Describimos un protocolo para etiquetar pequeñas vesículas extracelulares derivadas de macrófagos con colorantes PKH y observar su captación in vitro y en la médula espinal después del parto intratecal.
Artículo de método
Describimos un protocolo para etiquetar pequeñas vesículas extracelulares derivadas de macrófagos con colorantes PKH y observar su captación in vitro y en la médula espinal después del parto intratecal.
Las vesículas extracelulares pequeñas (sEV) son vesículas de 50-150 nm secretadas por todas las células y presentes en los fluidos corporales. Los sEV transfieren biomoléculas como ARN, proteínas y lípidos del donante a las células aceptoras, lo que las convierte en mediadores clave de señalización entre las células. En el sistema nervioso central (SNC), los sEV pueden mediar la señalización intercelular, incluidas las interacciones neuroinmunes. Las funciones de sEV se pueden estudiar mediante el seguimiento de la absorción de sEV etiquetados en células receptoras tanto in vitro como in vivo. Este artículo describe el etiquetado de los sEV de los medios acondicionados de las células macrófagos RAW 264.7 utilizando un tinte de membrana PKH. Muestra la captación de diferentes concentraciones de sEVs etiquetados en múltiples puntos de tiempo por células Neuro-2a y astrocitos primarios in vitro. También se muestra la captación de sEV administrados intratecalmente en neuronas de la médula espinal de ratón, astrocitos y microglía visualizados por microscopía confocal. Los resultados representativos demuestran una variación dependiente del tiempo en la absorción de sEV por diferentes células, lo que puede ayudar a confirmar la entrega exitosa de sEV en la médula espinal.
Las vesículas extracelulares pequeñas (sEV) son vesículas de tamaño nanométrico derivadas de membranas con un rango de tamaño de 50-150 nm. Se originan a partir de cuerpos multi-vesiculares (MVB) y se liberan de las células tras la fusión de los MVB con la membrana plasmática. Los sEV contienen miRNAs, mRNAs, proteínas y lípidos bioactivos, y estas moléculas se transfieren entre las células en forma de comunicación de célula a célula. Los sEV pueden ser internalizados por las células receptoras por una variedad de vías endocíticas, y esta captura de sEV por las células receptoras está mediada por el reconocimiento de moléculas de superficie tanto en los VE como en las células diana1.
Los sEV han ganado interés debido a su capacidad para desencadenar cambios moleculares y fenotípicos en las células aceptoras, su utilidad como agente terapéutico y su potencial como portadores de moléculas de carga o agentes farmacológicos. Debido a su pequeño tamaño, las imágenes y el seguimiento de los sEV pueden ser un desafío, especialmente para estudios in vivo y entornos clínicos. Por lo tanto, se han desarrollado muchos métodos para etiquetar e imagenar los sEV para ayudar a su biodistribución y seguimiento in vitro e in vivo2.
La técnica más común para estudiar la biodistribución de sEV y las interacciones de las células diana consiste en etiquetarlas con moléculas de colorante fluorescente3,4,5,6,7. Los vehículos eléctricos se etiquetaron inicialmente con tintes de membrana celular que se usaban comúnmente para obtener imágenes de las células. Estos colorantes fluorescentes generalmente tiñen la bicapa lipídica o las proteínas de interés en los sEV. Varios colorantes lipofílicos muestran una fuerte señal fluorescente cuando se incorporan al citosol, incluyendo DiR (1,1′-dioctadecil-3,3,3′,3′-yoduro de tetrametilindotricarbocianina), DiL (1, 1′-dioctadecil-3, 3, 3′, 3′-tetrametil indocarbocianina perclorato) y DiD (1, 1′-dioctadecil-3, 3, 3′, 3′-tetrametil indocarbocianina 4-clorobencenosulfonato de sal)8,9,10,11.
Otros colorantes lipofílicos, como PKH67 y PKH26, tienen un grupo de cabeza polar altamente fluorescente y una larga cola de hidrocarburos alifáticos que se intercala fácilmente en cualquier estructura lipídica y conduce a la retención de colorantes a largo plazo y a una fluorescencia estable12. Los colorantes PKH también pueden etiquetar EV, lo que permite el estudio de las propiedades EV in vivo13. Se han utilizado muchos otros colorantes para observar exosomas utilizando microscopía de fluorescencia y citometría de flujo, incluidos los colorantes de marcación lipídica14 y los colorantes permeables a las células, como el éster de acetato de carboxifluoresceína succinimidil (CFDA-SE)15,16 y el éster de calceína acetoximetil (AM)17.
Los estudios de diafonía mediada por sEV entre diferentes células del SNC han proporcionado información importante sobre la patogénesis de las enfermedades neuroinflamatorias y neurodegenerativas18. Por ejemplo, los sEV de las neuronas pueden propagar péptidos beta-amiloides y proteínas tau fosforilados y ayudar en la patogénesis de la enfermedad de Alzheimer19. Además, los vehículos eléctricos derivados de los eritrocitos contienen grandes cantidades de alfa-sinucleína y pueden cruzar la barrera hematoencefálica y contribuir a la patología del Parkinson20. La capacidad de los sEV para cruzar barreras fisiológicas21 y transferir sus biomoléculas a las células diana los convierte en herramientas convenientes para administrar fármacos terapéuticos al SNC22.
La visualización de la absorción de sEV por una miríada de células del SNC en la médula espinal permitirá tanto estudios mecanicistas como la evaluación de los beneficios terapéuticos de los sEV administrados exógenamente de diversas fuentes celulares. Este artículo describe la metodología para etiquetar los sEV derivados de macrófagos e imagen de su absorción in vitro e in vivo en la médula espinal lumbar por neuronas, microglía y astrocitos para confirmar cualitativamente la entrega de sEV mediante visualización.
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NOTA: Todos los procedimientos se realizaron de conformidad con la Guía de los NIH para el cuidado y uso de animales de laboratorio y fueron aprobados por el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales de la Facultad de Medicina de la Universidad de Drexel. Se utilizaron ratones CD-1 preñados en el tiempo para el cultivo astrocítico, y todas las presas se recibieron 15 días después de la impregnación. Se utilizaron ratones C57BL/6 de diez o doce semanas de edad para experimentos de captación in vivo.
1. Aislamiento de sEV de células macrófagos RAW 264.7
2. Caracterización de los sEVs
3. Etiquetado de los sEV
4. Captación de sEV por las células Neuro-2a
5. Cultivos astrocíticos primarios
6. Captación de sEV por astrocitos
7. Inmunofluorescencia
8. Absorción in vivo de los sEV
9. Inmunohistoquímica
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Después del aislamiento de los sEV de los medios acondicionados RAW 264.7 mediante centrifugación, se utilizó NTA para determinar la concentración y la distribución del tamaño de los sEV purificados. El tamaño medio promedio de los sEV derivados de RAW 264.7 fue de 140 nm, y el tamaño máximo de partícula fue de 121.8 nm, lo que confirma que la mayoría de las partículas detectables en la medición de dispersión de luz cayeron dentro del rango de tamaño de los exosomas o sEV a 50-150 nm(Figura 1A).
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En este protocolo, mostramos el etiquetado de los sEV con colorantes PKH y la visualización de su captación en la médula espinal. Los colorantes fluorescentes lipofílicos PKH son ampliamente utilizados para el etiquetado de células por citometría de flujo y microscopía fluorescente3,5,6,12,24,25. Debido a su vida media relati...
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Los autores no tienen conflictos de intereses que revelar.
Este estudio fue apoyado por subvenciones de NIH NINDS R01NS102836 y el Departamento de Salud de Pensilvania Commonwealth Universal Research Enhancement (CURE) otorgado a Seena K. Ajit. Agradecemos al Dr. Bradley Nash por la lectura crítica del manuscrito.
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| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Filtros centrífugos Amicon Ultra 0,5 mL | MilliporeSigma | Z677094 | |
| Anticuerpo Anti-Alix | Abcam | ab186429 | 1:1000 |
| Anticuerpo Anti-Calnexina | Abcam | Ab10286 | 1:1000 |
| Anticuerpo Anti-CD81 | Santa Cruz Biotechnology | sc-166029 | 1:1000 |
| Anticuerpo monoclonal anti-GAPDH (14C10) | Señalización celular Tecnología | 2118 | 1:1000 |
| Anticuerpo anti-glial | Sigma-Aldrich | MAB360 | 1:500 para IF; 1:1000 para IHC |
| Anticuerpo anti-IBA1 | Wako | 019-19741 | 1:2000 |
| Anticuerpo anti-MAP2A | Sigma-Aldrich | MAB378 | 1:500 |
| Albúmina sérica bovina (BSA) | VWR | 0332 | |
| Filtro de células, 40 μ m | VWR | 15-1040-1 | |
| Tubos de centrífuga | Thermo Scientific | 3118-0050 | 12.000 x g |
| Cobro, 12 mm, #1,5 | Ciencias de la Microscopía Electrónica | 72230-01 | |
| Cobertora, 18 mm, #1,5 | Ciencias de la Microscopía Electrónica | 72222-01 | |
| DAPI | Sigma-Aldrich | D9542-1MG | 1 µ g/mL |
| Ensayo de proteínas DC | Bio-Rad | 500-0116 | |
| Desoxirribonucleasa I (ADNasa I) | MilliporeSigma | D4513-1VL | |
| Burro Anti-Conejo IgG H& L (HRP) | Abcam | ab16284 | 1:10000 |
| Burro Anti-Conejo IgG H& L, Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A-21206 | 1:500 |
| Portaobjetos de Microscopio Doble Esmerilado, #1 | Thermo Scientific | 12-552-5 | |
| DPBS sin Calcio y Magnesio | Corning | 21-031-CV | |
| Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) | Corning | 10-013-CV | |
| Suero bovino fetal empobrecido en exosomas | Gibco | A27208-01 | |
| Suero fetal bovino (FBS) | Corning | 35-011-CV | |
| FluorChem M sistema de imagen ProteinSimple | |||
| FV3000 Microscopio Confocal | Olympus | ||
| Goat Anti-Mouse IgG H& L (HRP) | Abcam | ab6789 | 1:10000 |
| Cabra Anti-Ratón IgG H& L, Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A-11001 | 1:500 |
| Cabra Anti-Ratón IgG1, Alexa Fluor 594 | Invitrogen | A-21125 | 1:500 |
| Solución salina equilibrada de Hank (HBSS) | VWR | 02-0121 | |
| HEPES | Gibco | 15630080 | |
| HRP Sustrato | Thermo Scientific | 34094 | |
| Tampón de bloqueo de intercepción, TBS | LI-COR Biosciences | 927-60001 | |
| Laemmli SDS Tampón de muestras | Alfa Aesar | AAJ61337AC | |
| Micro Cover Glass, #1 | VWR | 48404-454 | |
| Microm HM550 | Sistema Thermo Scientific | ||
| NanoSight NS300 | Malvern Panalytical | ||
| Software NanoSight NTA 3.2 | Malvern Panalytical | ||
| Línea celular Neuro-2A | ATCC | CCL-131 | |
| Laboratorio de vector de suero de cabra normal | S-1000 | ||
| O.C.T Compuesto | Sakura Finetek | 4583 | |
| Papain | Worthington Biochemical Corporation | NC9597281 | |
| Ciencias de Microscopía Electrónica de | Paraformaldehído | 19210 | |
| Penicilina-estreptomicina | Gibco | 15140122 | |
| PKH26 | Sigma-Aldrich | MINI26-1KT | |
| PKH67 | Sigma-Aldrich | MINI67-1KT | |
| Cóctel de inhibidores de proteasa | Thermo Scientific 1862209 | ||
| membrana de transferencia de PVDF | MDI | SVFX8302XXXX101 | |
| RAW 267.4 línea celular | ATCC | TIB-71 | |
| Tampón RIPA | Sigma-Aldrich | R0278 | |
| Cloruro de sodio | AMRESCO | 0241-2.5KG | |
| Superfrost Plus Gold | Portaobjetos Thermo Scientific | 15-188-48 | portaobjetos adhesivos |
| T-75 Frascos | Corning | 431464U | |
| Tecnai 12 Microscopio electrónico de transmisión digital | FEI Empresa | ||
| TEM Grids | Ciencias de la Microscopía Electrónica | FSF300-cu | |
| Gel de proteína de tris-glicina, 12% | Invitrogen | XP00120BOX | |
| Tampón de ejecución de Tris-Glicina SDS | Invitrogen | LC26755 | |
| Tampón de transferencia de Tris-Glicina | Invitrogen | LC3675 | |
| TrypLE Express | Gibco | 12605028 | enzima |
| Triton X-100 | Acros Organics | 327371000 | |
| Tripsina, 0.25% | Corning | 25-053-CL | |
| Tween 20 | Sigma-Aldrich | P1379 | |
| Tubos Ultracentrífugos | Beckman | 344058 | 110,000 x g |
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