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
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
يهدف هذا البروتوكول إلى عزل وتنقية الحويصلات الخلالية خارج الخلية للعضلات الهيكلية (SkM-EVs) من أنسجة عضلات القوارض من خلال الانفصال الميكانيكي ، والتفكك الأنزيمي ، والترشيح ، والطرد المركزي التفاضلي. إنه يدل على الاتساق والموثوقية. توفر SkM-EVs المعزولة رؤى حول توازن العضلات وأمراضها ، مع تطبيقات محتملة كمؤشرات حيوية تشخيصية أو مركبات علاجية.
الحويصلات خارج الخلية (EVs) عبارة عن جزيئات نانوية محاطة بطبقة ثنائية الدهنية تطلقها الخلايا لنقل البضائع النشطة بيولوجيا ، مثل البروتينات والحمض النووي الريبي والحمض النووي للاتصال بين الخلايا. يوفر التحقيق في الحديث المتبادل بوساطة EV بين الخلايا في توازن العضلات وأمراضها إمكانات كبيرة لتعزيز فهمنا لنمو العضلات وتجديدها وضمورها. ومع ذلك ، تواجه البروتوكولات الحالية لعزل المركبات الكهربائية المشتقة من عضلات الهيكل العظمي (SkM-EVs) تحديات في تحقيق نقاء وعائد عاليين ، ويرجع ذلك أساسا إلى صعوبات إطلاق المركبات الكهربائية من الأنسجة العضلية دون المساس بالأغشية الخلوية. تقدم هذه المقالة بروتوكولا فعالا لعزل SkM-EV ، بما في ذلك الانفصال الميكانيكي ، والتفكك الأنزيمي ، والترشيح ، والطرد المركزي الفائق. تم تحسين هذه الخطوات لتعزيز إطلاق EV من أنسجة العضلات ، مما ينتج عنه SkM-EVs عالية النقاء. بعد ذلك ، يتم إجراء قياس التدفق الخلوي النانوي ، ومقايسة BCA ، ومقايسة اللطخة الغربية لتوصيف كمية ونوعية SkM-EVs المعزولة. يبشر هذا البروتوكول بإنشاء منصة موثوقة للحصول على مركبات كهربائية مشتقة من الأنسجة لتطوير الأبحاث الأساسية وتشخيص الأمراض وتوصيل الأدوية.
الحويصلات خارج الخلية (EVs) هي جزيئات بحجم نانو مرتبطة بالغشاء تطلقها الخلايا في البيئة خارج الخلية. تنقل هذه المركبات الكهربائية الأحماض النووية والبروتينات والدهون لتعديل مسارات الإشارات المتعددة عند امتصاصها بواسطة الخلايا المتلقية. على وجه التحديد ، تورطت المركبات الكهربائية المعزولة من العضلات الهيكلية (SkM-EVs) في تنكس العضلات وتجديدها ونموها عن طريق نقل الحمض النووي الريبي الميكرو التنظيمي العضلي أو عوامل النسخ1،2،3،4. مع استمرار تطور فهمنا للمجموعات السكانية الفرعية ل SkM-EV وخصائصها ، تظهر هذه الحويصلات واعدة كمؤشرات حيوية للتشخيص المبكر5،6 وكأهداف علاجية للاضطرابات العصبية العضلية. يوفر هذا المجال المتوسع فرصا مثيرة لكل من التحقيقات المرضية والتطبيقات السريرية.
تركز الأبحاث الحالية على SkM-EVs في الغالب على تلك التي تم الحصول عليها من المواد الطافية لزراعة الخلايا بعد زراعة الخلايا بعد الثقافة خارج الجسم الحي 2،7،8 ، مما يثير مخاوف بشأن دقة خطوط الخلايا المستهدفة بعد الممرات المتتالية وقابلية خصائص EV للتغيير في البيئات الاصطناعية. هذا يسلط الضوء على الحاجة إلى عزل SkM-EVs مباشرة عن أنسجة العضلات لتجنب تأثيرات الثقافة خارج الجسم الحي وتمثيل أفضل في الجسم الحي. على الرغم من تطوير العديد من الأساليب لعزل المركبات الكهربائية من أنسجة العضلات9،10 ، إلا أن الدراسات لا تزال تختلف اختلافا كبيرا في تفاصيل البروتوكول ، مما يؤثر على الاتساق وقابلية المقارنة. هناك حاجة ماسة إلى بروتوكول موحد لعزل وتوصيف SkM-EV لضمان الموثوقية عبر الدراسات ذات الصلة.
بالنظر إلى الخصائص الفسيولوجية للعضلات الهيكلية ، قمنا بتطوير بروتوكول لعزل وتنقية SkM-EVs من عينات عضلات الهيكل العظمي للقوارض باستخدام الانفصال الميكانيكي ، والتفكك الأنزيمي ، والترشيح ، والطرد المركزي التفاضلي. من خلال التحليل الشامل باستخدام قياس التدفق الخلوي النانوي ، ومقايسة BCA ، ومقايسة اللطخة الغربية ، وجدنا أن هذا البروتوكول ينتج باستمرار SkM-EVs ذات نقاء وكمية عالية خلال إطار زمني محدود. يمكن تطبيقه على عينات العضلات الهيكلية في حالات مختلفة ، بما في ذلك إصابات العضلات الحادة والمزمنة. علاوة على ذلك ، مع التعديلات المناسبة ، يمكن تصميم هذه الطريقة لأنسجة العضلات من المرضى البشريين أو النماذج الحيوانية الأخرى. يعد توحيد عملية عزل SkM-EV أمرا ضروريا لضمان الاتساق في جودة SkM-EV ، وتسهيل مقارنات خصائص EV - مثل العائد والحجم وتكوين الحمولة والوظيفة - وتعزيز تطبيقاتها المحتملة كمؤشرات حيوية تشخيصية ، فضلا عن تعزيز فهمنا لأدوارها في مختلف العمليات الفسيولوجية والمرضية.
يعزل هذا البروتوكول الحويصلات خارج الخلية (EVs) عن أنسجة العضلات الهيكلية باستخدام الانفصال الميكانيكي ، والتفكك الأنزيمي ، والترشيح ، والطرد المركزي التفاضلي. يسمح بعزل المركبات الكهربائية عن مجموعات عضلات أطراف القوارض الفردية أو المجمعة ، بما في ذلك الظنبوب الأمامي (TA) ، الباسطة الإصبعية الطولية (EDL) ، النعل (SOL) ، المعدة (GAS) ، وعضلات الفخذ (QUA). تمت الموافقة على استخدام من قبل اللجنة المؤسسية لرعاية واستخدامها في جامعة جورجيا ، وامتثلت الدراسة لإرشادات المعاهد الوطنية للصحة لرعاية واستخدامها في البحث. تم إيواء في مرافق داخل قسم علوم والألبان بجامعة جورجيا. تم استخدام ذكور الفئران البالغة من النوع البري (C57BL / 6J) في هذه الدراسة ، مع التضحية بالأنسجة التي تم حصادها من الفئران في عمر 3 أشهر. وترد تفاصيل الكواشف والمعدات المستخدمة في جدول المواد.
1. الانفصال الميكانيكي لمجموعات العضلات عن الفأر
2. التفكك الأنزيمي لقطع العضلات المنفصلة
3. الترشيح والطرد المركزي منخفض السرعة لإثراء SkM-EV
ملاحظة: اضبط جهاز الطرد المركزي المبرد على 4 درجات مئوية وقم بتشغيله حتى يصل إلى درجة الحرارة المحددة. احتفظ بجميع الأنابيب والعينات المطلوبة على الثلج حتى تصبح جاهزة للاستخدام.
4. الطرد المركزي الفائق التفاضلي لتنقية SkM-EV
ملاحظة: اضبط جهاز الطرد المركزي المبرد على 4 درجات مئوية وقم بتشغيله حتى يصل إلى درجة الحرارة المحددة. احتفظ بجميع الأنابيب والعينات اللازمة على الثلج وجاهزة للاستخدام.
باتباع هذا البروتوكول ، تم استخراج حويصلات العضلات الهيكلية خارج الخلية (SkM-EVs) بنجاح من مجموعات عضلية مختلفة ، بما في ذلك الظنبوب الأمامي (TA) ، الباسطة الأصابع الطويلة (EDL) ، النعل (SOL) ، المعدة (GAS) ، وعضلات الفخذ (QUA) من الفئران البرية. تم إجراء التوصيف اللاحق لهذه SkM-EVs من خلال قياس التدفق الخلوي النانوي ، لتوضيح ميزاتها المميزة كما هو موضح في الجدول 1. من اللافت للنظر ، من مجرد 1 غرام من الأنسجة العضلية ، تم الحصول على عائد مثير للإعجاب يبلغ 1.18e14 ± 4.86e13 SkM-EVs ، بمتوسط حجم جسيمات يبلغ 73.93 نانومتر ± 2.70 نانومتر ومتوسط حجم الجسيمات 72.55 نانومتر ± 2.42 نانومتر. أظهر توزيع الحجم تباينا قدره 13.28 نانومتر ± 1.71 نانومتر (الشكل 5) ، بما يتماشى بدقة مع التعريف المعترف به للمركباتالكهربائية 12،13.
لضمان سلامة SkM-EVs المعزولة ، تم استخدام MemGlow-488 ، وهو مسبار غشاء فلوروجيني ، لتسمية بنية الدهون داخل عينات SkM-EV (الشكل 5) ، مما يكشف عن الحفاظ المذهل على 96.40٪ ± 2.42٪ من الأغشية المغلفة بالدهون عبر السكان المعزولين. بالإضافة إلى ذلك ، تم تقييم نقاء SkM-EVs بدقة باستخدام مقايسة بروتين حمض البيسنكونينيك (BCA) ، والتي كشفت عن 4.82 ميكروغرام ± 2.28 ميكروغرام من البروتينات الموجودة لكل تريليون EVs. أظهر تحليل اللطخة الغربية التعبير عن العلامات الإيجابية للمركبات الكهربائية (CD8114 و Alix15) في SkM-EVs المعزولة ، مما يؤكد نقائها وغياب ملوثات التوبولين الخلوية (الشكل 6).
بعد ذلك ، تم إجراء فحوصات جدوى الخلية باستخدام صبغة التريبان الزرقاء لتحديد جدوى الخلايا المقيمة في العضلات أثناء عملية العزل. أكدت هذه الاختبارات أن البروتوكول لم يضعف بشكل كبير الخلايا المقيمة في العضلات ، مسجلا قابلية للخلية للحياة تبلغ حوالي 55٪. يمكن تطبيق مزيد من التحليل والتوصيف على SkM-EVs لاستكشاف وفهم دورها كوسطاء حيويين للتواصل بين الخلايا في نمو العضلات وعلم وظائف الأعضاء.

الشكل 1: إجراء الانفصال الميكانيكي لمجموعات عضلات الفئران. (أ) يتم تثبيت ساق الفأر في صفيحة معقمة بحيث يكون الجانب الأمامي متجها لأعلى. (ب) يوجد TA ، وتستخدم الملقط الحاد للاستيلاء على الطبقة الرقيقة من النسيج الضام الذي يغطي العضلة وتقشيرها. (ج) يتم تحديد بلد كهرباء لبنان المجاور للمساعد التقني وفصله بعناية عن المستشار الفني. (د) يتم تحديد موقع وقطع أوتار الغاز و SOL. (ه) يتم تحديد عضلة QUA وفصلها بعناية عن عظم الفخذ. (و) بعد انفصال العضلات ، ينكشف الظنبوب والشظية بوضوح. (ز) يتم شطف العضلات المنفصلة عدة مرات باستخدام PBS لإزالة أي ملوثات ، مثل الفراء والدم. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2: التفكك الأنزيمي لقطع العضلات المنفصلة. (أ) تتم إزالة أوتار العضلات برفق من عينة العضلات. (ب-د) يستخدم المقص أو المشرط لقطع العضلات طوليا على طول ألياف العضلات (من الوتر إلى الوتر) إلى قطع عضلية بسمك 1 مم ، مما يضمن التوحيد في الحجم لتسهيل التفكك الأنزيمي. (ه) يتم تحضين خليط DEB والعضلات على الخلاط داخل الحاضنة لمدة 12 ساعة عند 37 درجة مئوية بسرعة اهتزاز تبلغ 100 دورة في الدقيقة. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 3: الترشيح والطرد المركزي منخفض السرعة لإثراء SkM-EVs. (أ) بعد الهضم الأنزيمي ، يجب ألا تكون هناك قطع عضلية واضحة في الخليط. (ب) يتم طرد الخليط لمدة 10 دقائق عند 1,000 × جم و 4 درجات مئوية لتكسير أي حطام متبقي. (C-E) باستخدام ماصة سعة 200 ميكرولتر ، يتم نقل المادة الطافية بعناية 200 ميكرولتر في المرة الواحدة إلى حقنة. (و) يعاد إدخال مكبس المحقنة، ويتم دفع المادة الطافية ببطء عبر المرشح لإزالة أي حطام متبقي. (ز) يتم إعادة إدخال المكبس ، ويتم دفع 200 ميكرولتر من 1x PBS ببطء عبر المرشح لغسله. (ح) بعد الترشيح ، يجب أن يكون المحلول شفافا وخاليا من أي قطع عضلية متبقية. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 4: الطرد المركزي الفائق التفاضلي لتنقية SkM-EV. (أ) بعد التأكد من تساوي حجم جميع الأنابيب ، يتم إغلاق الأنابيب ووضعها في دوار الطرد المركزي الفائق ، مما يضمن التوازن المناسب. (ب) يتم تشغيل جهاز الطرد المركزي الفائق الصغر وضبطه على 100,000 جم لمدة ساعة واحدة عند 4 درجات مئوية. (ج) يتم تحميل الدوار المتوازن مع الأنابيب في جهاز الطرد المركزي الفائق الصغر. الغطاء مغلق ، ويتم تشغيل المكنسة الكهربائية. (د) بمجرد أن يصل الفراغ إلى المستوى 2 ، يتم الضغط على زر البدء للسماح لجهاز الطرد المركزي الفائق بالعمل حتى الانتهاء. (ه) تتم إزالة المادة الطافية بعناية دون إزعاج الحبيبات (يشار إليها بالسهم). (و) بعد إزالة المادة الطافية ، يضاف 50 ميكرولتر من 1x PBS إلى الأنبوب باستخدام ماصة دقيقة سعة 200 ميكرولتر أو 100 ميكرولتر. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 5: نمط توزيع الحجم وتلوين MemGlow-488. نمط توزيع الحجم وتلوين MemGlow-488 ل SkM-EVs المعزولة من مجموعات العضلات المختلفة ، بما في ذلك TA (A ، B) و EDL (C ، D) و SOL (E ، F) و GAS (G ، H) و QUA (I ، J). الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 6: تحليل اللطخة الغربية. تحليل اللطخة الغربية للتوبولين و CD81 و Alix في SkM-EVs وتقليص العضلات والهيكل العظمي. يتم تحميل كميات متساوية من البروتين (5 ميكروغرام لكل حارة) على الجل لكل عينة. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
| البارامتر | متوسط ± الانحراف المعياري (SD) |
| إنتاجية SkM-EV (جزيئات / جرام من العضلات) | 1.18e14 ± 4.86e13 |
| متوسط حجم الجسيمات (نانومتر) | 73.93 ± 2.70 |
| متوسط حجم الجسيمات (نانومتر) | 72.55 ± 2.42 |
| تباين توزيع حجم الجسيمات (نانومتر) | 13.28 ± 1.71 |
| نسبة المركبات الكهربائية الإيجابية MemGlow-488 (٪) | 96.54 ± 1.85 |
| تركيز البروتين (ميكروغرام بروتين / تريليون EV) | 4.82 ± 2.28 |
الجدول 1: توصيف SkM-EVs المعزولة. يتم قياس توزيع الحجم ومحتوى البروتين عن طريق قياس التدفق الخلوي النانوي ومقايسة بروتين BCA ، على التوالي.
يعلن أصحاب البلاغ عدم وجود تضارب في المصالح.
يهدف هذا البروتوكول إلى عزل وتنقية الحويصلات الخلالية خارج الخلية للعضلات الهيكلية (SkM-EVs) من أنسجة عضلات القوارض من خلال الانفصال الميكانيكي ، والتفكك الأنزيمي ، والترشيح ، والطرد المركزي التفاضلي. إنه يدل على الاتساق والموثوقية. توفر SkM-EVs المعزولة رؤى حول توازن العضلات وأمراضها ، مع تطبيقات محتملة كمؤشرات حيوية تشخيصية أو مركبات علاجية.
تم دعم هذا العمل من قبل وزارة الدفاع W81XWH2210261 (إلى ياو ياو).
| 0.6 مل أنابيب الطرد المركزي | الدقيقةThermoFisher Scientific | 05-408-120 | |
| 1.5 مل أنبوب صغير (C)   ؛ | Eppendorf | 5720411009 | |
| 1.5 مل أنابيب الطرد المركزي الدقيقة | ThermoFisher Scientific | 3448 | واضح ، متخرج ، غير معقم |
| BD 5 مل حقنة | Becton Dickinson | 14-827-52   ؛ | طرف لوير لوك |
| شرائح عد الخلايا ، غرفة مزدوجة لعداد الخلايا | Bio-Rad | 145-0011 | |
| جهاز طرد مركزي 5430R | Eppendorf | 22620667 | |
| محلول | التنظيف NanoFCM Inc. | ||
| كولاجيناز الثاني | ورثينجتون للكيمياء الحيوية | LS004176 | |
| DPBS (10x) سائل (-كالسيوم ، -مغنيسيوم) | Cytiva | SH30378.02 | التخفيف النهائي المستخدم هو 1x |
| DPBS / معدل (1x) | Cytiva | SH30264.02 | |
| Dulbecco's Modified Eagle's Medium (DMEM) | Genesee Scientific | 25-500 | |
| E-POD Pure موزع المياه عن بعد | Millipore Sigma | ZRXSP0D01 | |
| FA-45-30-11 Micro Centrifuge | Rotor Eppendorf | 05-401-503 | |
| Fisher Vortex Genie 2 | ThermoFisher Scientific | 12-812 | |
| Flow NanoAnalyzer | NanoFCM Inc. | ||
| Heratherm OGS60 فرن البروتوكول العام | ThermoFisher Scientific | 51028112 | الحمل الحراري بالجاذبية ، 2.3 قدم مكعب 120 فولت |
| MemGlow-488 Probe | Cytoskeleton Inc. | MG01-02 | |
| ميليباك الخاصة ميليبور | ميليبور سيجما | TANKMPK02 | |
| بنسلين ستربتومايسين | جيبكو | 15070063 | |
| Pipet-Lite LTS ماصة L-1000XLS + | Rainin | 17014382 | |
| Pipet-Lite LTS ماصة L-200XLS + | Rainin | 17014391 | |
| Pipet-Lite LTS ماصة L-20XLS + | Rainin | 17014392 | |
| نصائح الماصة ER LTS 1000 & micro; L F 768G / 8 | Rainin | 30808038 | |
| أطراف الماصة ER LTS 20 & micro; L F 960G / 10 | Rainin | 30807966 | |
| أطراف الماصة ER LTS 200 & micro; LF 960G / 10 | Rainin | 30807967 | |
| الخرز مراقبة الجودة | NanoFCM Inc. | ||
| S110-AT دوار بزاوية ثابتة | ThermoFisher Scientific | 45539 | 1،10،000 دورة في الدقيقة |
| S16 exo 65-155nm حبات | NanoFCM Inc. | ||
| مقص | SPI ، الولايات المتحدة الأمريكية | ||
| Sorvall mX 150+ أجهزة الطرد المركزي الدقيقة | ThermoFisher Scientific | 50135641 | |
| TC 20 عداد الخلايا الآلي | Bio-Rad | 1450102 | |
| Trypan Blue Solution | Corning | 25-900-CI | |
| ملاقط | SPI ، الولايات المتحدة الأمريكية | ||
| VWR 15 مل أنابيب الطرد المركزي | أفانتور | 89039-668 | |
| واتمان بوراديسك 13 مرشحات | Cytiva | 6782-1304 | 0.45 & micro; م حجم المسام |
| من النوع البري C57BL / 6J الفئران | جاكسون مختبر | الأسهم # 000664 |