ZUSAMMENFASSUNG Dieses Protokoll bietet einen standardisierten Arbeitsablauf zur Isolierung und Charakterisierung kleiner extrazellulärer Vesikel (sEVs) aus infrapatellären Fettpad-Geweben von Arthrosepatienten.
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ZUSAMMENFASSUNG Dieses Protokoll bietet einen standardisierten Arbeitsablauf zur Isolierung und Charakterisierung kleiner extrazellulärer Vesikel (sEVs) aus infrapatellären Fettpad-Geweben von Arthrosepatienten.
Extrazelluläre Vesikel (EVs), insbesondere kleine extrazelluläre Vesikel (sEVs), definiert als Vesikel kleiner als 200 nm, dienen als wesentliche Vermittler der interzellulären Kommunikation und werden von nahezu allen Zelltypen in verschiedene biologische Flüssigkeiten freigesetzt. Das infrapatellare Fettpolster (IPFP) ist eng mit der Entwicklung und dem Fortschreiten der Kniearthrose (OA) verbunden. Standardisierte Methoden zur direkten Isolierung von sEVs aus IPFP-Explants bleiben jedoch begrenzt. Wir präsentieren ein reproduzierbares Protokoll zur Isolierung und Charakterisierung von sEVs, die aus IPFP-Geweben stammen, die von OA-Patienten gewonnen wurden. Das aus IPFP-Gewebekulturen gewonnene konditionierte Medium wird sequentiell durch langsame Zentrifugation von Zellen und Ablagerungen befreit, gefolgt von Ultrazentrifugation zur Anreicherung von Vesikeln im sEV-Größenbereich. Die resultierenden Vesikel werden anhand minimaler Informationen für Studien zu extrazellulären Vesikeln (MISEV2023)-Empfehlungen charakterisiert, wobei eine Reihe repräsentativer Proteinmarker über verschiedene funktionelle Kategorien hinweg verwendet wird: CD63 als membranassoziiertes Tetraspanin, ALIX und TSG101 als zytosolische Proteine, die an der Biogenese beteiligt sind, vermittelt durch die Endosomal Sorting Complex Required for Transport (ESCRT)-Maschinerie, und Calnexin als endoplasmatisches retikulum-residentes Protein zur Überwachungspotenzial nichtvesikulare Kontamination. Dieser Workflow liefert klar definierte sEV-Präparate, die für nachgelagerte Anwendungen wie funktionelle Assays oder proteomische Profilierung in der Arthroseforschung geeignet sind.
Kleine extrazelluläre Vesikel (sEVs) sind ein heterogener Subtyp von extrazellulären Vesikeln, die laut der von der International Society for Extracellular Vesicles (ISEV) vorgeschlagenen operativen Klassifikation in den minimalen Informationen für Studien zu extrazellulären Vesikeln (MISEV2023) als Vesikel definiert sind, die typischerweise kleiner als 200 nm im Durchmesser1 sind. sEVs werden von nahezu allen Zelltypen in biologische Flüssigkeiten freigesetzt und haben aufgrund ihrer wesentlichen Rolle als Vermittler interzellulärer Kommunikation sowohl in physiologischen als auch in pathologischen Kontexten zunehmende Aufmerksamkeit erregt. 2,3.
Die Membran der sEVs ist mit mehreren funktionellen Proteinen angereichert. Unter ihnen sind Tetraspanine wie CD63 mit der Organisation der Vesikelmembran und Fusion4 assoziiert. Darüber hinaus sind zytosolische Proteine, die mit dem endosomalen Sortierkomplex für den Transport (ESCRT) assoziiert sind, wie ALIX und TSG101, integraler Bestandteil der sEV-Biogenese und -Sekretion. Daher dienen sie als verlässliche Marker zur Bestätigung des endosomalen Ursprungs der isolierten Vesikel 5,6.
Das infrapatellare Fettpad (IPFP) wurde als aktives gelenkassoziiertes Gewebe erkannt, das eng mit dem Beginn und Fortschreiten der Arthrose (OA) verbunden ist7,8. Unter entzündlichen und degenerativen Bedingungen wird angenommen, dass sEVs, die aus IPFP abgeleitet werden, entzündliche Mediatoren und pathogene Signale transportieren und so zur Synovialentzündung und Knorpelabbau beitragen9. Die Charakterisierung von sEVs, die von IPFP-Geweben von OA-Patienten freigesetzt werden, kann daher wichtige Einblicke in krankheitsassoziierte interzelluläre Kommunikationsnetzwerke liefern.
Angesichts des zunehmenden Interesses an sEVs als molekulare Mediatoren und potenzielle therapeutische Wirkstoffe ist die Etablierung eines Isolationsansatzes mit hoher Erträge, hoher Reinheit und reproduzierbarer Isolation unerlässlich. Obwohl die differentielle Ultrazentrifugation eine der am weitesten verbreitetenReinigungsstrategien bleibt, sind Protokolle, die für Zellkultur-Supernatanten oder Biofluide optimiert sind, möglicherweise nicht direkt auf feste, fetthaltige Gewebe wie das IPFP anwendbar. Der hohe Lipidgehalt, die dichte extrazelluläre Matrix und die variablen enzymatischen Verdauungsbedingungen können die Wiederherstellung und Reinheit der Vesikel beeinflussen.
Die Gewebeexplantationskultur bietet einen physiologisch relevanten Ansatz, der die native zelluläre Architektur und Cell-Cell-Interaktionen erhält und gleichzeitig übermäßige enzymatische Störungen minimiert und so die Sammlung von sEVs unter nahezu natürlichen Bedingungen ermöglicht. Allerdings fehlt derzeit ein standardisierter Workflow, der speziell auf die Isolierung von sEVs aus IPFP-Explant-Kulturen zugeschnitten ist.
Hier beschreiben wir ein Schritt-für-Schritt-Protokoll zur Isolierung und Charakterisierung kleiner extrazellulärer Vesikel aus infrapatellaren Fettpad-Explantkulturen von Arthrose-Patienten mittels differenzieller Ultrazentrifugation und bieten so einen reproduzierbaren methodischen Rahmen für nachgelagerte funktionelle und translationale Studien.
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Die Verwendung von IPFP-Geweben von Arthrosepatienten in dieser Studie wurde vom Ethikausschuss des ersten Krankenhauses der Hebei Medical University genehmigt (Genehmigungsnummer [2024] 018). Die Probenentnahme erfolgte innerhalb des genehmigten Zeitraums, und die schriftliche informierte Zustimmung wurde von allen Teilnehmern vor der Gewebeaufnahme eingeholt.
1. Herstellung von Medium und Lösungen
2. Herstellung von IPFP-Gewebe und Sammlung von konditioniertem Medium
3. Isolierung von sEVs mittels differentieller Ultrazentrifugation
HINWEIS: Führen Sie alle folgenden Schritte bei 4 °C oder auf Eis aus.
4. Charakterisierung von sEVs durch Western-Blot-Analyse
5. Charakterisierung von sEVs durch Nanoparticle Tracking Analysis (NTA)
6. Charakterisierung von sEVs mittels Transmissionselektronenmikroskopie (TEM)
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Die erfolgreiche Isolierung kleiner extrazellulärer Vesikel (sEVs) aus humanen infrapatellaren Fettpad-Geweben (IPFP) wurde durch multimodale Charakterisierung bestätigt.
Die Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) zeigte, dass die isolierten Vesikel die charakteristische becherförmige Morphologie mit klar definierten Lipid-Doppelschichtmembranen aufwiesen, was mit den strukturellen Merkmalen der sEVs übereinstimmt (Abbildung 1)11.
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Dieses Protokoll bietet einen reproduzierbaren und praktischen Arbeitsablauf zur Isolierung kleiner extrazellulärer Vesikel (sEVs) aus menschlichen infrapatellaren Fettpad-(IPFP)-Geweben mittels Explantkultur gefolgt von differenzieller Ultrazentrifugation. Die isolierten Vesikel wurden durch komplementäre Charakterisierungsmethoden validiert, darunter Transmissionselektronenmikroskopie (TEM), Nanopartikel-Tracking-Analyse (NTA) und Western-Blot-Erkennung etablierter EV-Marker
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Keiner der Autoren hat Interessenkonflikte, die sie angeben müssten.
Diese Forschung wurde vom National Key Research and Development Program (Fördernummern 2023YFC3604905), dem Finanzministerium von Hebei (Fördernummern: ZF2024132 und ZF2024143) sowie dem Innovation and Development Medical Cooperation Program von Hengrui-Hebei-HR2002048
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| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| 40-mL PET-Zentrifugenröhren | himac (Eppendorf Himac Technologies) | 5720411148 | Polyethylenterephthalat, 26 x 90 mm |
| 70 & Mikro; m Zell-Sieb | Beijing Lanjieke Technologie | 560049 | Zur Entfernung von Geweberesten |
| Anti-Alix-Antikörper | Shanghai Abways Biotechnologie | CY7215 | sEV-positiver Marker |
| Anti-Calnexin-Antikörper | Shanghai Abways Biotechnologie | CY5839 | Negativer Marker (ER-Kontamination) |
| Anti-CD63-Antikörper | Affinity Biosciences | DF2305 | Tetraspanin-Marker |
| Anti-TSG101-Antikörper | Shanghai Abways Biotechnologie | CY5985 | sEV-positiver Marker |
| BCA-Protein-Assay-Kit | Shanghai YaMei Biotechnologie | ZJ102 | Zur Proteinquantifizierung |
| Zellkulturkolbe (T175) | NEST Biotechnologie | 560229 | Für IPFP-Explant-Kultur |
| Zentrifugenröhre (50 mL) | BIOFIL | 560041 | Für anfängliche Schritte mit niedriger Geschwindigkeit |
| Exosom-depletiertes fetales Rinderserum | Cyagen Biosciences | FBSNE-01061 | Für Gewebekultur |
| HRP-Ziegen-Anti-Kaninchen-IgG | Shanghai Abways Biotechnologie | AB0101 | Sekundärer Antikörper gegen WB |
| Sofortiger Protein-Ladepuffer (Denaturieren, Reduzieren, 5&x;) | Shanghai YaMei Biotechnologie | LT101 | Zur Proteindenaturierung |
| Micro BCA Protein-Assay Kit | Thermowissenschaftlich | 23235 | Zur Proteinquantifizierung |
| Millex-GP Filtereinheit (0,22 & Mikro; m) | Beijing Lanjieke Technologie | 560360 | Steril, für Vesikelfiltration |
| Nanopartikel-Tracking-Analysator | Malvern Panalytical | NanoSight NS300 | Für Größen- und Konzentrationsanalyse |
| Omni-Flash Eisfreier Schnelltransferpuffer | Shanghai YaMei Biotechnologie | PS201S | Für den Transfer von Western-Blot-Proteinen |
| Phosphotungstische Säure (2 %) | Sigma-Aldrich | P4006 | Für TEM-Negativfärbung |
| Protein-Ladepuffer (Denaturierend, Nicht-Reduzierend, 5& fach;) | Shanghai YaMei Biotechnologie | LT103 | Zur Proteindenaturierung |
| Proteinfreier schneller Blockpuffer (5 & fach); | Shanghai YaMei Biotechnologie | PS108 | Für blockieren Sie die Membranen |
| RIPA-Lysepuffer | Beijing Solarbio Science & Technology Co., Ltd | R0010 | Zur Extraktion von sEV-Proteinen |
| TBS(20×) | Beijing Solarbio Science & Technology Co., Ltd | T1080 | Zur Vorbereitung des Waschpuffers |
| Transmissionselektronenmikroskop | Hitachi | HT7800 | Für morphologische Charakterisierung |
| Tris/MOPS/SDS-Elektrophoresepuffer | Shanghai YaMei Biotechnologie | PS120 | Für die Proteintrennung |
| Tween-20 | Beijing Solarbio Science & Technology Co., Ltd | T8220 | Zur Vorbereitung des Waschpuffers |
| Ultrazentrifuge | himac (Eppendorf Himac Technologies) | CP100NX | Hochgeschwindigkeits-Isolationssystem |
| Ultrasensitives chemilumineszentes Detektionsset | Shanghai YaMei Biotechnologie | SQ201 | Zur Visualisierung des Proteinbands |
| Universeller Antikörper-Verdünnungspuffer | Shanghai YaMei Biotechnologie | PS119L | Für primäre/sekundäre Antikörper |
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