使用流式细胞术(FCM)检测细胞外囊泡(EVs)的方法有多种。在确定最合适的检测方法时,应考虑多个方面。本文介绍了两种检测EVs的方案,分别采用单颗粒检测法或基于微球的方法。
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使用流式细胞术(FCM)检测细胞外囊泡(EVs)的方法有多种。在确定最合适的检测方法时,应考虑多个方面。本文介绍了两种检测EVs的方案,分别采用单颗粒检测法或基于微球的方法。
细胞外囊泡(EVs)是一类存在于体液中的小型膜源性囊泡,在细胞间通讯中发挥重要作用,并参与调控多种多样的生物学过程。由于EVs体积微小,且缺乏明确表达目标标志物的离散群体,使用流式细胞术(FCM)对其进行分析一直极具挑战性。尽管过去十年中EVs分析方法已显著改进,但仍处于持续优化阶段。遗憾的是,目前尚不存在适用于所有情况的通用方案,在选择最合适的分析方法时需综合考虑多个因素。本文介绍了多种EVs处理技术,以及两种分别基于单颗粒检测和微球捕获法的EVs分析方案。所述方法有助于去除商业抗体制剂中常见的抗体聚集体,提高信噪比,并以合理的方式设门,最大限度减少背景荧光的干扰。第一种方案采用单颗粒检测方法,特别适用于高通量临床样本的分析;第二种方案则采用基于微球的方法,用于捕获和检测较小的EVs及外泌体。
细胞外囊泡(EVs)是一类存在于体液中的小型膜源性囊泡,在细胞间通讯中发挥重要作用,并参与调控多种多样的生物学过程。由于EVs体积微小且缺乏明确标记物阳性的离散群体,使用流式细胞术(FCM)对其进行分析一直具有较大挑战性。尽管过去十年中EVs分析方法已取得显著改进,但仍处于持续优化阶段。遗憾的是,目前尚无一种适用于所有情况的通用方案,在选择最合适的分析方法时必须综合考虑多个因素。本文介绍了多种EVs处理技术,以及两种分别基于单颗粒检测或微球捕获策略的EVs分析方案。所述方法有助于消除商业抗体制剂中常见的抗体聚集体,提高信噪比,并以合理方式设门,最大限度减少背景荧光的干扰。第一种方案采用单颗粒检测法,特别适用于高通量临床样本的分析;第二种方案则采用基于微球的方法,用于捕获和检测较小的EVs及外泌体。
细胞外囊泡(EVs),也称为微粒,是一类存在于体液中的小型膜源性囊泡,参与细胞间的通讯,并有助于调控多种生物学过程1。通过表达多种表面标志物和/或直接转移生物活性物质,EVs能够改变受体细胞的功能,在细胞间通讯中发挥激活或抑制作用2–4。临床上,血小板来源的EVs具有显著的抗凝活性5,而其他EVs则被证实参与多种病理生理过程,从促进肿瘤转移6 到抵御疾病均有所涉及7。根据其大小和生成机制的不同,EVs可进一步分为外泌体和微囊泡(MVs)等更小的细胞来源囊泡类别8。尽管目前对于细胞来源囊泡亚群的命名仍存在持续争议8,9,但通常认为外泌体是来源于晚期内体与细胞膜融合所释放的40至100 nm的小型颗粒,而MVs则是通过细胞膜出芽脱落形成的较大颗粒,大小在100至1,000 nm之间10。本文中,“EVs”这一通用术语将用于指代所有细胞释放的细胞外生物囊泡。
从全血中分离细胞外囊泡(EVs)是一个多步骤过程,许多不同的处理变量已被证明会影响EVs的内容,包括储存温度和时间11,12、所使用的抗凝剂/防腐剂13 以及离心方法14。由于需要对这些变量进行标准化,国际血栓与止血学会科学与标准化委员会(ISTH SSC)已提出了关于正确血液处理和EVs分离程序的建议15,16,但研究人员在应采用的最佳方案上尚未达成共识12。然而,大多数研究者均认为,严格控制分析前变量对于获得准确且可重复的数据至关重要。
为了分析细胞外囊泡(EVs),研究人员已采用多种方法,包括透射电子显微镜17、扫描电子显微镜18,19、原子力显微镜、动态光散射20,21 以及蛋白质印迹法(western blotting)22,23。尽管流式细胞术(FCM)因其高通量能力而成为许多研究人员的首选方法9,24–26 ,但由于EVs体积微小且缺乏明确的阳性群体,使用FCM对其进行分析一直极具挑战性27–32。与细胞分析相比,EVs的尺寸较小导致:1)每个颗粒表面抗原数量较少,因而产生的荧光信号较弱;2)染色后洗涤步骤的可行性受限,而该步骤对于降低背景荧光至关重要。研究人员普遍面临的问题包括免疫球蛋白聚集体产生的信号27,28以及抗体自身聚集所引发的干扰29。此外,当前许多实验方案所采用的长时间处理过程以及繁琐的洗涤/分离步骤33,34 ,需要耗费数天时间才能分析少量样本,因此难以满足高通量应用的需求。部分研究人员完全省略洗涤步骤,导致传统FCM阴性对照(如单荧光减除对照FMO和同型抗体对照)无法有效评估背景荧光水平30。
我们的实验方案针对影响EVs常规FCM分析的三个常见问题:抗体聚集体和其他非囊泡颗粒产生的信号、游离抗体难以去除,以及缺乏可辨识的阳性群体。本文所述技术有助于消除商业试剂中常见的抗体聚集体,提高信噪比,并以合理的方式设门,最大限度减少背景荧光的检测。本文介绍了两种不同的检测方法:第一种方案采用单个颗粒检测法,特别适用于高通量临床样本的分析;第二种方案则采用基于微珠的方法,用于捕获和检测较小的EVs和外泌体。
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注意:以下实验方案均按照所有机构、国家和国际有关人类福祉的指南进行。所有人体样本均在经机构审查委员会(IRB)批准的方案下进行检测,并获得受试者的知情同意。
1. 方法 A:单个检测法
1.1)血液样本处理/细胞外囊泡(EVs)的分离
1.2)分析样品的制备
注意:从这一步开始,以下步骤说明了一种高通量方案,用于对3个检测组中的12个样本进行14种标志物的分析。然而,此处也可使用其他抗体组合;通过将建议的标志物替换为感兴趣的标志物,该方案可调整用于研究其他细胞外囊泡(EV)群体。
1.3)EV 样品染色
1.4)洗涤膜小泡样本
1.5)细胞仪设置
1.6)样品读取
1.7)数据分析
2. 方法 B:磁珠法
2.1)血液样本处理/细胞外囊泡(EVs)的分离
2.2)分析样品的制备
2.3)EV 样品染色
2.4)细胞计数仪设置与样本检测
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图1 概述了使用基于微球的方法或单颗粒检测方法分离和检测细胞外囊泡(EVs)的整体处理流程。利用流式细胞术(FCM)对EVs进行单颗粒检测适用于分析较大的EVs,但大多数流式细胞仪无法对小至外泌体的颗粒进行单颗粒检测。基于微球的方法可实现对小型EVs的检测,但该方法存在若干局限性,如表1所述。通常,当需要将EVs用于功能学实验时,推荐采用超速离心法(可选是否结合蔗糖梯度分离步骤)进行EVs的分离。超速离心可去除血清蛋白及其他可溶性污染物等杂质,这些杂质可能影响功能实验的结果。然而,超速离心耗时较长,且可能改变EVs的数量和质量12。
两种检测方法的预期结果如图2-3所示。在单个检测方法中,裂解对照样本(图2底行)用于设定相应未裂解样本(图2顶行)的设门范围。大多数事件应位于EV门内。当两种待比较的标志物通常不在同一细胞上共存时,象限设门不应显示双阳性事件。在图2
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本文介绍了两种不同的细胞外囊泡(EVs)分离、处理和分析方案,分别采用单颗粒检测法或基于微球的方法。选择最合适的方法并不总是显而易见的,需要充分了解待测样本以及感兴趣的特定亚群。此外,在选择最适宜方法时,还必须考虑用于数据采集的流式细胞仪的灵敏度。通常情况下,并不存在单一最优的实验方案,相反,联合使用多种方法所能提供的信息往往超过任何一种单独方法。理想情况下,应首先评估多种不同的分离与检测技术,从而建立一个定制化的实验流程,充分考虑特定EV亚群研究中所用流式细胞仪的实际性能。其他可选的分离技术包括超速离心、蔗糖密度梯度分离、免疫磁珠分离、色谱法和亲和纯化12,而其他检测方法则包括扫描电子显微镜、透射电子显微镜、原子力显微镜、动态光散射和蛋白质印迹(western blotting)8。通过整合不同的技术手段,本文所介绍的方法可被灵活调整,以构建最适合研究各类目标EV亚群的实验方案。
通常,使用流式细胞术(FCM)对细胞外囊泡(EV)进行单个检测在分析较大EV时效果良好,但随着EV尺寸减小,其检测灵敏度会下降。虽然单个检测在识别较大EV方面...
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作者声明无利益冲突。
作者感谢血液系统研究所的 Dale Hirschkorn 在流式细胞仪仪器设置方面提供的帮助。本研究由美国国立卫生研究院(NIH)基金项目 HL095470 和 U01 HL072268 以及美国国防部(DoD)合同 W81XWH-10-1-0023 和 W81XWH-2-0028 资助。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| LSR II 台式流式细胞仪 | BD 生物科学 | 3 激光(20 mW Coherent Sapphire 488 nm 蓝色,25 mW Coherent Vioflame 405 nm 紫色,17 mW JDS Uniphase HeNe 633 nm 红色) | |
| FACS Diva 软件 | BD 生物科学 | PC 版本 6.0 | |
| FlowJo 软件 | Treestar US | Mac 版本 9.6.1 或 PC 版本 7.6.5 | |
| Sphero Rainbow 荧光微粒 | BD 生物科学 | 556298 | 用于调节所有通道电压,以保持荧光强度的一致性 |
| 超彩虹荧光微粒 | Spherotech | URFP-10-5 | 除使用 Megamix-Plus SSC 微球外,还用于确保不同批次间细胞外囊泡设门的一致性 |
| Megmix-Plus SSC 珠子 | Biocytex | 7803 | 用于调节FSC和SSC 维持电压 一致性 每次运行之间。也可用于监测流速并调节流速旋钮,以确保所有运行中使用相同的流速 |
| AbC Anti-Mouse Bead Kit | Life Technologies | A-10344 | 用于补偿对照 &以及用于基于微珠方法的阴性AbC微珠 |
| 非离子型去污剂P-40替代物(NP-40)(CAS 9016-45-9) | 圣克鲁斯 | sc-281108 | 仅在个体检测方法中用于初始读数后裂解样本,作为阴性对照。可将储备液用PBS按1:10稀释,置于冰箱中保存,最长可保存1个月。 |
| BD TruCOUNT 管 | BD生物科学 | 340334 | 在需要绝对EV浓度时使用 |
| Ultrafree-MC,GV 0.22 µm 离心过滤装置 | Millipore | UFC30GVNB | 用于对细胞外囊泡进行染色后洗涤和/或根据大小对细胞外囊泡进行分级分离 |
| ACD-A抗凝全血真空采血管 | BD 生物科学 | 364606 | |
| Facs 管 12x75 聚苯乙烯 | BD 生物科学 | 352058 | |
| 50 ml 储液槽,单独包装 | Phenix | RR-50-1s | |
| Green-Pak 移液器吸头 - 10 µl | Rainin | GP-L10S | |
| Green-Pak 吸头 -200 µl | Rainin | GP-L250S | |
| 绿色-Pak 吸头 - 1,000 µl | Rainin | GP-L1000S | |
| 预灭菌稳定型堆叠 L300 吸头 | Rainin | SS-L300S | |
| Pipet-Lite XLS 8 通道 LTS 可调节的 间隔区 | Rainin | LA8-300XLS | |
| 96孔组织培养板 | E&K Scientific | EK-20180 | |
| RPMI 1640培养基(不含Hepes) | 加州大学旧金山分校细胞培养中心 | CCFAE001 | 用于基于微珠检测方法的培养基 |
| Dulbecco 磷酸盐缓冲液 D-PBS,无钙镁,0.2 µm 过滤 | 加州大学旧金山分校细胞培养中心 | CCFAL003 | |
| 超速离心管,薄壁,超透明 | 贝克曼库尔特公司 | 344058 | |
| 第 I 面板 | |||
| CD3 PerCP-Cy5.5 | Biolegend | 344808 | 2 µl |
| CD14 APC-Cy7 | Biolegend | 301820 | 2 µl |
| CD16 V450 | BD Biosciences | 560474 | 2 µl |
| CD28 FITC | biolegend | 302906 | 2 µl |
| CD152 APC | BD 生物科学 | 555855 | 2 µl |
| CD19 A700 | Biolegend | 302226 | 2 µl |
| 第二部分 | |||
| CD41a PerCP-Cy5.5 | BD 生物科学 | 340930 | 2 µl |
| CD62L APC | Biolegend | 304810 | 2 µl |
| CD108 PE | BD 生物科学 | 552830 | 2 µl |
| CD235a FITC | biolegend | 349104 | 2 µl |
| 第三部分 | |||
| CD11b PE-Cy7 | Biolegend | 301322 | 2 µl |
| CD62p APC | Biolegend | 304910 | 2 µl |
| CD66b PE | Biolegend | 305106 | 2 µl |
| CD15 FITC | exalpha | X1496M | 5 µl |
| CD9 PE | Biolegend | 555372 | |
| CD63 APC | Biolegend | 353008 | |
| APC-Cy7 小鼠 IgG2a κ | Biolegend | 400230 |
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