פרוטוקול זה מספק תיאור מפורט של מיון שלפוחיות חוץ-תאיות (EVs) המשתחררות על ידי תאי סטרומה מזנכימליים. בפרט, הוא מתמקד בהגדרת המכשיר ובאופטימיזציה של תנאי המיון. המטרה היא למיין שלפוחיות חוץ-תאיות תוך שמירה על המאפיינים שלהן.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
פרוטוקול זה מספק תיאור מפורט של מיון שלפוחיות חוץ-תאיות (EVs) המשתחררות על ידי תאי סטרומה מזנכימליים. בפרט, הוא מתמקד בהגדרת המכשיר ובאופטימיזציה של תנאי המיון. המטרה היא למיין שלפוחיות חוץ-תאיות תוך שמירה על המאפיינים שלהן.
שלפוחיות חוץ-תאיות (EVs) המשתחררות על ידי תאי סטרומה מזנכימליים (MSCs) מכילות קבוצה של מיקרו-רנ"א עם תפקידים רגנרטיביים ואנטי דלקתיים. לכן, MSC-EVs מטוהרים צפויים להיות אופציה טיפולית מהדור הבא למגוון רחב של מחלות. בפרוטוקול זה, אנו מדווחים על האסטרטגיה למיון מוצלח של EVs מהסופרנטנט של MSCs שמקורם בשומן (ASCs), המשמש לעתים קרובות ביישומי רפואה רגנרטיבית אורתופדית.
ראשית, תיארנו את הכנת הדגימה, תוך התמקדות בבידוד EV ושלבי תיוג עם קרבוקסיפלואורסצין סוקסינימידיל אסטר (CFSE) לזיהוי פלואורסצנטי; בהמשך פירטנו את תהליך המיון, המהווה את החלק העיקרי בפרוטוקול.
בנוסף לכללים שהוגדרו על ידי הנחיות MISEV 2023 ו-MIFlowCyt EV, יישמנו תנאי ניסוי ספציפיים הנוגעים לגודל הזרבובית, התדירות ולחץ הנדן. פרמטרים מורפולוגיים נקבעים באמצעות חרוזים בקטרים שנבחרו כדי לכסות את הטווח התיאורטי של גודל EV. לאחר מיון ASC-EVs, ביצענו בדיקת טוהר של השבר הממוין על ידי ניתוחו מחדש עם הממיין ואימות התפלגות גודל ה-EV בטכניקת ניתוח מעקב אחר ננו-חלקיקים.
בשל החשיבות הגוברת של רכבים חשמליים, אוכלוסייה טהורה לחקור ולאפיין הופכת להיות קריטית. כאן, אנו מדגימים אסטרטגיה מנצחת להגדרת מיון להשגת מטרה זו.
שלפוחיות חוץ-תאיות (EVs) הן קבוצה הטרוגנית של שלפוחיות מובנות ממברנה המשתחררות כמעט על ידי כל התאים, תחומות על ידי שכבת שומנים, שאינן מסוגלות להשתכפל בעצמן1. ניתן למצוא אותם במספר נוזלים ביולוגיים כגון פלזמת דם, סרום, רוק, חלב אם, שתן, נוזל שטיפת סימפונות, מי שפיר, נוזל מוח שדרה ומיימת ממאירה2. אחד התפקידים העיקריים של EVs הוא להעביר מולקולות שונות, כולל חומצות גרעין, חלבונים, שומנים ופחמימות, בין תא תורם לתא מקבל. זה יכול להתרחש באמצעות מנגנונים שונים, כגון היתוך ישיר של הממברנה, אינטראקציה בין קולטן-ליגנד, אנדוציטוזיס ופגוציטוזיס 3,4. מסיבה זו, הוכח שהם ממלאים תפקיד חשוב בהרבה תהליכים פיזיולוגיים ופתולוגיים, והם מראים הבטחה ניכרת כסמנים ביולוגיים חדשים של מחלות, ככלי להעברת תרופות וכסוכנים טיפוליים 5,6.
תאי סטרומה מזנכימליים (MSCs) הם תאים רב-פוטנטיים שניתן לבודד מרקמות רבות, כולל רקמת שומן, מוך שיניים, דם טבורי, שליה, מי שפיר, ג'לי וורטון, ואפילו המוח, הריאות, בלוטת התימוס, הלבלב, הטחול, הכבד והכליות. בשנים האחרונות הם משכו עניין רב ברפואה רגנרטיבית7. ניתן לקצור תאי גזע מזנכימליים שמקורם בשומן (ASCs) מרקמת השומן בהליך פחות פולשני בהשוואה למקורות אחרים כמו מח עצם, וכתוצאה מכך סיכונים נמוכים יותר לסיבוכים חמורים והימנעות מבעיות אתיות8.
בנוסף, רקמת השומן מכילה ריכוז גבוה משמעותית של MSCs מאשר מח עצם (1% לעומת >0.01%) ומקורות אחרים כגון הדרמיס, מוך השן, חבל הטבור והשליה. MSCs חיוניים בהתחדשות של רקמות ותאים פגועים בשל יכולת ההתמיינות שלהם והפרשת רפרטואר רחב של גורמי גדילה, כימוקינים וציטוקינים; היתרונות הטיפוליים הללו מיוחסים ליכולת ההתמיינות שלהם, אך גם לעובדה שהם מפרישים רפרטואר רחב של גורמי גדילה, כימוקינים וציטוקינים. דוגמה בולטת ניתנת על ידי הפוטנציאל הטיפולי של MSCs למצבים אורטופדיים, כאשר למונח "מחלות שרירים ושלד" יש את המספר הגבוה יותר של מחקרים קליניים רשומים תחת clinicaltrials.gov (גישה ל-13במאי 2024).
יתר על כן, MSCs יכולים גם להפריש EVs הלוקחים חלק בהתחדשות רקמות באמצעות העברת מידע לתאים או רקמות פגועים ולהפעיל פעילות ביולוגית הדומה לתאי האם 9,10. מסיבה זו, MSC-EVs עשויים להוות תחליף רב ערך לטיפול תאי להשגת גישה נטולת תאים11, עם שני מחקרים קליניים הכוללים MSC-EVs למצבים אורטופדיים (NCT05261360 ו-NCT04998058). עם זאת, עדיין קיימים מספר אתגרים עבור היישומים הקליניים של רכבים חשמליים. לדוגמה, ישנם כמה חששות לגבי טכניקות בידוד EV: רובן אינן מבטיחות טוהר או שלמות השלפוחית. יתר על כן, חלק מטכניקות הבידוד הן מורכבות, גוזלות זמן ובעלות יכולת חזרה נמוכה, מה שהופך אותן ללא מתאימות לשימוש קליני12.
מיון תאים, לעומת זאת, הוא שיטה נפוצה המאפשרת בידוד של תאים בודדים מתרחפי תאים הטרוגניים על ידי שימוש בסמנים פלואורסצנטיים ספציפיים13. ניתן להשתמש בו עבור יישומים רבים ולהתאים אותו לסוגי דוגמאות שונים. עם זאת, למרות שמיון תאים הוא טכנולוגיה מבוססת ונמצאת בשימוש נרחב, מיון EV עדיין מאתגר מאוד מכיוון שרוב הרכבים החשמליים נמצאים מתחת לסף הזיהוי המינימלי אפילו עבור ציטומטרי הזרימה הרגישים ביותר. ישנן כמה תכונות שהופכות את הממיין למתאים יותר למטרה זו. ראשית, שימוש במערכת סילון באוויר שבה הזרם התלויה את החלקיקים נחקר על ידי לייזרים באוויר, ולא בתוך תא זרימה; מערכת זו משמרת את הדגימה על ידי הפחתת הלחץ אליו היא נתונה. נקודה חשובה שנייה היא נוכחותו של פס "ערפול" בין הזרם לעדשת האיסוף המפחית את רעש הרקע האופטי של המכשיר. למרות שהוא נמוך, רעש הרקע אינו מתבטל לחלוטין ומהווה התייחסות המספקת חלון חלקי לאירועים הנופלים מתחת לסף: חשוב מאוד לניתוח אירועים הקרובים ל"גבול הגילוי "של מכשיר14. לבסוף, הממיין כולל פיזור קדימה דו-נתיבי (FSC) עם שתי מסכות שונות המאפשרות הבחנה משופרת בין חלקיקים קטנים וגדולים במדגם.
על סמך זה, פיתחנו פרוטוקול שמטרתו להפריד בין קרבוקסיפלואורסצאין סוקסינימידיל אסטר (CFSE) המסומן MSC-EVs באמצעות ממיין תאים בעל רגישות גבוהה. כדי למזער את המניפולציה של רכבים חשמליים ולשמור על שלמותם וכמותם, נמנענו משלבי אולטרה-צנטריפוגה במהלך הכנת הדגימה. יתר על כן, תנאי המיון הותאמו כדי למזער את הלחץ על השלפוחית, כולל אופטימיזציה נוספת של המכשיר שלנו על ידי הפחתת לחץ המיון הקשור לגודל הזרבובית (זרבובית של 70 מיקרומטר ללחץ של 35 psi).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הפרוטוקול כאן מורכב מארבעה חלקים: (1) הכנת דגימה, (2) אפיון ASC-EVs, (3) מיון ASC-EVs ו-(4) ניתוח לאחר מיון. סכימה המייצגת את זרימת העבודה מוצגת באיור 1.

איור 1: תרשים זרימת פרוטוקול. תרשים הזרימה מציג את השלבים המעורבים בפרוטוקול. (1) הכנת דגימה, (2) אפיון שלפוחיות לפני מיון, (3) מיון, ו-(4) ניתוח שלפוחיות לאחר מיון. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
1. הכנת מדגם
2. אפיון ASC-EVs

איור 2: אפיון ASC-EVs. (A) כתם מערבי מייצג של סמנים חיוביים (CD9, CD81, TSG101 ו-Flotillin) ושליליים (Calnexin). מדווחים על משקלים מולקולריים מתאימים, וליזטים של ASCs שימשו כבקרה. (B) ניתוח ציטומטריית זרימה של סמני EVs. הביטוי של הסמנים הבאים נותח: CD9, CD63, CD81 ו- CD44. רק ASC-EVs חיוביים ל-CFSE נותחו לביטוי סמן. היסטוגרמות מייצגות ASC-EVs לא מוכתמים (היסטוגרמות אדומות) ומוכתמים (היסטוגרמות כחולות). (C) ניתוח תוך-תאי של ציטומטריית זרימה של סמן EVs Caveolin. היסטוגרמות מייצגות ASC-EVs לא מוכתמים (היסטוגרמה אפורה) ומוכתמים (היסטוגרמות כחולות). (ד) אפיון של ASC-EVs על ידי NTA. היסטוגרמות מייצגות את הריכוז (חלקיקים/מ"ל)/גודל (ננומטר) של הדגימה. (ה) הדמיה של ASC-EVs על ידי TEM. פסי קנה מידה = 100 ננומטר. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
3. מיון ASC-EVs

איור 3: הגדרת פרמטרים פיזיקליים עם חרוזי סיליקה אורגנו חלולים. (A) תרשים נקודות SSC/FITC: חרוזים פלואורסצנטיים ירוקים ייחוס שימשו לקביעת פרמטר SSC. תרשים נקודות SSC/FSC של חרוזי (B) VER01B ו-(C) VER01A. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 4: רעש רקע ייחוס. (A) תרשים נקודות SSC/CFSE של מדגם PBS. (B) תרשים נקודות SSC/CFSE של מדגם PBS + CFSE. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 5: מיון ASC-EVs מוכתמים ב-CFSE. (A) תרשים נקודות SSC/CFSE של EVs לא מוכתמים, (B) EVs מוכתמים CFSE, (C) EVs שליליים CFSE לאחר מיון, ו-(D) EVs חיוביים CFSE לאחר מיון. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
4. ניתוחים לאחר מיון
הערה: בשל כמות החומר המוגבלת לאחר המיון, ייתכן שלא ניתן יהיה לבצע את כל הניתוחים. עם הסכום המתקבל, הפעולות הבאות מבוצעות.

איור 6: אפיון של ASC-EVs ממוינים. ניתוח ציטומטריית זרימה של סמני EV. הביטוי של הסמנים הבאים נותח: CD9, CD63, CD81 ו-CD44. רק ASC-EVs חיוביים ל-CFSE נותחו לביטוי סמן. (A) היסטוגרמות מייצגות ASC-EVs לא מוכתמים (היסטוגרמות אדומות) ומוכתמים (היסטוגרמות כחולות). (ב) אפיון של ASC-EVs על ידי NTA. היסטוגרמות מייצגות את הריכוז (חלקיקים/מ"ל)/גודל (ננומטר) של הדגימות לפני המיון (משמאל) ואחרי המיון (מימין). (C) הדמיה של ASC-EVs על ידי TEM של דגימה לפני מיון (משמאל) ואחרי מיון (מימין). פסי קנה מידה = 100 ננומטר. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
חרוזי הפוליסטירן FSC מוינו כדי לאמת את הגדרת המכשיר ותנאי המיון. חרוזי פוליסטירן FSC הם תערובת של חרוזי פלורסנט הנעים בין 100 ננומטר, 300 ננומטר, 500 ננומטר ו-900 ננומטר ונראים בערוץ FITC. איור 7A מציג את סולם היומן SSC לעומת תרשים הנקודות בקנה מידה של FITC עם ארבע אוכלוסיות החרוזים לפני המיון. האוכלוסיות הפלואורסצנטיות של 100 ננומטר, 300 ננומטר ו-500 ננומטר היו מגודרות ומוינו. חרוזים ממוינים נותחו לטוהר והעשרה כהוכחת היתכנות ראשונית (איור 7B). כל האוכלוסיות היו...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
ניתוח ומיון EVs הוא מאתגר בשל גודלם הקטן והעובדה שהם קרובים לגבול הזיהוי של רוב ציטומטרי הזרימה. המטרה שלנו הייתה לפתח פרוטוקול לבידוד רכבים חשמליים שמקורם ב-AMSCs המסומנים ב-CFSE. CFSE נבחרה כשיטת הצביעה בשל יעילות התיוג הגבוהה המדווחת שלה (≥90%), ללא היווצרות חלקיקים לא רצויים כגון אגרגטים חלבוניים הניתנים על ידי נוגדנים. עם זאת, ייתכן שמעט EVs ללא אסטראז עלולים להחמיץ ויהיה צורך במחקרים עתידיים כדי לזהות שיטות צביעה המסוגלות לסמן חלקיקים אלה לפרוטוקולי מיון19.<...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין מה לחשוף.
אנו מודים לעמנואל קאנוניקו על התמיכה הטכנית. חלק מעבודה זו בוצע ב-ALEMBIC, מעבדת מיקרוסקופיה מתקדמת שהוקמה על ידי IRCCS Ospedale San Raffaele ו-Università Vita-Salute San Raffaele. עבודתם של אנריקו ראגני ולורה דה ג'ירולמו נתמכה על ידי משרד הבריאות האיטלקי, "Ricerca Corrente".
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| 5(6)-קרבוקסיפלואורסצאין דיאצטט N-succinimidyl ester | Merck | 150347-59-4 | |
| תאי סטרומה מזנכימליים שומניים | Wepredic, Parc d'affaires, 35760 Saint-Gré goire, צרפת | תאים ששימשו במחקר זה | |
| Alexa 488 anti-Caveolin | R& D Systems | IC5736G | נוגדן ציטומטריית זרימה |
| APC אנטי אנושי CD44 | BioLegend | 338805 | נוגדן ציטומטריית זרימה |
| APC אנטי אנושי CD63 | BioLegend | 353007 | נוגדן ציטומטריית זרימה |
| APC אנטי אנושי CD81 (TAPA-1) | BioLegend | 349509 | נוגדן ציטומטריית זרימה |
| APC אנטי אנושי CD9 | BioLegend | 312107 | ציטומטריית זרימה נוגדן |
| BC CytoFLEX S | בקמן קולטר | BC CytoFLEX S מצויד ב -3 לייזרים, כחול, אדום וסגול | |
| Flow-Check Pro Fluorospheres | בקמן קולטר | A63493 | חרוזי בקרה פלואורסצנטיים לתוכנת MoFLO Astrios EQ |
| FlowJo (גרסה 10.8.1) | BD | גרסה 10.8.1 | תוכנת ניתוח |
| ערכת IntraSure BD | Biosciences | 641776 | קיבוע וחדירות לצביעה תוך תאית |
| Megamix-Plus FSC | BioCytex | 7802 | FSC חרוזי פוליסטירן |
| MoFLO Astrios EQ | בקמן קולטר | MoFLO Astrios EQ מצויד ב-4 לייזרים, נוגדן כחול, צהוב - ירוק, סגול ואדום | |
| עכבר נגד FLOT1 BD | Transduction Laboratories | 610820 | נוגדן Western Blot |
| NanoSight NS300 | Malvern | NS300 | |
| ארנב נוגדן נגד קלנקסין | Origene | TA336279 | Western Blot נוגדן |
| נוגדן ארנב נגד CD9 ו-CD81 (ערכת נוגדנים ExoAb) | System Biosciences | EXOAB-KIT-1 | נוגדנים לכתם מערבי |
| ארנב נגד TSG101 | Merck | HPA006161 | נוגדן Western Blot Triton |
| X-100 | Merck | 9036-19-5 | |
| חלקיקי פלואורסצנט Ultra Rainbow | Spherotech | URFP-30-2 | |
| Ultracel 100 kDa MWCO | Merck | UFC910024 | |
| VER01 - Verity Shells חרוזי | אקזומטריים | Organo לכיול פיזור |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.