RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
ar
Menu
Menu
Menu
Menu
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
يتم تقديم طريقة لعزل الإكسوسومات من الدم الكامل ومزيد من التحليل عن طريق تتبع الجسيمات النانوية باستخدام أداة شبه آلية في هذه المقالة. توفر التكنولوجيا المقدمة طريقة حساسة للغاية لتصور وتحليل الجسيمات في التعليق السائل.
على الرغم من أن الأهمية البيولوجية للإكسوسومات قد اكتسبت مؤخرا قدرا متزايدا من الاهتمام العلمي والسريري ، إلا أن الكثير لا يزال مجهولا عن مساراتها المعقدة وتوافرها البيولوجي ووظائفها المتنوعة في الصحة والمرض. يركز العمل الحالي على وجود وسلوك الإكسوسومات (في المختبر وكذلك في الجسم الحي) في سياق الاضطرابات البشرية المختلفة ، خاصة في مجالات الأورام وأمراض النساء وأمراض القلب.
لسوء الحظ ، لا يوجد إجماع بشأن معيار ذهبي لعزل الإكسوسوم ، ولا يوجد اتفاق على مثل هذه الطريقة لتحليلها الكمي. نظرا لوجود العديد من الطرق لتنقية الإكسوسومات وأيضا العديد من الاحتمالات لتحليلها الكمي والنوعي ، فمن الصعب تحديد مجموعة من الطرق للنهج المثالي.
هنا ، نعرض تحليل تتبع الجسيمات النانوية (NTA) ، وهي طريقة شبه آلية لتوصيف الإكسوسومات بعد عزلها عن البلازما البشرية عن طريق الطرد المركزي الفائق. تظهر النتائج المقدمة أن هذا النهج للعزل ، بالإضافة إلى تحديد متوسط عدد وحجم الإكسوسومات ، يوفر بيانات قابلة للتكرار وصالحة ، كما تؤكده طرق أخرى ، مثل المجهر الإلكتروني الماسح (SEM).
وظلت وظيفة بالضبط من exosomes تعميم مجهولة لفترة طويلة من الزمن. حتى الآن ليست مفهومة تماما آلية المسار الكامل من exosomes. منذ exosomes تحمل بصورة رئيسية أعطيت المستضدات والبروتينات والحمض النووي الريبي (مرنا وميرنا) التي تتعلق بهم إلى خلية الوالدين الأصلية، وظيفتها والإرسال يشير خلية خلية ذات الأولوية.
وقد وصفت العديد من الأساليب المختلفة في الأدب لعزل والكشف الكمي للexosomes 1،2. ومع ذلك، لم يتم التوصل إلى توافق في الآراء بشأن "معيار ذهبي". وفي الوقت نفسه فإن غالبية العلماء نشط في مجال البحوث exosome يتفقون على أن طريقة متسقة من العزلة وتبرر للغاية لتحقيق درجة أعلى من المقارنة بين التقارير والدراسات المختلفة.
مضان تنشيط الفرز الخلية (FACS) هو الأداة الأكثر شيوعا وانتشارا للتحليل exosome 3. FACS لديه بنefit ذلك، عن طريق وضع العلامات مضان، الخلايا من أصول مختلفة يمكن مقارنة في خطوة واحدة. المساوئ الرئيسية للFACS هي أن هذه الطريقة ليست حساسة بما فيه الكفاية لتحديد جزيئات أصغر من 0.5 ميكرومتر 4، في حين exosomes عموما بين 30-120 نانومتر في القطر 5، وحتى أقل لقياس حجمها.
المجهر الإلكتروني (SEM) وانتقال المجهر الإلكتروني (TEM) هي أدوات أخرى لتحليل حجم الجسيمات ومورفولوجية exosomes. ومع ذلك، على حد سواء SEM وTEM يكون العيب أن إعداد عينات هو، على حد سواء أساليب تنطوي على خطوات كثيفة العمالة تستغرق وقتا طويلا ولكل منها بعض المخاطر من الجيل قطعة أثرية. لا طريقة مناسبة لعالية الإنتاجية عينة وتوصيف عدة آلاف من الجزيئات واحدة من عينة واحدة. وعلاوة على ذلك، والتحليل الكمي للروتين اليومي السريرية حيث توجد عينات كثير من الأحيان ليتم تحليلها في وقت واحد أو على الأقل في فترة قصيرة جدا هومن الصعب القيام بها. تقنيات الجيل الجديد يسمح لنا الآن لتحليل exosomes دون العمل التحضيري المكثف مسبق (SEM على سبيل المثال، البيئية). هذه التقنيات الحديثة لا تزال غير مريح بدلا لتحليل تعليق حجم كبيرة تحتوي على exosomes لتحديد متوسط عدد وحجم التوزيع 6.
طريقة أخرى حساسة للغاية لتصور وتحليل exosomes هو تحليل تتبع جسيمات متناهية الصغر (NTA). هذه الطريقة يستفيد من مبدأين مختلفة من الفيزياء. أولا، والكشف عن جسيمات من قبل الضوء المتناثرة عندما يتم المشع أنها مع شعاع الليزر. ومن المعروف أن الظاهرة الثانية كما الحركة البراونية، التي تنص على نشر جزيئات مختلفة في تعليق السائل يتناسب عكسيا مع حجمها. في الحالة الأخيرة يعتمد الحركة أيضا على درجة الحرارة واللزوجة من السوائل. ومع ذلك فإن هذه النسبة ترتبط مباشرة حجم الجسيمات ويستخدم من قبل NTA. باستخدام لينةالتحليل القائم وير، وتسجل الصور الرقمية من الضوء المتناثرة من الجزيئات واحدة. قطع من بقع الضوء المتناثرة وسرعتهم الحركة توفر البيانات التي تسهل تحديد إجمالي عدد الجسيمات وحجم التوزيع. هذه التقنية هي قوية بشكل خاص لتحليل جزيئات بقطر متوسط أقل من 100 نانومتر.
يتم تنفيذ قياسات حجم وتركيز مع ZetaView البراونية وتحليل الكهربائي فيديو الحركة المجهر. وهذا هو أعلى جسيمات متناهية الصغر تحليل صك الآلي شبه مكتب للعينات السائلة (المشار إليه فيما بعد كأداة تتبع الجسيمات). وهو يتألف من جسيمات تتبع محلل وكذلك جهاز كمبيوتر محمول مع البرمجيات المستخدمة لتحليل البيانات. عينات بيولوجية غير المتجانسة هي كما مناسبة لهذا الأسلوب إلى التوقيف أكثر تجانسا من الجزيئات غير العضوية. ويستخدم المجهر نثر الليزر مع كاميرا الفيديو للكشف عن الجسيمات وللobservation من حركتهم. في حين أن محور المجهر هو أفقي وركز في القناة خلية مليئة تعليق يحتوي على exosomes، يتم توجيه شعاع الليزر عموديا. الجسيمات المشع من قبل مبعثر ضوء الليزر، والتي يتم تسجيلها تحت 90 ° بواسطة كاميرا الفيديو الرقمية عبر المجهر (الشكل 1). شدة الضوء المتناثرة تتيح مراقبة الجزيئات الكبيرة 60 نانومتر القطر. في مثل هذا الوضع سطوع الجسيمات ليست المؤشر الوحيد من حجم الجسيمات. عندما يتم تطبيق أي حقل كهربائي، حركة الجسيمات يتبع فقط الحركة البراونية ويمكن أن تكون مؤشرا لحساب حجم الجسيمات. ومع ذلك، فإن الصك هو أيضا قادرة على تطبيق مجال كهربائي عبر القناة الخلية. عندما تتعرض لهذا المجال، والمحتملين، والاستقطاب ومستوى الأيونية تهمة للexosomes علقت تصبح مزيد من محددات اتجاه حركتها. السرعة والاتجاه نتيجة في مو الكهربيبيليتي الرسم البياني.
في حين إيجاد طريقة الأمثل لتحليل exosomes معزولة هو مشكلة واحدة، وآخر يكمن في عزلة فعالة من exosomes من وسائل الإعلام المختلفة، مثل الدم، استسقاء، والبول، والحليب، والسائل الذي يحيط بالجنين أو وسائل الإعلام الخلية. وقد وصفت أساليب مختلفة حتى الآن، والتي تقوم على تنبيذ فائق 1، الكواشف فصل الصناعية (مثل Exoquick) 7، حبات مغناطيسية للمستضد توظيف الفصل 8 أو 9 خطوات الترشيح الفائق.
في هذا البروتوكول ونحن لشرح العملية برمتها من exosome العزلة عبر تنبيذ فائق وإظهار كيفية تحليل exosome الناتجة تحتوي على تعليق من خلال أداة تتبع الجسيمات. وتقدم اعتبارات محددة لتحليل البلازما أو زراعة الخلايا البشرية المتوسطة exosomes مشتقة.
ملاحظة: وقد تمت الموافقة على التجارب المعروضة في هذا العمل من قبل مجلس الأخلاقي المؤسسي للجامعة دوسلدورف.
1. إعداد Exosome
2. إجراء بدء التشغيل من تتبع صك الجسيمات
3. قياس عينة
4. تفسير نتائج
العينة المستخدمة في هذه التظاهرة معارض جو الأمثل لقياس مع وجود حساسية من 85٪، وذلك قبل المنحدر الحد الأقصى لمنحنى حساسية (الشكل 2). السطوع، ودقيقة / تم اختيار القيم كحد أقصى على النحو الموصى به في البروتوكول. وهناك تركيز 5.3 الجسيمات / مل × 10 6 تم قياس، في حين كان متوسط حجم الجسيمات 0.149 ميكرون، معظمهم من 0.137 ميكرون.
يمكن حفظ القيم وردت بعد قياس في تقرير مع تنسيق ملف من قوات الدفاع الشعبي أو في شكل. TXT للتصدير إلى قاعدة البيانات. يمكن تعديل الرسم البياني كما يفضل كما هو موضح في البروتوكول (القسم 4). يتم حفظ تسلسل الفيديو أيضا، ويمكن استخدامها في وقت لاحق خارج الخط إعادة التحليل. ومع ذلك، في هذا التحليل خارج الخط، إعدادات ما قبل الاستحواذ على الكاميرا لا يمكن تغيير بأثر رجعي.
من أجل العثور على إعدادات المعلمة المثلى لقياس، ونحن هنا وصف عشرالبريد تعظيم الاستفادة من إعدادات الأداة على سبيل المثال من 100 نانومتر حجم البوليسترين المعيار. وتناقش تأثير معلمتين والحساسية ودقيقة / الحد الأقصى لحجم على صورة الفيديو وحجم الجسيمات التوزيع بالتفصيل. وتتلخص جميع البارامترات الأخرى في الجدول 1.
هو تصور وانطباع البصري للتأثير الحساسية (تتراوح 50-94) على التناظرية والرقمية الصور في الشكل (3). وتقدم المعلومات الكمية المستمدة من الصور في الشكل (4)، استنادا إلى الإعدادات في الجدول رقم 1، مين الحجم = هو مبين (5) وماكس الحجم = 200. وثمة علاقة نموذجية من عدد الجسيمات الكشف مقابل حساسية في الشكل 4A. ما بين 50 و 90، وزيادة عدد جزيئات الكشف عن بحساسية وارتفع بشكل كبير عن الحساسيات> 90. تم العثور على مجموعة الأمثل للحساسية بين 66 و 86 (A). توزيع حجم الجسيمات التي تم الحصول عليها مع DIFوتظهر إعدادات حساسية ferent في الشكل 4B. التوزيعات حجم الجسيمات تمثل متوسط ثلاثة القياسات الفردية. لمنخفضة للغاية الحساسية (حساسية = 62، المنحنى الأحمر) وقد تم تحليل عدد قليل من الجزيئات فقط مما أدى إلى إحصاءات الفقيرة إلى حد ما. ارتفع عدد الجسيمات تحليلها مع الحساسية والتوصل إلى الحد الأمثل بين 70 (منحنى الأصفر) و 86 (منحنى تان). زيادة كذلك الرصاص حساسية إلى تدهور توزيع حجم الجسيمات مع عدد الجسيمات اسقاط وتوزيع حجم التحول نحو الأحجام الأصغر (حساسية = 94، المنحنى الأزرق). ويبين الشكل 4C اتجاه عدد مقرها قطر X50 (50٪ من جسيمات أصغر من هذا القطر) كدالة للحساسية. في الفترة الفاصلة البيج، كان RSD من حجم الجسيمات أقل من 8٪، ويتوافق مع فترة الأمثل في A. المناطق الحمراء تشير RSD> 8٪ نتيجة لإحصاءات الفقيرة (حساسية منخفضة للغاية) أو زعته واسعbutions مع التحول إلى أحجام أصغر (حساسية عالية للغاية).
إعدادات الحد الأدنى الحجم وماكس الحجم هي مرشحات تطبيقها على الصور الرقمية من أجل إزالة الجزيئات مع أحجام نقطة أصغر من الحد الأدنى الحجم وأكبر من ماكس الحجم. بسبب القدرة على تبعثر الضوء، الجسيمات يخلق بقعة من حجم معين على صورة رقمية. يتم قياس حجم البقعة وعدد من بكسل (بكسل). عندما ينثر جسيم الضوء بشكل جيد للغاية (على سبيل المثال، والجسيمات> 200 نانومتر أو المجاميع)، وحجم البقعة هو كبير جدا، على سبيل المثال،> 500 بكسل. حجم بقعة صغيرة جدا (على سبيل المثال، <10 بكسل) للجسيمات صغيرة (على سبيل المثال، <20 نانومتر) اعتمادا على المواد الجسيمات. حجم البقعة (بكسل) قد لا يكون متبادل مع حجم الجسيمات (نانومتر) لأنها ليست متطابقة وليس هناك علاقة مباشرة بين هذين المتغيرين. لتعظيم الاستفادة من الحد الأدنى والحد الأقصى الحجم يسمح للمستخدم لتصفية الأشياء غير المرغوب فيها مثل الكتل (ماكس الحجم) أو صغيرةكائنات مثل الضوضاء الخلفية (مين الحجم). ويظهر تأثير مين / ماكس الحجم على توزيع حجم الجسيمات من حجم قياسي 100 نانومتر في الشكل 4D (حساسية = 82). عندما يتم تعيين الفاصل الزمني إلى أحجام بقعة صغيرة (على سبيل المثال، دقيقة = 1، الحد الأقصى = 52؛ منحنى البرتقال)، ينخفض عدد الجسيمات تحليلها ويتم إزاحة عدد مقرها قطر X50 قليلا نحو الأحجام الأصغر. إعداد لبقع أكبر (دقيقة = 40، الحد الأقصى = 1،000، المنحنى الأحمر) النتائج في توزيع حجم الجسيمات واسع تحول نحو أحجام أكبر. من أجل الحصول على الأرقام الإجمالية متساوية من الجسيمات، تم تعديل الحدود الفاصلة التوزيعات على حد سواء البرتقالي والأحمر لمباراة 80 الجسيمات. توزيع مع الإعدادات المثلى (دقيقة = 5، الحد الأقصى = 200؛ منحنى تان) ويتكون من 360 الجسيمات.
وأجريت سلسلة من التجارب الناجحة مع exosomes معزولة بسبب تنبيذ فائق ويقاس NTA باستخدام نظام المقدمة. وكانت البيانات الناتجة غايةبما يتفق وأكد على مستوى عال من التكاثر. يجب أساليب عزل أخرى تظهر نتائج مماثلة. ومع ذلك، تم تحديد الخطوة تخفيف كخطوة حاسمة بشكل خاص وتأثيرها على الأرقام الإجمالية المحسوبة للجسيمات لابد من إعادة تقييم.

الشكل 1. تخطيطي من الإعداد للNTA. والموجه المجهر / محور الفيديو وشعاع الليزر متعامد مع بعضها البعض، وعبور في المقطع العرضي قناة الخلية. يتم عرض الضوء المتناثرة من الجزيئات في "العيش رأي" نافذة البرنامج. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

يتم عرض الشكل 3. تأثير الحساسية على التناظرية وصورة رقمية. التصور من الجزيئات التي تظهر على الشاشة رأي الحية لحساسيات بين 50 و 94 لكل من التناظرية (الصف العلوي) لد الرقمية آراء (الصف السفلي). عندما حساسية منخفضة جدا، يتم الكشف سوى عدد قليل من الجسيمات (يسار). في حساسية الأمثل تظهر الجسيمات النقاط واحدة كما معزولة جيدا عن بعضها البعض (وسط). في دمج الجسيمات حساسية عالية نسبيا تؤدي معا إلى سوء جودة الصورة (يمين). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 4. تأثير حساسية دقيقة وإعدادات حجم الحد الأقصى لعينة السيطرة 100 نانومتر البوليسترين الجسيمات (A) قطعة حساسية في مقابل الكشف عن عدد من الجسيمات؛ الفترة الأمثل هو 66-86، قبل المنحدر الأقصى للمنحنى. توزيعات (B) حجم الجسيمات التي تم الحصول عليها مع العديد من إعدادات الحساسية (62-94)؛ الرسوم البيانية لمنخفضة جدا (62) أو مرتفعة جدا (94) حساسية لا تلتقط توزيع حجم الجسيمات ل100 نانومتر العينة الضابطة البوليسترين. (C) عدد مقرها X50 قطر مقابل حساسية. الخطأ من X50 في الفترة الفاصلة البيج هو أقل من 8٪، فاصل الأمثل هو من 66 إلى 86. (D) أثر Min و Max الحجم على توزيع حجم الجسيمات. المعلمات المثلى (دقيقة = 5 و الحد الأقصى = 200) التقاط التوزيع الصحيح للالعينة الضابطة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
| المعلمات ما قبل الاستحواذ | |
| حساسية | متغير |
| مصراع | 40 |
| معدل الإطار | 30 إطارا في الثانية |
| قرار | مرحباGH |
| دورات | 10 |
| الاستحواذ متعددة | 3 |
| موقف | 1 |
| المعلمات في مرحلة ما بعد الاستحواذ | |
| دقيقة السطوع | 30 |
| ماكس الحجم | متغير |
| دقيقة الحجم | متغير |
الجدول 1. ملخص من المعلمات قبل وبعد اكتساب لوضع وثيقة تتبع الجسيمات.
تم دعم هذا العمل من قبل الصناديق المؤسسية لقسم جراحة القلب والأوعية الدموية ، كلية الطب ، HHU. تم توفير تكاليف نشر هذه الدراسة بواسطة Particle MetrixGmbH.
يتم تقديم طريقة لعزل الإكسوسومات من الدم الكامل ومزيد من التحليل عن طريق تتبع الجسيمات النانوية باستخدام أداة شبه آلية في هذه المقالة. توفر التكنولوجيا المقدمة طريقة حساسة للغاية لتصور وتحليل الجسيمات في التعليق السائل.
يود المؤلفون أن يشكروا كريستينا بالاز وهوغ أوبين ويورن هولسمان على القراءة النقدية للمخطوطة والمساعدة التحريرية الممتازة. علاوة على ذلك ، يشكر المؤلفان جيزيلا مولر على المساعدة الفنية. يشكر المؤلفون شركة Particle Metrix GmbH على توفير الأموال التي تغطي تكاليف النشر.
| أنبوب السترات | BD | 364305 | BD Vacutainer |
| الماء المقطر | براون | 3880087 | Aqua ad iniectabilia |
| Falcon Tube | Greiner Bio One | 188271 | PP Tube ، أنبوب التعقيم 15 مل |
| الطرد المركزي | الفائق Beckman | 357448 | Microfuge Tube Polyallomer 1.5 ml |
| Polybead | Polysciences، Inc. | 07304 | 2.6٪ حقنة محلول محاذاة صلبة |
| (فلتر) حقنة | براون | 4617053V | 5 مل |
| (ZetaView) | براون | 4606051V | 5 مل |
| إبرة | BD | 305180 | BD Blunt Fill Needle |
| Filter | Sartorius Stedim | 16555 | فلتر حقنة ، محب للماء ، 450 & micro ؛ m |
| جهاز طرد مركزي فائق | بيكمان | L8-M | الدوار: 70Ti Ser. رقم E21078 |
| ZetaView | الجسيمات Metrix | PMX 100 ، النوع 101 | |
| جهاز طرد مركزي | Eppendorf | 5804R | الدوار: A-4-44 |