30,31,32 ve tükürük 33,34,35 gibi biyolojik sıvılarda bulunabilir.
Bugüne kadar, ultrasantrifüjleme, EV'leri 36,37,38 örneklerinden izole etmek için en iyi bilinen yöntemlerden biridir. Bu yöntem, EV'leri hücrelerden ve hücre kalıntılarından izole etmek için hızı artırarak gerçekleştirilebilen çok sayıda santrifüjleme ve ultrasantrifüjleme turu gerektirir. Bu yöntem, daha büyük vezikülleri ortadan kaldırmak için orta hız ve son olarak EV'leri peletlemek için bir ultrasantrifüj adımı olan pelet hücreleri ile düşük hızda başlatılabilir18. Ultrasantrifüjleme, izolasyon için en iyi yöntem olarak kabul edilse de, EV'lerin 39,40,41 morfolojisini değiştirmesi bakımından hala bazı sınırlamalar mevcuttur. EV'leri izole etmek için kullanılan başka bir teknik, çoklu zaman noktası ve uç nokta değerlendirmesinin ve yüksek verimli tek EV analizinin avantajlarını vurgulayan akış sitometrisidir. Bununla birlikte, akış sitometrisinin sınırlamaları, gözeneklerin tıkanmasını ve zayıf sinyalleri içerir ancak bunlarla sınırlı değildir. Kullanılan diğer bir yaklaşım, EV'lerle santrifüjlenecek farklı yoğunluklara sahip malzemeleri kullanan ve EV'lerin ultrasantrifüjlemeye kıyasla daha iyi ayrılmasını sağlayan gradyan santrifüjlemedir. Bu teknik ayırmayı iyileştirse de, emek yoğundur, zaman alıcıdır ve önemli ölçüde numune kaybına yol açabilir. Ek olarak, EV'leri izole etmek için yağış ve filtreleme de kullanılabilir. Bu tekniklerin her ikisi de basit ve hızlıdır, ancak her ikisi de numune kontaminasyonuna yol açabilir. EV'leri izole etmek için çeşitli teknikler olsa da, her tekniğin aşağıda listelenen avantajları ve sınırlamaları vardır (Tablo 1) 42,43,44,45,46,47,48,49,50,51,52,53,54, 55, 56,57,58,59,60,61,62,63,64,65,66,67.
EV'ler izole edildikten sonra, EV'leri karakterize etmek için moleküler analizler yapılabilir. Western blotları, yüzey ve kargo protein ekspresyonu 68,69,70'i aramak için yaygın bir testtir ve polimeraz zincir reaksiyonu (PCR), EV'ler71,72,73 için miRNA ekspresyonu 74,75,76 için kullanılır. Bu tahliller kurulmuştur ve ilgi çekici sonuçlar üretebilir. Bu yöntemlerin bir sınırlaması, başlangıçta küçük bir hacme veya EV konsantrasyonuna sahip numuneler için bir sorun olan77 okumasını elde etmek için EV'lerden büyük miktarda protein veya RNA'ya ihtiyaç duymalarıdır.
Bu yazıda tartışılan nanopartikül analizörü, kullanıcının Tablo 1 ve Tablo 2'de belirtilen birçok sınırlamanın üstesinden gelmesine olanak tanır: 78,79,80,81,82,83,84,85,86,87,88,89,90 . Bu yöntem, EV'lerin azalan veriminin üstesinden gelmeye yardımcı olacak izolasyon tekniklerinin kullanılmasını gerektirmez. Bu yöntem aynı zamanda kullanıcının yüzey ve kargo proteinlerini, toplam EV sayısını ve EV boyutunu 1 μL kadar küçük bir numune hacminden analiz etmesine olanak tanır. Bu, Şekil 2'de gösterildiği gibi bir çözeltideki EV'leri tanımlamak için tetraspanin antikorları, CD63, CD81 ve CD9 içeren bir antikor mikrodizisi kullanan şirket tarafından sağlanan tetraspanin çipleri kullanılarak yapılır. Floresan antikorlar, EV'lerin varlığını doğrular ve kirletici parçacıkların sonuçları çarpıtmasını önler.
Bu tekniğin genel amacı, EV'leri analiz etmek için daha az zaman alan bir yöntem sağlamanın yanı sıra EV'leri küçük bir numune hacminden analiz etmektir. Bu nanopartikül analizörünü kullanmak, kullanıcıların gözyaşı ve tükürük gibi biyolojik sıvılar için ideal olan 1 μL kadar küçük bir numuneden boyutu, toplam partikül sayısını ve yüzey proteinlerini analiz etmesine olanak tanır.
Açıklanan tüm çalışmalar Helsinki Bildirgesi'ne bağlı kalmıştır. Çalışmaya dahil edilmeden önce her denekten yazılı onam alınmıştır. Federal ve kurumsal yönergelere göre Aarhus Üniversite Hastanesi (1-10-72-77-14) ve Dean McGee Enstitüsü'nden (1576837-2) Kurumsal İnceleme Kurulu (IRB) onayı alındı. İşlemden önce, tüm gözyaşı ve tükürük örnekleri kimliksizleştirildi. Tüm çalışmalar Kuzey Teksas Bölgesel Kurumsal İnceleme Kurulu (#2020-030) tarafından gözden geçirildi ve onaylandı. Aşağıdaki protokol tüm yönergelere uygundur ve yukarıda belirtildiği gibi onaylanmıştır.
1. Gün 1: Numune hazırlama ve inkübasyon
2. Gün 2: Talaş yıkama
3. Gün 2: Çip(ler)in taranması
4. Veri işleme
Çipler üzerindeki noktaları analiz ederken, CD63, CD81 ve CD9 kanallarında floresan etiketli EV'leri gözlemleyerek optimum bir EV konsantrasyonu hedefleyin ve MIgG kanalı 30,91 siyah kalmalıdır, çünkü bu, Şekil 3A'da görüldüğü gibi kontrol kanalıdır. Biyolojik sıvılar için CD81 azaltılacaktır. CD63, CD81 ve CD9 kanallarında floresan yoksa, EV'lerde yoktur (Şekil 3B). Çipi aşırı doyurmamaya dikkat edin (Şekil 3C). Bu, analiz yazılımının EV'lerin boyutunun, toplam parçacık sayısının ve fenotiplerinin doğruluğunu hesaplamasını zorlaştıracaktır. Optimal konsantrasyon noktalarından, analiz yazılımı EV'lerin boyutunu (50-200 nm), toplam partikül sayısını ve tetraspanin ekspresyonunu ölçebilecek (Şekil 4) ve daha fazla analiz için ayrı elektronik tablolara aktarılacaktır. Tetraspanin analizi, EV'ler üzerindeki yüzey proteinlerinin kolokalizasyonunu içerecektir. Yerelleştirme "/" ile temsil edilir, örneğin, "CD63/CD81". Bu, CD63 ve CD81'in birleştirildiği anlamına gelmez; bu, hem CD63 hem de CD81'in EV'nin yüzeyinde bulunduğu anlamına gelir.
Bu sonuçlar, sağlıklı ve hastalıklı örnekler arasında değerli bilgiler sağlayacaktır. Sağlıklı örneklerin veya hastalıklı örneklerin daha fazla EV, daha büyük veya daha küçük EV'ler üretip üretmediğini ve EV'lerin fenotipini belirleyebileceğiz. Bu özelliklerin herhangi biri veya tümü hastalığın biyogenezinde ve/veya ilerlemesinde rol oynayabilir. Bu sonuçlarla, hücre süreçleri ve EV'lerin oluşumu hakkında fikir verebilecek tetraspanin seviyelerinde bir eksiklik veya artış olup olmadığını görebileceğiz.
Şekil 1: Farklı EV'lerin türleri ve boyutları. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 2: Tetraspanin çiplerinin EV'leri nasıl yakaladığını ve tespit ettiğini gösteren şema. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 3: EV konsantrasyonlarının optimize edilmesi. (A) EV'lerin optimal konsantrasyonu. (B) Olumsuz sonuç: EV yok. (C) EV'lerin aşırı doygunluğu. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 4: Nanopartikül analizörü tarafından üretilen veriler. (A) Nanometre cinsinden ölçülen EV çap boyutu. (B) EV'lerin toplam parçacık sayısı. (C) EV kolokalize fenotipi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Teknik | Avantaj -ları | Sınırlama |
Ultrasantrifüj | Yüksek Saflık42,43 | EV morfolojisini değiştirir42,44 |
Homojenlik42,45 | Büyük hacim gerektirir42,44,46 | |
İşlevsellik42,43 | Pahalı42,43 | |
Akış Sitometrisi | Numuneleri birden fazla zaman noktasında değerlendirin47 | Zayıf sinyal48,49 |
Çoklu uç noktalar47,50 | Tıkalı gözenekler51 | |
Yüksek verimli tek EV analizi52,53 | ||
Yoğunluk Gradyan Santrifüjleme | Son derece saf numuneler üretin54 | Emek yoğun55,56 |
Numune çeşitliliği55,57 | Zaman alıcı55,58 | |
Önemli verim kaybı54 | ||
Yağış | Basit59,60 | Kirlenme36,44,61 |
Hızlı61,62 | Spesifik Olmayan63 | |
Yüksek Verim44,59,62 | ||
Nötr pH36 | ||
Filtrasyon | Basit64 | Tuzak eksozomları65 |
Hızlı64 | Büyük veziküllere zarar verir36 | |
Ucuz64 | Filtre kek66,67 | |
Eksozom tıkanması65 |
Tablo 1: EV izolasyon tekniklerinin Avantajları ve Sınırlamaları. Avantajları ve sınırlamaları da dahil olmak üzere EV'leri izole etmenin çeşitli yollarının bir listesi.
Teknik | Avantaj -ları | Sınırlama |
Dinamik ışık saçılımı | Boyutları 1 nm ila 6 μM arasında değişen partikülleri ölçün78 | Büyük boyut aralığına sahip karmaşık eksozom numunelerinin ölçümü için uygun değildir79 |
Alt sınır 10 nm'dir, monodispers sistemler için uygundur79 | Kontamine proteinleri eksozomlardan ayırt edememe79 | |
Transmisyon elektron mikroskobu (TEM) | Eksozomların morfolojisini gözlemleyin79,80 | Karmaşık numune hazırlamaişlemleri 79 |
İç yapıyı gözlemleyin81 | Abartılı floresan sinyalleri nedeniyle eksozomları boyut ve şekle göre ayırt edememe82 | |
Nanopartikül İzleme analizi | 10 nm ila 2 μM aralığındaki eksozomların konsantrasyonunu, boyutunu ve boyut dağılımını ölçün78 | EV'leri protein agregatlarından ve diğer kirleticilerden ayırt edemez83 |
Hızlı numune hazırlama ve ölçme78,84 | Pahalı NTA cihazı85 | |
Örnekler yerel formda geri kazanılabilir84 | Titreşimlere karşı hassas85 | |
Batı Lekesi (WB'ler) | Marker proteinleri kalitatif ve kantitatif olarak analiz edebilir79,86 | Karmaşık ve zaman alıcı79 |
Hücre kültürü ortamından eksozomların analizi79 | EV izolatları lipoproteinler ve diğer kirleticiler içerebilir86 | |
Akış sitometrisi | Daha yüksek hassasiyet ve yüksek çözünürlüklü görüntüleme | 400 nm79,88 algılama limiti ile zaman alıcı ve zahmetli |
Lekeli eksozomları muhafazalardan ayırt edin87 | ||
Gerekli düşük numune konsantrasyonu79 | Optik sinyaller doğruluğu ve çözünürlüğü engelliyor88 | |
Dış Görünüm | Eksozomlar89 üzerindeki Tetraspaninleri (CD9, CD63 ve CD81) ölçün | Daha büyük EV boyutlarını ölçmez75 |
EV kargo proteinleriniölçer 90 |
Tablo 2: EV karakterizasyon tekniklerinin avantajları ve sınırlamaları.
Bu protokoldeki en kritik adım, optimal bir EV konsantrasyonunun elde edildiğinden emin olmaktır. Bir okuma elde etmek için yeterli EV'nin mevcut olması gerekir, ancak çipi aşırı doyuracak çok fazla EV olmamalıdır. Optimum EV konsantrasyonunu belirlemenin en iyi yolu, 1 μL numune ile bir optimizasyon çalışması yapmak ve konsantrasyonun ayarlanması gerekip gerekmediğini görmektir. Bir diğer kritik adım, numunede bol miktarda hücre kalıntısı olup olmadığını görmektir ve bu, analiz yazılımındaki çipler üzerindeki büyük parçalar görüntülenerek belirlenebilir. Numunede hücre kalıntısı varsa, numunenin basit bir santrifüjlenmesi veya filtrelenmesi bu sorunu çözmelidir.
Ek ve çok önemli bir adım, talaş(lar)ın kuyu duvarlarına temas etmemesini sağlamak ve talaş(lar)ı rampaya yerleştirirken talaş(lar)ın merkez alanıyla temastan kaçınmaktır. Tarayıcı, çipin ortasındaki kareden okuyacaktır, bu nedenle EV'leri bozmamak için o alana forseps ile dokunmaktan kaçınmak önemlidir.
Bu yöntemin, cihaz tarafından tespit için yetersiz EV konsantrasyonuna sahip olması gibi bazı sınırlamaları vardır. Konsantrasyon, numunenin kurutulması veya bir yoğunlaştırıcı tüp kullanılmasıyla iyileştirilebilir. Diğer bir sınırlama, analiz yazılımının, bazı mikro-parçacıkları ve tüm apoptotik cisimleri boyut ölçümlerinden 50 hariç tutarak, yalnızca200-75 nm aralığındaki EV'leri ölçmesidir.
İzole etmenin birçok yolu vardır (Tablo 1 42,43,44,45,46,47,48,49,50,51,52, 53,54,55,56,57,58,59,60, 61,62,63,64,65,66,67) ve EV'leri analiz etmek (Tablo 2 78,79,80,81,82,83,84,85, 86,87,88,89,90) ve EV izolasyonu için mevcut altın standart, Western Blots 36,37,38 ve PCR68,69,70 gibi tahliller için hücreleri peletlemek için 71,72,73,74,75,76. Bu protokol büyük numuneler42,44,46 için iyi çalışsa da, biyolojik sıvıların elde edilmesi zor olabilir ve çoğu zaman bir seferde yalnızca küçük miktarda numune toplanabilir, bu da ultrasantrifüjleme için ideal değildir. Buna karşılık, bu nanopartikül analizörünün kullanılması, kullanıcının EV'lerin boyutu, toplam partikül sayısı ve fenotipi gibi değerli verileri 1 μL kadar küçük bir numunede üretmesine olanak tanır ve bu da onu biyolojik sıvılar için ideal hale getirir. EV'lerin bilgisini, çıkarılması zor olan küçük hacimli örneklerden genişletebileceğiz, bu da hasta konforunu artırabilir ve muhtemelen çeşitli hastalıklar ve bozukluklar için potansiyel terapötik hedefler bulabilir.
Yazarların ifşa etmesi gereken rekabet eden finansal çıkarları veya diğer çıkar çatışmaları yoktur.
Finansman için NIH'ye teşekkür ederiz (EY031316 ve EY034714). Laboratuvar alanı için UNTHSC ve NTERI'ye de teşekkür ederiz.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
ChipWasher 100 | NanoView | EV-CW100 | Incubates, washes, rinses and dries the tetraspanin chips. This current model is no longer available. Price at time of purchase: $9,995.00 |
ExoView Analyzer software | NanoView | N/A | Analyzes the chip informations and produces excel files for further analysis. No longer available. |
ExoView R100 | NanoView | EV-R100 | Used to scan the tetraspanin chips at 3 wavelengths. This current model is no longer available. Price at time of purchase: $110,000.00 |
ExoView Scanner software | NanoView | N/A | Scans the chips at 3 different wavelengths. No longer available. |
Human Tetraspanin Kits | Unchained Labs | EV-TETRA-C | Includes 8 tetraspanin chips, Incubation Solution, Blocking Solution, CD63 antibody, CD81 antibody, CD9 antibody, Solution A, Solution B, USB, and plate cover. |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır