يصف هذا البروتوكول عزل الحويصلات الصغيرة خارج الخلية من عضلات الهيكل العظمي والنخاع العظمي للفئران باستخدام الهضم الإنزيمي والكروماتوغرافيا بإزالة الحجم، مما يتيح استعادة الكسور الغنية بالحويصلات من أنسجة بنية معقدة منخفضة الإنتاج لتحليل جزيئي لاحق.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
يصف هذا البروتوكول عزل الحويصلات الصغيرة خارج الخلية من عضلات الهيكل العظمي والنخاع العظمي للفئران باستخدام الهضم الإنزيمي والكروماتوغرافيا بإزالة الحجم، مما يتيح استعادة الكسور الغنية بالحويصلات من أنسجة بنية معقدة منخفضة الإنتاج لتحليل جزيئي لاحق.
الحويصلات الصغيرة خارج الخلية (sEVs) هي جسيمات نانوية الحجم مرتبطة بالدهون تتوسط التواصل بين الخلايا من خلال نقل البروتينات والدهون والأحماض الريبونوكليتيكية (RNAs). لا يزال عزل ال sEVs من الأنسجة الصلبة مثل العضلات الهيكلية (SkM) ونخاع العظم (BM) تحديا بسبب انخفاض الإنتاج والتلوث من المكونات غير الحويصلية. يصف هذا البروتوكول سير عمل قابل للتكرار لعزل الخلايا الفضائية عن الفأر SkM وBM. يتم هضم SkM إنزيميا، بينما تتم معالجة BM مباشرة ثم تخضع لاحقا للطرد المركزي التفاضلي والكروماتوغرافيا بعزل الحجم (SEC). بالنسبة ل SkM، يتم التخلص من حجم الفراغ (~2.5 مل)، ويتم جمع ~1.6 مل التالي كأجزاء غنية ب EV، عادة ما تقسم إلى 400 ميكرولتر كسور متسلسلة (F1–F4). بالنسبة ل BM، يتم التخلص من حجم فراغ بحجم 700 ميكرولتر، يليه جمع جزء مغني ب EV بحجم ~850 ميكرولتر، يمكن تقسيمه إلى ~170 ميكرولتر كسور متتالية (F1–F5) وتجميعها بناء على إثراء علامات EV. باستخدام هذا النهج، يمكن عزل sEVs من أحجام أنسجة صغيرة (حوالي 500 ميكرولتر من عضلة الفخذ الرباعية و150 ميكرولتر من عظم الفخذ والساق المجمعين BM)، مما ينتج ~10 8 جسيمات· مل−1·ملغ−1 نسيج بأقطار الجسيمات <200 نانومتر). يتم التحقق من سلامة ونقاء الحويصلات باستخدام المجهر الإلكتروني الناقل، وتحليل تتبع الجسيمات النانوية، وتقنية الطباعة الغربية لمؤشرات EV القانونية، مع توصيف إضافي بواسطة الكشف التداخلي الجسيمي الواحد لقياس مجموعات الحويصلات المعرفة بالتتراسبانين. تتيح هذه الطريقة العزل القابل للتكرار للحويصلات العالية النقاء من الأنسجة المعقدة هيكليا باستخدام أقل كمية ممكنة من المواد المدخلة، مما يدعم التحليلات الجزيئية والوظيفية في المراحل النهائية للحويصلات المشتقة من الأنسجة.
الحويصلات الصغيرة خارج الخلية (sEVs) هي جسيمات نانوية الحجم مرتبطة بالدهون تتوسط التواصل بين الخلايا من خلال نقل البروتينات والدهون والأحماض النووية.1. يتم إفراز هذه العينات من جميع أنواع الخلايا وتوجد في جميع السوائل البيولوجية تقريبا، حيث تعمل كحاملات رئيسية للشحن النشط بيولوجيا، بما في ذلك الببتيدات والأحماض الريبونوكليك الدقيقة (RNAs)2. يتم فرز حمولتها بشكل انتقائي، مما يتيح إيصال إشارات محددة بدقة3، وتسمح بنيتها الحويصلية بتجاوز قيود التدرج والتخفيف المعتادة للعوامل التي تفرز بحرية من خلال توصيل حمولات جزيئية مركزة لمسافات طويلة4. على الرغم من أن EVs الناتجة عن السوائل الحيوية (مثل البلازما، المصل، واللعاب) توفر لمحة مريحة عن الإشارات الجهازية، إلا أنها تمثل مجموعة مختلطة للغاية تنشأ منالعديد من الأنسجة. وهذا يجعل من الصعب تحديد أي عضو ينتج إشارة بيولوجية محددة أو كيف يتم تنظيم التواصل مع EV على مستوى الأنسجة. نظرا لأن الإشارات الكهربائية المنتشرة مجتمعة معا، يمكن تخفيف أو إخفاء التغيرات الخاصة بالأنسجة، مما يحد من القدرة على تحديد المصدر الحقيقي للإشارات6.
العضلات الهيكلية (SkM) ونخاع العظم (BM) هما أنسجة رئيسية نشطة أيضيا ووظيفيا مع تركيبات خلوية وأدوار إشارة مميزة7،8. قد يطلق كلا النسيجين مجموعات من الكائنات الكهربائية الغنية بشحنات فريدة خاصة بالأنسجة؛ ومع ذلك، يمكن أن تطغى هذه الإشارات بسهولة في البلازما على قبل الإشارات الكهربائية من الأنسجة ذات الدوران العالي مثل خلايا المناعة 8,9. العزل المباشر للعضلات أو الأبطال يزيد من الحساسية ويتيح اكتشاف التكيفات الدقيقة الخاصة بالنسيج التي قد لا تكون ملحوظة في الدورة الدموية. لذلك، توفر الإشارات الخارجية المشتقة من الأنسجة معلومات تكميلية أساسية، تكشف عن متى يطلق عضو معين الإشعاعات، ومدة استمرار تلك الإشارات، وأي التكيفات حادة وأي المزمنة. على الرغم من الاهتمام المتزايد بالمركبات الكهربائية الكهربائية، تم تطوير معظم طرق العزل المعروفة للسوائل الحيوية (مثل البلازما والمصل) أو أنظمة زراعة الخلايا. في هذه السياقات، يمكن الحصول على المركبات الكهربائية بعائد مرتفع نسبيا وأقل قدر من الاضطرابات الهيكلية. ومع ذلك، فإن عزل المركبات الكهربائية مباشرة عن الأنسجة الصلبة مثل SkM وBM يشكل تحديات تقنية ملحوظة. هذه الأنسجة معقدة هيكليا وغير متجانسة، وتتطلب خطوات تفكك ميكانيكية أو إنزيمية قد تتسبب في ظهور الشوائب الفنية، بما في ذلك مستويات عالية من البروتينات القابلة للذوبان، وشظايا العضيات، والجسيمات النانوية غير الحويصلية، مما يصعب تحقيق تحضيرات EV عالية النقاء (EV).
تحد كبير آخر في عزل EV المستخرج من الأنسجة هو نقص سير العمل الموحد لتعريف الكسور والفصل10. الطرد المركزي التفاضلي وحده غالبا ما يؤدي إلى العزل المشترك لتجمعات البروتين والحويصلات الكبيرة، بينما الطرق المعتمدة على الطرد المركزي الفائق، رغم استخدامها الواسع، يمكن أن تؤدي إلى تجمع الحويصلات، والتشوه، والتعافي المتغير حسب نوع الدوار والظروف التجريبية. تحسن طرق تدرج الكثافة النقاء لكنها تستغرق وقتا طويلا، منخفضة الإنتاجية، ويصعب توحيدها عبر المختبرات11. وبالتالي، لا توجد حاليا طريقة معتمدة على نطاق واسع وقابلة للتكرار محسنة لعزل المركبات الكهربائية الصغيرة عن الأنسجة الصلبة ذات النقاء العالي والعائد المتسق10.
برزت تقنية الكروماتوغرافيا باستبعاد الحجم (SEC) كبديل واعد لعزل EV لأنها تفصل الجسيمات بناء على الحجم دون تعريض الحويصلات لقوى طرد مركزية عالية. يتيح SEC الفصل الفعال للبروتينات الكهربائية الصغيرة عن البروتينات القابلة للذوبان والملوثات منخفضة الوزن الجزيئي مع الحفاظ على سلامة الحويصلات ووظيفتها البيولوجية. ومن المهم أن SEC يسمح بتعريف واضح لكسور الاستبعاد، مما يتيح التعرف المتكرر على الكسور الغنية ب EV وتحسين الاتساق عبر التجارب12. ومع ذلك، تتطلب سير عمل SEC تحسينا دقيقا للعينات المشتقة من الأنسجة، خصوصا فيما يتعلق بمعالجة الأنسجة في الأعلى، وإزالة الحطام، وجمع الكسور. لمعالجة هذه القيود، طورنا بروتوكولا قابلا للتكرار وموحدا لعزل المركبات الكهربائية الفضائية عن SkM وBM. تدمج هذه الطريقة الهضم الإنزيمي المسيطر عليه للأنسجة الليفية، والطرد المركزي التفريقي لإزالة الحطام، والتنقية المعتمدة على SEC لعزل الحويصلات عالية النقاء. تم تحسين سير العمل خصيصا لتقليل التلوث من المكونات داخل الخلية مع الحفاظ على سلامة الحويصلات وتمكين التعافي المستمر من الأنسجة منخفضة الإنتاجية.
يسد هذا البروتوكول فجوة منهجية حاسمة من خلال توفير نهج عملي وقابل للتوسع لعزل الذرات الفضائية المشتقة من الأنسجة مع تجزئة محددة ونقاء معتمد، يتم تحقيقه من خلال تحليل تتبع الجسيمات النانوية (NTA)، والتلوين الغربي لمؤشرات EV القانونية، والمجهر الإلكتروني للتقييم الشكلي، وتحليل الجسيمات الكهربائية الواحدة باستخدام التقاط الأجسام المضادة، وقياس حجم التداخل القياسي، والتصوير الفلوري متعدد القنوات. وهو مناسب بشكل خاص للدراسات التي تتطلب تحليل EV الخاص بالأنسجة، حيث تكون الحويصلات المشتقة من السوائل الحيوية غير كافية لتحديد أصل الإشارات الخلوي. يجب على الباحثين استخدام هذه الطريقة عندما يكون الهدف الحصول على حويصلات ذات نقاء عالي من أنسجة صلبة مع أقل تلوث وسلامة حويصلات محفوظة. على النقيض من ذلك، قد تفضل الطرق المعتمدة على الطرد المركزي الفائق للتطبيقات ذات العائد العالي حيث يكون النقاء أقل أهمية، ويمكن اختيار طرق تدرج الكثافة عند عزل مجموعات فرعية محددة من المركبات الكهربائية رغم انخفاض معدل الإنتاجية. معا، يوفر هذا البروتوكول إطارا موحدا لعزل وتوصيف الجرثومات الجزيئية المشتقة من الأنسجة، مما يمكن من إجراء تحليلات جزيئية وكيميائية حيوية ووظيفية قابلة للتكرار في المراحل اللاحقة.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تمت الموافقة على جميع إجراءات الحيوانات من قبل لجنة رعاية الحيوانات بجامعة ماكجيل (DOUG10029) وأجريت وفقا لإرشادات المجلس الكندي لرعاية الحيوانات.
1. بروتوكول عزل sEV المشتق من SkM (SkM-sEV)
2. بروتوكول عزل sEV المشتق من BM (BM-sEV)
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
لتقييم فعالية هذا البروتوكول في عزل الجرعات السحابية المشتقة من الأنسجة، تعرض نتائج تمثيلية من عينات SkM وBM. تم تعريف العزل الناجح ب (1) إثراء علامات EV القياسية (TSG101، CD63، CD81، وCD9) في كسور SEC المبكرة، (2) الحد الأدنى من الكشف عن الملوثات داخل الخلايا (مثل Calnexin و BiP)، (3) توزيع أحادي النمط لحجم الجسيمات مع غالبية الجسيمات <200 نانومتر)، (4) تصور الحويصلات السليمة المرتبطة بالغشاء بواسطة TEM، و(5) تركيز أعلى للجسيمات في الكسور الغنية ب EV مقارنة بالكسور الغنية بالبروتينات ال...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
يصف هذا البروتوكول نهجا قويا وقابلا للتكرار لعزل التحضيرات الغنية ب sEV مباشرة من SkM وBM، وهما أنسيان منخفضي الإنتاج ومتنوعان للغاية. بينما يعتبر عزل العزل الكهربائي الكهربائي مثبتا جيدا للسوائل الحيوية وأنظمة زراعة الخلايا، لا تزال الطرق الموحدة للسوائل الكهربائية المشتقة من الأنسجة محدودة بسبب التحديات المرتبطة بتفكك الأنسجة، والتلوث من المواد داخل الخلية، وتفاوت الإنتاجية. هنا، نستعرض خطوات حاسمة، واستراتيجيات استكشاف المشاكل، والقيود التي تؤثر على نقاء المركبات الكهربائية، والإنتاجي...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
يعلن المؤلفون عدم وجود تضارب مصالح.
نشكر جيني يانغ، داريوش زورافك، وفولوديمير يركو على المساعدة الفنية والمناقشات المفيدة. نحن ممتنون لمنصة مركز الطب النانوي التطبيقي، وخاصة نديم تاويل ولورا مونتيرميني، لدعمهم في توصيف الحويصلات خارج الخلية وجمع البيانات. نشكر أيضا موظفي منشأة الحيوانات، جويلين غادوري وتارا طومسون، على مساعدتهم في التعامل مع الفئران.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| 1.5 mL centrifuge tube | Sarstedt | 72.690.300 | General microcentrifuge tube used throughout protocol |
| 1.5 mL low-protein-binding tube | Sarstedt | 72.706.600 | Used for EV handling, SEC fraction collection, and storage |
| 0.2 mL PCR tube | Fisher Scientific | 14-222-262 | Used for poked-tube bone marrow extraction setup |
| 16 G needle | BD | 305197 | Used to puncture the 0.2 mL PCR tube |
| 30 µm cell strainer | Miltenyi Biotec | 130-098-458 | Used for skeletal muscle sample filtration |
| 70% ethanol | Sigma-Aldrich | 1.11727 | Used to sterilize tweezers |
| Biosafety cabinet | NA | NA | Used for sterile tissue handling |
| Bone cutting instrument | Fisher Scientific | 10-001-976 | Used to separate femur and tibia and expose marrow |
| Bovine serum albumin (BSA) | BioShop | ALB001 | Used for Western blot blocking and antibody dilution |
| Calcium chloride dihydrate (CaCl2·2H2O) | BioShop | CCL302 | Used for HEPES buffer preparation |
| Carbon-coated copper grid, 200-mesh | Sigma-Aldrich | 930342 | Used for TEM sample preparation |
| Centrifugal filter, 100 kDa MWCO | MilliporeSigma | UFC810096 | Used for EV concentration |
| Collagenase D | Roche | 11088858001 | Used for skeletal muscle enzymatic digestion |
| Cryovial | Sarstedt | 72.690.300 | Used for tissue and bone storage |
| Deionized water (ultrapure) | NA | NA | Used for buffer preparation and TEM washing steps |
| DNase I | Roche | 11284932001 | Used for skeletal muscle enzymatic digestion |
| Dry ice | NA | NA | Used for sample cooling and transport |
| Enhanced chemiluminescence substrate | Biorad | 1705061 | Used for Western blot detection |
| Filter unit, 0.22 µm | Sarstedt | 83.3941.501 | Used to filter PBS where applicable |
| Forceps / tweezers | MilliporeSigma | F3892 | Used for tissue handling |
| Glutaraldehyde | NA | NA | Used for TEM fixation |
| Glycine | NA | NA | Used in TEM grid washing steps |
| Hank’s Balanced Salt Solution (HBSS) | Gibco | 14175-095 | Used for DNase I stock preparation |
| HEPES | BioShop | HEP001.500 | Used for HEPES-NaOH buffer preparation |
| Horseradish peroxidase-conjugated streptavidin | Thermo Fisher | S911 | Used for Western blot detection |
| Imaging system for chemiluminescence | Biorad | 12003153 | Used to image Western blot membranes |
| KCl | BioShop | POC308 | Used for HEPES buffer preparation |
| Magnesium chloride (MgCl2) | BioShop | MAG510.500 | Used for HEPES buffer preparation |
| 2-Methylbutane | Thermo Fisher | 78-78-4 | Used for skeletal muscle snap-freezing |
| Milligram balance | MilliporeSigma | Z741359 | Used for tissue and marrow weighing |
| NaCl | BioShop | SOD004.1 | Used for HEPES buffer preparation |
| Nano-particle tracking analysis instrument | Malvern Panalytical | NanoSight NS300 | NanoSight NS300 used for particle sizing and counting |
| NaOH | BioShop | SHY500.500 | Used for pH adjustment |
| Nitrocellulose membrane | BioRad | 1704271 | Used for Western blot transfer |
| Nutating mixer | Labnet | S0500 | Used during enzymatic digestion |
| P1000 pipette | MilliporeSigma | FA10006M-1EA | Used for tissue transfer |
| Pipette tip, 1 mL | Sarstedt | 70.3050.275 | Tip is trimmed to widen opening for tissue fragment transfer |
| Phosphate-buffered saline (PBS) | Wisent | INC 811.012-FL | Used throughout protocol; also used for SEC equilibration and elution |
| Phosphatase inhibitor | MilliporeSigma | 4906845001 | Used for Western blot lysate preparation |
| Petri dish | MilliporeSigma | CLS351146 | Used for bone marrow preparation |
| Polyacrylamide gel, 4–20% gradient stain-free | BioRad | 4561094 | Used for Western blot separation |
| Protease inhibitor | MilliporeSigma | 11697498001 | Used for Western blot lysate preparation |
| RPMI-1640 medium | Sigma-Aldrich | R7388-500ML | Unsupplemented; no FBS or antibiotics |
| RIPA buffer, 10× | Merck | 20-188 | Used for protein extraction for Western blotting |
| Scalpel, sterile disposable | Ultident Paragon | 02-90000-10 | Used to mince skeletal muscle tissue |
| SEC column, original 70 nm | IZON | ICO70P | Used for skeletal muscle SEC |
| SEC column, single 70 nm | IZON | ICS70P | Used for bone marrow SEC |
| Sodium azide | Sigma-Aldrich | S2002 | Added to PBS for washing the column |
| Sodium cacodylate buffer | NA | NA | Used for TEM fixation buffer |
| Luer Slip Single Use Syringe without Needle | Medline | SYR101020 | Used during NTA acquisition if applicable |
| Transmission electron microscope | FEI | NA | Tecnai G2 Spirit Twin 120 kV Cryo-TEM used for TEM imaging |
| Tween-20 | BioShop | TWN508.1 | Used in PBS-T for Western blotting |
| Uranyl acetate | NA | NA | Used for TEM negative staining |
| Whatman filter paper | MilliporeSigma | WHA1003055 | Used to wick excess TEM stain |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.