Name: nanoparticle tracking analysis for the quantification and size determination of extracellular vesicles
Uploaded: 2021-03-28T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Nanoparticle Tracking Analysis for the Quantification and Size Determination of Extracellular Vesicles at JoVE.com

Dit werk werd ondersteund door de National Institutes of Health (ES030973-01A1, R01ES025225, R01DK066525, P30DK026687, P30DK063608). We erkennen Jeffrey Bodycomb, Ph.D. van HORIBA Instruments Incorporated voor zijn hulp bij het kalibreren van het instrument.

Al het werk met deze monsters werd uitgevoerd in overeenstemming met de richtlijnen van de Institutional Animal Care and Use Committee en de Institutional Review Board. Een schematisch overzicht van de NTA-methode is weergegeven in figuur 2.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62447/62447fig02.jpg"> Figuur 2: Overzicht van de NTA-methode met behulp van het deeltjesvolg...

<ol>
	<li>Colombo, M., Raposo, G., Th&#233;ry, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biogenesis,+secretion,+and+intercellular+interactions+of+exosomes+and+other+extracellular+vesicles.">Biogenesis, secretion, and intercellular interactions of exosomes and other extracellular vesicles.</a> Annual Review of Cell and Developmental Biology. 30, 255-289 (2014).</li><li>Hessvik, N. P., Llorente, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Current+knowledge+on+exosome+biogenesis+and+release.">Current knowledge on exosome biogenesis and release.</a> Cellular and molecular life sciences: CMLS. 75, 193-208 (2018).</li><li>Johnstone, R. M., Adam, M., Hammond, J. R., Orr, L., Turbide, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vesicle+formation+during+reticulocyte+maturation.+Association+of+plasma+membrane+activities+with+released+vesicles+(exosomes).">Vesicle formation during reticulocyte maturation. Association of plasma membrane activities with released vesicles (exosomes).</a> The Journal of Biological Chemistry. 262, 9412-9420 (1987).</li><li>Th&#233;ry, C., Ostrowski, M., Segura, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Membrane+vesicles+as+conveyors+of+immune+responses.">Membrane vesicles as conveyors of immune responses.</a> Nature Reviews Immunology. 9, 581-593 (2009).</li><li>Y&#225;&#241;ez-M&#243;, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biological+properties+of+extracellular+vesicles+and+their+physiological+functions.">Biological properties of extracellular vesicles and their physiological functions.</a> Journal of Extracellular Vesicles. 4, 27066 (2015).</li><li>Lo Cicero, A., Stahl, A., Raposo, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extracellular+vesicles+shuffling+intercellular+messages:+for+good+or+for+bad.">Extracellular vesicles shuffling intercellular messages: for good or for bad.</a> Current Opinion in Cell Biology. 35, 69-77 (2015).</li><li>Raposo, G., Stoorvogel, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extracellular+vesicles:+exosomes,+microvesicles,+and+friends.">Extracellular vesicles: exosomes, microvesicles, and friends.</a> The Journal of Cell Biology. 200, 373-383 (2013).</li><li>Mathivanan, S., Ji, H., Simpson, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exosomes:+extracellular+organelles+important+in+intercellular+communication.">Exosomes: extracellular organelles important in intercellular communication.</a> Journal of Proteomics. 73, 1907-1920 (2010).</li><li>Zhang, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Methods+and+technologies+for+exosome+isolation+and+characterization.">Methods and technologies for exosome isolation and characterization.</a> Small Methods. 2, 1800021 (2018).</li><li>Szatanek, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+methods+of+choice+for+extracellular+vesicles+(EVs)+characterization.">The methods of choice for extracellular vesicles (EVs) characterization.</a> International Journal of Molecular Sciences. 18, (2017).</li><li>Erdbr&#252;gger, U., Lannigan, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analytical+challenges+of+extracellular+vesicle+detection:+A+comparison+of+different+techniques.">Analytical challenges of extracellular vesicle detection: A comparison of different techniques.</a> Cytometry. Part A: The Journal of the International Society for Analytical Cytology. 89, 123-134 (2016).</li><li>Konoshenko, M. Y., Lekchnov, E. A., Vlassov, A. V., Laktionov, P. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Isolation+of+Extracellular+Vesicles:+General+Methodologies+and+Latest+Trends.">Isolation of Extracellular Vesicles: General Methodologies and Latest Trends.</a> BioMed Research International. 2018, 1-27 (2018).</li><li>Cvjetkovic, A., L&#246;tvall, J., L&#228;sser, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+influence+of+rotor+type+and+centrifugation+time+on+the+yield+and+purity+of+extracellular+vesicles.">The influence of rotor type and centrifugation time on the yield and purity of extracellular vesicles.</a> Journal of Extracellular Vesicles. 3, (2014).</li><li>Taylor, D. D., Shah, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Methods+of+isolating+extracellular+vesicles+impact+down-stream+analyses+of+their+cargoes.">Methods of isolating extracellular vesicles impact down-stream analyses of their cargoes.</a> Methods. 87, 3-10 (2015).</li><li>Desd&#237;n-Mic&#243;, G., Mittelbrunn, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Role+of+exosomes+in+the+protection+of+cellular+homeostasis.">Role of exosomes in the protection of cellular homeostasis.</a> Cell Adhesion &amp; Migration. 11, 127-134 (2017).</li><li>Kanemoto, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multivesicular+body+formation+enhancement+and+exosome+release+during+endoplasmic+reticulum+stress.">Multivesicular body formation enhancement and exosome release during endoplasmic reticulum stress.</a> Biochemical and Biophysical Research Communications. 480, 166-172 (2016).</li><li>Benedikter, B. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cigarette+smoke+extract+induced+exosome+release+is+mediated+by+depletion+of+exofacial+thiols+and+can+be+inhibited+by+thiol-antioxidants.">Cigarette smoke extract induced exosome release is mediated by depletion of exofacial thiols and can be inhibited by thiol-antioxidants.</a> Free Radical Biology &amp; Medicine. 108, 334-344 (2017).</li><li>Saeed-Zidane, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cellular+and+exosome+mediated+molecular+defense+mechanism+in+bovine+granulosa+cells+exposed+to+oxidative+stress.">Cellular and exosome mediated molecular defense mechanism in bovine granulosa cells exposed to oxidative stress.</a> PloS One. 12, 0187569 (2017).</li><li>Wang, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+stress-dependent+autophagy+component+release+via+extracellular+nanovesicles+in+tumor+cells.">Mechanical stress-dependent autophagy component release via extracellular nanovesicles in tumor cells.</a> ACS Nano. 13, 4589-4602 (2019).</li><li>King, H. W., Michael, M. Z., Gleadle, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hypoxic+enhancement+of+exosome+release+by+breast+cancer+cells.">Hypoxic enhancement of exosome release by breast cancer cells.</a> BMC Cancer. 12, 421 (2012).</li><li>Bonzini, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Short-term+particulate+matter+exposure+induces+extracellular+vesicle+release+in+overweight+subjects.">Short-term particulate matter exposure induces extracellular vesicle release in overweight subjects.</a> Environment Research. 155, 228-234 (2017).</li><li>Neri, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Particulate+matter+induces+prothrombotic+microparticle+shedding+by+human+mononuclear+and+endothelial+cells.">Particulate matter induces prothrombotic microparticle shedding by human mononuclear and endothelial cells.</a> Toxicology In Vitro. 32, 333-338 (2016).</li><li>Flaherty, S. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+lipase-independent+pathway+of+lipid+release+and+immune+modulation+by+adipocytes.">A lipase-independent pathway of lipid release and immune modulation by adipocytes.</a> Science. 363, 989-993 (2019).</li><li>van Niel, G., D'Angelo, G., Raposo, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shedding+light+on+the+cell+biology+of+extracellular+vesicles.">Shedding light on the cell biology of extracellular vesicles.</a> Nature Reviews. Molecular Cell Biology. 19, 213-228 (2018).</li><li>Dragovic, R. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sizing+and+phenotyping+of+cellular+vesicles+using+Nanoparticle+Tracking+Analysis.">Sizing and phenotyping of cellular vesicles using Nanoparticle Tracking Analysis.</a> Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine. 7, 780-788 (2011).</li><li>Saveyn, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Accurate+particle+size+distribution+determination+by+nanoparticle+tracking+analysis+based+on+2-D+Brownian+dynamics+simulation.">Accurate particle size distribution determination by nanoparticle tracking analysis based on 2-D Brownian dynamics simulation.</a> Journal of Colloid and Interface Science. 352, 593-600 (2010).</li><li>Vander Meeren, P., Kasinos, M., Saveyn, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Relevance+of+two-dimensional+Brownian+motion+dynamics+in+applying+nanoparticle+tracking+analysis.">Relevance of two-dimensional Brownian motion dynamics in applying nanoparticle tracking analysis.</a> Methods in Molecular Biology. , 525-534 (2012).</li><li>Filipe, V., Hawe, A., Jiskoot, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Critical+evaluation+of+Nanoparticle+Tracking+Analysis+(NTA)+by+NanoSight+for+the+measurement+of+nanoparticles+and+protein+aggregates.">Critical evaluation of Nanoparticle Tracking Analysis (NTA) by NanoSight for the measurement of nanoparticles and protein aggregates.</a> Pharmaceutical Research. 27, 796-810 (2010).</li><li>Bachurski, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extracellular+vesicle+measurements+with+nanoparticle+tracking+analysis+-+An+accuracy+and+repeatability+comparison+between+NanoSight+NS300+and+ZetaView.">Extracellular vesicle measurements with nanoparticle tracking analysis - An accuracy and repeatability comparison between NanoSight NS300 and ZetaView.</a> Journal of Extracellular Vesicles. 8, 1596016 (2019).</li><li>Varga, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hollow+organosilica+beads+as+reference+particles+for+optical+detection+of+extracellular+vesicles.">Hollow organosilica beads as reference particles for optical detection of extracellular vesicles.</a> Journal of Thrombosis and Haemostasis. 16, 1646-1655 (2018).</li><li>Serrano-Pertierra, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extracellular+vesicles:+Current+analytical+techniques+for+detection+and+quantification.">Extracellular vesicles: Current analytical techniques for detection and quantification.</a> Biomolecules. 10, (2020).</li><li>Maguire, C. M., R&#246;sslein, M., Wick, P., Prina-Mello, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterisation+of+particles+in+solution+-+a+perspective+on+light+scattering+and+comparative+technologies.">Characterisation of particles in solution - a perspective on light scattering and comparative technologies.</a> Science and Technology of Advanced Materials. 19, 732-745 (2018).</li><li>Bohren, C. F., Huffman, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Absorption and Scattering of Light by Small Particles. , (1983).</li></ol>

Hier demonstreren we een protocol voor NTA van EV's om de grootteverdeling van een breed scala aan deeltjesgroottes tegelijkertijd te meten en de totale EV-concentratie in een polydisperse-monster te meten. In deze studie werden perigonadaal vetweefsel van muizen en menselijk plasma gebruikt als bron van EV's. EV's geïsoleerd uit andere weefsels of biologische vloeistoffen zoals serum, urine, speeksel, moedermelk, vruchtwater en celkweeksupernatant kunnen echter ook worden gebruikt voor NTA. Metingen van polystyreenkraa...

Extracellulaire blaasjes (EV's) zijn kleine (0,03-2 μm) membraangebonden blaasjes die door bijna alle celtypen worden uitgescheiden1. Ze worden vaak aangeduid als "exosomen", "microvesicles" of "apoptotische lichamen", afhankelijk van hun mechanisme van afgifte en grootte2. Hoewel aanvankelijk werd gedacht dat EV's gewoon een middel waren om afval uit de cel te verwijderen om homeostase te behouden3, weten we nu dat ze ook kunnen deelnemen aan intercellulaire communicatie via overdracht van moleculair materiaal - inclusief DNA, RNA (mRNA, microRNA), lipiden en eiwitten4,5 - en dat ze belangrijke regulatoren zijn van normale fysiologie en pathologische processen1, 5,6,7,8.
Er zijn veel verschillende methoden om EV's te isoleren en te kwantificeren, die elders zijn beschreven9,10,11,12. Het gebruikte isolatieprotocol en de bron van EV's kunnen een grote invloed hebben op de ev-opbrengst en -zuiverheid. Zelfs differentiële centrifugatie, lang beschouwd als de "gouden standaard" -benadering voor exosoomisolatie, kan onderhevig zijn aan aanzienlijke variabiliteit die vervolgens van invloed is op de verkregen EV-populatie en downstream-analyses13. De verschillende methoden voor EV-isolatie en kwantificering maken het dus moeilijk om resultaten van experimenten die in de literatuur zijn gerapporteerd, te vergelijken, reproduceren en interpreteren14. Bovendien kan de afgifte van EV's worden geregeld door cellulaire omstandigheden of verschillende externe factoren. Er is gesuggereerd dat EV's een rol spelen bij het handhaven van cellulaire homeostase door cellen te beschermen tegen intracellulaire stress15, omdat verschillende studies hebben aangetoond dat cellulaire stress EV-secretie stimuleert. Er is bijvoorbeeld een verhoogde EV-afgifte gemeld na cellulaire blootstelling aan hypoxie, endoplasmatische reticulumstress, oxidatieve stress, mechanische stress, sigarettenrookextract en fijnstofluchtverontreiniging16,17,18,19,20,21,22. Ev-release is ook in vivo aangepast; muizen die werden onderworpen aan een vetrijk dieet of zestien uur vasten, lieten meer adipocyten-EV's los23. Om te onderzoeken of een specifieke behandeling of aandoening de EV-afgifte verandert, moet het aantal EV's nauwkeurig worden bepaald. Beoordeling van de EV-grootteverdeling kan ook wijzen op de overheersende subcellulaire oorsprong van EV's (bv. fusie van late endosomen/multivesiculaire lichamen met het plasmamembraan versus ontluiking van het plasmamembraan)24. Er is dus behoefte aan robuuste methoden om de totale concentratie en de grootteverdeling van de ev-prep die wordt bestudeerd nauwkeurig te meten.
Een snelle en zeer gevoelige methode voor de visualisatie en karakterisering van EV's in oplossing is nanoparticle tracking analysis (NTA). Een gedetailleerde uitleg van de principes van deze methode en vergelijking met alternatieve methoden voor de beoordeling van ev-grootte en -concentratie zijn eerder beschreven25,26,27,28. Kortom, tijdens NTA-metingen worden EV's gevisualiseerd door het licht dat wordt verstrooid wanneer ze worden bestraald met een laserstraal. Het verstrooide licht wordt door een microscoop gericht op een camera die de deeltjesbeweging registreert. De NTA-software volgt de willekeurige thermische beweging van elk deeltje, bekend als Brownse beweging, om de diffusiecoëfficiënt te bepalen die wordt gebruikt om de grootte van elk deeltje te berekenen met behulp van de Stokes-Einstein-vergelijking. NTA werd voor het eerst toegepast op het meten van EV's in een biologisch monster in 201125. Tot voor kort waren er slechts twee reguliere bedrijven die commerciële NTA-instrumentenaanboden 29 tot de introductie van de ViewSizer 3000 (hierna het deeltjesvolginstrument genoemd) die een combinatie van nieuwe hardware- en softwareoplossingen gebruikt om aanzienlijke beperkingen van andere NTA-technieken te overwinnen.
Het deeltjesvolginstrument karakteriseert nanodeeltjes in vloeibare monsters door hun Brownse beweging te analyseren en karakteriseert grotere microngrote deeltjes door zwaartekrachtbezinking te analyseren. Het unieke optische systeem van dit instrument, dat multispectrale verlichting omvat met drie laserlichtbronnen (bij 450 nm, 520 nm en 635 nm), stelt onderzoekers in staat om een breed scala aan deeltjesgroottes (bijv. Exosomen, microvesicles) tegelijkertijd te analyseren. Een schema van de instrumentopstelling is weergegeven in figuur 1.
Hier laten we zien hoe deeltjesgrootteverdeling en concentratiemetingen van geïsoleerde muizen en menselijke EV's kunnen worden uitgevoerd met behulp van een nieuw NTA-instrument.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62447/62447fig01.jpg"> Figuur 1: Deeltjesvolginstrument optisch systeem. Het NTA-instrument verlicht deeltjes met behulp van drie lasers met de volgende golflengten: 450 nm, 520 nm, 635 nm. Video-opname van het verstrooide licht van individuele deeltjes wordt gedetecteerd en gevolgd door een digitale videocamera die 90° van de cuvette is georiënteerd. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62447/62447fig01large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a>

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>1X dPBS</td>
			<td>VWR</td>
			<td>02-0119-1000</td>
			<td>To dilute samples</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>100 nm bead standard</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>3100A</td>
			<td>To test ViewSizer 3000 calibration</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>400 nm bead standard</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>3400A</td>
			<td>To test ViewSizer 3000 calibration</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Centrifugal Filter Unit</td>
			<td>Amicon</td>
			<td>UFC901024</td>
			<td>To filter PBS diluent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Collection tubes, 2 mL</td>
			<td>Qiagen</td>
			<td>19201</td>
			<td>For isolation of human plasma extracellular vesicles</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Compressed air duster</td>
			<td>DustOff</td>
			<td>DPSJB-12</td>
			<td>To clean cuvettes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cuvette insert</td>
			<td>HORIBA Scientific</td>
			<td>-</td>
			<td>Provided with purchase of ViewSizer 3000</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cuvette jig</td>
			<td>HORIBA Scientific</td>
			<td>-</td>
			<td>To align magnetic stir bar while placing inserts inside cuvette; Provided with purchase of ViewSizer 3000</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>De-ionized water</td>
			<td>VWR</td>
			<td>02-0201-1000</td>
			<td>To clean cuvettes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Desktop computer with monitor, keyboard, mouse, and all necessary cables</td>
			<td>Dell</td>
			<td>-</td>
			<td>Provided with purchase of ViewSizer 3000</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol (70-100%)</td>
			<td>Millipore Sigma</td>
			<td>-</td>
			<td>To clean cuvettes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ExoQuick ULTRA</td>
			<td>System Biosciences</td>
			<td>EQULTRA-20A-1</td>
			<td>For isolation of human plasma extracellular vesicles</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass scintillation vials with lids</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>B780020</td>
			<td>To clean cuvettes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&#34;Hook&#34; tool</td>
			<td>Excelta</td>
			<td>-</td>
			<td>Provided with purchase of ViewSizer 3000</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lint-free microfiber cloth</td>
			<td>Texwipe</td>
			<td>TX629</td>
			<td>To clean cuvettes and cover work surface</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microcentrifuge tubes, 2 mL</td>
			<td>Eppendorf</td>
			<td>22363344</td>
			<td>For isolation of human plasma extracellular vesicles</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stir bar</td>
			<td>Sp Scienceware</td>
			<td>F37119-0005</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Suprasil Quartz cuvette with cap</td>
			<td>Agilent Technologies</td>
			<td>AG1000-0544</td>
			<td>Initially provided with purchase of ViewSizer 3000</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ViewSizer 3000</td>
			<td>HORIBA Scientific</td>
			<td>-</td>
			<td>Nanoparticle tracking instrument</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

nanoparticle tracking analysis for the quantification and size determination of extracellular vesicles

De fysiologische en pathofysiologische rollen van extracellulaire blaasjes (EV's) zijn steeds meer erkend, waardoor het EV-veld een snel evoluerend onderzoeksgebied is. Er zijn veel verschillende methoden voor EV-isolatie, elk met verschillende voor- en nadelen die van invloed zijn op de stroomafwaartse opbrengst en zuiverheid van EV's. Het karakteriseren van de EV-prep geïsoleerd uit een bepaalde bron door een gekozen methode is dus belangrijk voor de interpretatie van downstream-resultaten en vergelijking van resultaten tussen laboratoria. Er bestaan verschillende methoden voor het bepalen van de grootte en hoeveelheid EV's, die kunnen worden gewijzigd door ziektetoestanden of als reactie op externe omstandigheden. Nanoparticle tracking analysis (NTA) is een van de prominente technologieën die worden gebruikt voor high-throughput analyse van individuele EV's. Hier presenteren we een gedetailleerd protocol voor kwantificering en groottebepaling van EV's geïsoleerd uit perigonadaal vetweefsel van muizen en menselijk plasma met behulp van een baanbrekende technologie voor NTA die grote vooruitgang in het veld vertegenwoordigt. De resultaten tonen aan dat deze methode reproduceerbare en geldige totale deeltjesconcentratie- en grootteverdelingsgegevens kan leveren voor EV's die met verschillende methoden uit verschillende bronnen zijn geïsoleerd, zoals bevestigd door transmissie-elektronenmicroscopie. De aanpassing van dit instrument voor NTA zal tegemoet komen aan de behoefte aan standaardisatie in NTA-methoden om de striktheid en reproduceerbaarheid in EV-onderzoek te vergroten.

Vóór deze demonstratie werd de kalibratie van het instrument eerst getest om de geldigheid van de verkregen gegevens te garanderen door de grootteverdeling van polystyreenkraalstandaarden te meten. We hebben de grootteverdeling van 100 nm en 400 nm kralen getest met behulp van de standaard opnameparameters en de verwerkingsinstellingen die in dit protocol worden aanbevolen(Figuur 8).
Voor de polystyreenparelnorm van 100 nm werd een concentratie van 4,205 x1...

Watch this Scientific Journal Video about Nanoparticle Tracking Analysis for the Quantification and Size Determination of Extracellular Vesicles at JoVE.com

Nanoparticle Tracking Analysis for the Quantification and Size Determination of Extracellular Vesicles

We demonstreren hoe we een nieuw nanodeeltjesvolganalyse-instrument kunnen gebruiken om de grootteverdeling en de totale deeltjesconcentratie van extracellulaire blaasjes geïsoleerd uit perigonadaal vetweefsel van muizen en menselijk plasma te schatten.

Nanodeeltjes tracking analyse voor de kwantificering en groottebepaling van extracellulaire blaasjes

The physiological and pathophysiological roles of extracellular vesicles (EVs) have become increasingly recognized, making the EV field a quickly evolving ...

NTA-resultaten zijn zeer gevoelig voor operator bias. Dit protocol toont de effecten van gewijzigde NTA-parameters op de verkregen resultaten. Een gestandaardiseerde methode zal helpen de striktheid en reproduceerbaarheid in NTA-analyse te vergroten.Door het monster in een cuvette te analyseren, kan in elke video een statistisch willekeurige steekproef worden vastgelegd. Dit resulteert in meer reproduceerbare gegevens en de visualisatie van deeltjes over een breed scala aan groottes. Aangezien het moeilijk kan zijn om een monster in het aanbevolen deeltjesconcentratiebereik te krijgen, moet u een seriële verdunning uitvoeren om de ideale verdunningsfactor te identificeren.De procedure wordt gedemonstreerd door Kungheng Cai, een promovendus uit het laboratorium van Anthony Ferrante. Om cuvette voor te bereiden op analyse van het volgen van nanodeeltjes, bedek je de werkruimte met een pluisvrij materiaal om te voorkomen dat vezels de cuvetten binnendringen. Draag handschoenen en plaats een cuvette met een roerstaaf op de magnetische cuvette mal.Gebruik een haakgereedschap om het inzetstuk in de cuvette te plaatsen met de inkeping van het inzetstuk zichtbaar aan de voorkant van de cuvette. Gebruik een pipet om langzaam 400 tot 500 microliter gezuiverde extracellulaire blaasjes op de cuvette toe te voegen door het gat in de insert en meng het monster door voorzichtig te pipetteren zonder luchtbellen in te brengen, dop vervolgens de cuvette af, tik zo nodig bubbels uit en gebruik een pluisvrije doek om het buitenoppervlak van de cuvette af te vegen. Om de deeltjesconcentratie van het verdunningsmiddel of een monster te analyseren, schakelt u het werkstation en instrument van de computer in en start u het analyseprogramma voor het volgen van deeltjes.Wanneer u hierom wordt gevraagd, klikt u op NTA en opent u het opnametabblad. Volg de instructies op het scherm om alle benodigde voorbeeldinformatie in te vullen. Voor ev-trackinganalyse stelt u het verdunningswater in op PBS.Het zoutgehalte wordt automatisch gevuld tot 9% Om de concentratie van het verdunningsmiddel of het monsterdeeltje te verkrijgen, opent u het deksel van het instrument en verwijdert u de beschermkap waar het cuvette zal worden geplaatst. Plaats de cuvette in de juiste richting in het instrument met de inkeping van het inzetstuk naar de camera gericht en vervang de dop en het deksel van het instrument. Klik op de streamingpijl om de camera in te schakelen en klik op de punthaakpijl om de opname-instellingen uit te vouwen.Pas de scherpstelling aan totdat de relatief kleine deeltjes goed zichtbaar zijn. Om de analyse in te stellen voor een kleine EV-kwantificering, stelt u de framesnelheid in op 30 frames per seconde, de belichting op 15 milliseconden, de roertijd op vijf seconden, de wachttijd op drie seconden, de blauwe, groene en rode laservermogens op respectievelijk 210, 12 en 8 milliwatt, de frames per video op 300 en de versterking op 30 decibel. Pas de scherpstelling aan totdat de relatief kleine deeltjes goed zichtbaar zijn.Het vergroten van de zoom en/of de versterking kan helpen bij het scherpstellen van deeltjes. Maar als u de versterking verhoogt, vergeet dan niet om deze voorafgaand aan de opname in te stellen op 30 decibel. Zodra deeltjes scherp zijn, stelt u de zoominstelling in op 0,5x om bandbreedte te besparen en verlies van frames te voorkomen en klikt u op record om te beginnen met het opnemen van de video.Wanneer er een prompt verschijnt waarin staat dat de video's zijn opgenomen, klikt u op OK om de opname te voltooien en selecteert u het tabblad Proces. Als er tijdens het opnemen zeer grote deeltjes zichtbaar waren in een video, navigeert u naar de map met opgenomen video's en verwijdert u eventuele problematische video vóór de verwerking. Schakel het selectievakje Audiodetectie overschrijven uitschakelen in en stel de functiediameter in op 30.Klik op proces om videoverwerking te starten en een live distributiegrafiek te bekijken. Wanneer de verwerking is voltooid, klikt u op OK en selecteert u het tabblad Plot. Voor EV's geeft u het hoofddiagram weer als log bin silica.Andere functies van de grafiek, zoals het wijzigen van de x-as om het gebied in te stellen voor integratie van de geproduceerde figuur, kunnen worden aangepast. Als u een PDF-rapport van de resultaten wilt maken, klikt u op de knop Rapport. Het gemiddelde, de mediaan, de modusgrootte en de concentratie die zijn aangepast voor de verdunningsfactor en de distributiebreedte worden weergegeven.NTA van het verdunningsmiddel moet vóór elk monster worden uitgevoerd, zodat de concentratie van deze blanco kan worden afgetrokken van de deeltjesconcentratie van het EV-monster. Om de cuvetten na analyse te reinigen, leegt u de cuvette en vult u de cuvetten 10 tot 15 keer volledig met gedeioniseerd water en de drie keer met 70 tot 100% ethanol om eventueel restmonster te verwijderen. Droog de buitenkant van de cuvetten met een pluisvrije microvezeldoek en droog de binnenkant met een persluchtstof.Om de inzetstukken en roerstaafjes schoon te maken, plaatst u de materialen in een glazen injectieflacon met 70 tot 100% ethanol en schudt u de injectieflacon krachtig. Spoel vervolgens de inzetstukken en roerstaafjes in gedeioniseerd water met schudden zoals gedemonstreerd en droog ze met pluisvrije doeken. Plaats na het drogen onmiddellijk alle schone componenten in opslag tot de volgende analyse.Voordat een analyse werd uitgevoerd, werd de instrumentkalibratie getest met polystyreenparels om de geldigheid van de verkregen gegevens te garanderen. Zoals waargenomen, rapporteerde het deeltjesvolginstrument nauwkeurig de grootte van de 100 nanometer manodisperse kralen, maar rapporteerde alleen nauwkeurig de grootte van de 400 nanometer kralen. Daarom waren de instrumentinstellingen voor dit protocol nauwkeuriger voor kleinere deeltjes, dichter bij 100 nanometer groot.Met behulp van deze instellingen wordt de gerapporteerde deeltjesconcentratie dienovereenkomstig geschaald met de verdunningsfactor die aantoont dat het instrument de deeltjesconcentratie bij verschillende verdunningen nauwkeurig kan detecteren met weinig variabiliteit tussen technische replicants. De optimale verdunning voor een EV-monster van 4,41 maal 10 tot 10e deeltjes per milliliter van muisweefsel afgeleid EV-monster werd bepaald tussen 1.000 en 3.000. In deze analyse verhoogde het verhogen van de versterking de gevoeligheid van de camera, waardoor een toename van de visualisatie van een groter aantal kleinere deeltjes mogelijk werd.Het verhogen van het blauwe laservermogen van 70 naar 210 milliwatt terwijl de groene en rode laserkrachten constant bleven, verschoof de gerapporteerde gemiddelde deeltjesgrootte van 122 naar 105 nanometer en verhoogde de gerapporteerde totale deeltjesconcentratie van 1,1 keer 10 naar de achtste naar 1,7 keer 10 naar de achtste. Het verhogen van het vermogen van de rode laser verhoogde de gerapporteerde gemiddelde deeltjesgrootte van 175 naar 246 nanometer en verlaagde de gerapporteerde totale deeltjesconcentratie. Het verhogen van het groene laservermogen resulteerde in een afname van de gerapporteerde gemiddelde deeltjesgrootte en een toename van de gerapporteerde totale deeltjesconcentratie.Het vinden van de juiste verdunning om een monster binnen het optimale detectiebereik te plaatsen, kan voor elk monster een paar pogingen vergen. Ook de cuvette reiniging vraagt om extra zorgvuldige behandeling. We raden aan om meer dan één orthogonale methode toe te passen voor EV-deeltjesgrootte- en concentratiemetingen.Dynamische lichtverstrooiing, resistieve pulsdetectie, transmissie-elektronenmicroscopie en single-particle interferometrische reflectiebeeldvormingsdetectie kunnen ook worden uitgevoerd om EV's te karakteriseren.

Research

JoVE Journal

Biology

An Innovative Method for Exosome Quantification and Size Measurement

Een innovatieve methode voor exosome kwantificering en Size Measurement

Although the biological importance of exosomes has recently gained an increasing amount of scientific and clinical attention, much is still unknown about ...

A Rapid and Specific Microplate Assay for the Determination of Intra- and Extracellular Ascorbate in Cultured Cells

Een snelle en specifieke Microplate Assay voor de bepaling van de intra-en extracellulaire ascorbaat in gekweekte cellen

Vitamin C (ascorbate) plays numerous important roles in cellular metabolism, many of which have only come to light in recent years. For instance, within ...

Techniques for the Analysis of Extracellular Vesicles Using Flow Cytometry

Technieken voor de Analyse van de extracellulaire blaasjes Met behulp van flowcytometrie

Extracellular Vesicles (EVs) are small, membrane-derived vesicles found in bodily fluids that are highly involved in cell-cell communication and help ...

Flow Cytometric Analysis of Extracellular Vesicles from Cell-conditioned Media

Cytometrische analyse van extracellulaire blaasjes van cel-geconditioneerd Media stromen

Flow cytometry (FC) is the method of choice for semi-quantitative measurement of cell-surface antigen markers. Recently, this technique has been used for ...

Purification and Analysis of Caenorhabditis elegans Extracellular Vesicles

Purification and Analysis of Caenorhabditis elegans Extracellular Vesicles

Zuivering en analyse van Caenorhabditis elegans Extracellular Blaasjes

The secretion of small membrane-bound vesicles into the external environment is a fundamental physiological process of all cells. These extracellular ...

Automated Imaging and Analysis for the Quantification of Fluorescently Labeled Macropinosomes

Geautomatiseerde beeldvorming en analyse voor de kwantificering van fluorescerend gelabelde macropinosomen

Macropinocytosis is a non-specific fluid-phase uptake pathway that allows cells to internalize large extracellular cargo, such as proteins, pathogens, and ...

Extracellular Vesicle Uptake Assay via Confocal Microscope Imaging Analysis

Extracellular Vesicle Uptake Assay via Confocal Microscope Imaging Analysis

Extracellulaire vesikelopnametest via confocale microscoopbeeldvormingsanalyse

There is a need for practical assays to visualize and quantify the cells' extracellular vesicle (EV) uptake. EV uptake plays a role in intercellular ...

Direct Stochastic Optical Reconstruction Microscopy of Extracellular Vesicles in Three Dimensions

Directe stochastische optische reconstructiemicroscopie van extracellulaire blaasjes in drie dimensies

Extracellular vesicles (EVs) are released by all cell types and play an important role in cell signaling and homeostasis. The visualization of EVs often ...

Scalable Isolation and Purification of Extracellular Vesicles from Escherichia coli and Other Bacteria

Scalable Isolation and Purification of Extracellular Vesicles from Escherichia coli and Other Bacteria

Schaalbare isolatie en zuivering van extracellulaire blaasjes van Escherichia coli en andere bacteriën

Diverse bacterial species secrete ~20-300 nm extracellular vesicles (EVs), comprised of lipids, proteins, nucleic acids, glycans, and other molecules ...