Il presente protocollo descrive un metodo per estrarre vescicole extracellulari dal sangue periferico e dai tessuti solidi con successiva profilazione degli antigeni di superficie e dei carichi proteici.
Articolo metodologico
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Il presente protocollo descrive un metodo per estrarre vescicole extracellulari dal sangue periferico e dai tessuti solidi con successiva profilazione degli antigeni di superficie e dei carichi proteici.
Le vescicole extracellulari circolanti e residenti nei tessuti (EV) rappresentano obiettivi promettenti come nuovi biomarcatori teranostici ed emergono come attori importanti nel mantenimento dell'omeostasi dell'organismo e nella progressione di un ampio spettro di malattie. Mentre la ricerca attuale si concentra sulla caratterizzazione degli esosomi endogeni di origine endosomiale, le microvescicole che sbiancano dalla membrana plasmatica hanno guadagnato crescente attenzione nella salute e nella malattia, che sono caratterizzate da un'abbondanza di molecole superficiali che ricapitolano la firma della membrana delle cellule madri. Qui viene presentata una procedura riproducibile basata sulla centrifugazione differenziale per estrarre e caratterizzare le EV dal plasma e dai tessuti solidi, come l'osso. Il protocollo descrive inoltre la successiva profilazione degli antigeni di superficie e dei carichi proteici delle EV, che sono quindi tracciabili per le loro derivazioni e identificati con componenti correlate alla funzione potenziale. Questo metodo sarà utile per l'analisi correlata, funzionale e meccanicistica delle EV in studi biologici, fisiologici e patologici.
Le vescicole extracellulari (EV) sono state proposte per definire strutture extracellulari a doppio strato lipidico rilasciate dalle cellule1, che svolgono ruoli importanti in vari eventi fisiologici e patologici2. Le EV rilasciate da cellule sane possono essere ampiamente suddivise in due categorie principali, vale a dire esosomi (o piccole EV) formati attraverso una via di traffico endocitico intracellulare3 e microvescicole (o grandi EV) sviluppate dal germogliamento verso l'esterno della membrana plasmatica della cellula4. Mentre molti studi si concentrano sulla funzione delle EV raccolte da cellule in coltura in vitro5, le EV derivate dalla circolazione o dai tessuti sono più complesse ed eterogenee, che hanno il vantaggio di riflettere il vero stato dell'organismo in vivo6. Inoltre, quasi tutti i tipi di tessuti possono produrre EV in vivo , e questi EV possono agire come messaggeri all'interno del tessuto o essere trasferiti da vari fluidi corporei, in particolare il sangue periferico, per facilitare la comunicazione sistemica7. Anche i veicoli elettrici nella circolazione e nei tessuti sono bersagli per la diagnosi e il trattamento delle malattie8.
Mentre gli esosomi sono stati intensamente studiati negli ultimi anni, le microvescicole hanno anche importanti funzioni biologiche, che possono essere facilmente estratte senza ultracentrifugazione, promuovendo così la ricerca di base e clinica9. In particolare, un problema critico per quanto riguarda le EV isolate dalla circolazione e dai tessuti è che derivano da diversi tipi di cellule10. Poiché le microvescicole sono eliminate dalla membrana plasmatica e caratterizzate da un'abbondanza di molecole della superficie cellulare9, è possibile utilizzare marcatori della membrana cellulare madre per identificare l'origine cellulare di questi EV. In particolare, la tecnica di citometria a flusso (FC) può essere applicata per rilevare marcatori di membrana. Inoltre, i ricercatori possono isolare i veicoli elettrici e fare ulteriori analisi basate sui carichi funzionali.
Il presente protocollo fornisce una procedura completa per l'estrazione e la caratterizzazione delle EV da campioni in vivo. Gli EV sono isolati tramite centrifugazione differenziale e la caratterizzazione dei veicoli elettrici include l'identificazione morfologica tramite analisi di tracciamento delle nanoparticelle (NTA) e microscopia elettronica a trasmissione (TEM), analisi dell'origine tramite FC e analisi del carico proteico tramite western blot. Il plasma sanguigno e l'osso mascellare dei topi sono usati come rappresentanti. I ricercatori possono fare riferimento a questo protocollo per i veicoli elettrici da altre fonti e apportare le modifiche corrispondenti.
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Gli esperimenti sugli animali sono stati eseguiti in conformità con le linee guida del comitato istituzionale per la cura e l'uso degli animali della quarta università medica militare e le linee guida ARRIVE. Per il presente studio, sono stati utilizzati topi C57Bl / 6 di 8 settimane (nessuna preferenza per femmine o maschi). Le fasi coinvolte nell'isolamento delle EV plasmatiche e tissutali sono illustrate nella Figura 1. Il plasma è preso come rappresentante per descrivere la procedura di isolamento EV dai fluidi corporei. L'osso mascellare viene preso come rappresentante per spiegare la procedura di isolamento EV dai tessuti solidi.
1. Preparazione dei campioni di plasma e osso mascellare
2. Estrazione dei veicoli elettrici
3. Identificazione morfologica dei veicoli elettrici
4. Analisi dell'origine dei veicoli elettrici
NOTA: L'identificazione dell'origine cellulare delle EV richiede l'applicazione di anticorpi per i tipici marcatori della membrana cellulare. Il volume plasmatico minimo per estrarre le EV per la procedura riportata di seguito è di 300 μL. Sulla base delle strutture lipidiche a doppio strato delle EV, è possibile utilizzare il colorante di membrana per contrassegnarle. Per i campioni di plasma sanguigno, CD18 per i linfociti14 viene scelto per la rappresentazione. Per i campioni ossei mascellari, viene selezionato come esempio il recettore associato agli osteoclasti (OSCAR) per gli osteoclasti15 . Prima della FC, assicurarsi che il citometro a flusso sia adattato alla misurazione degli EV16, poiché il limite inferiore delle dimensioni è ampiamente diverso tra citometri a flusso distinti.
5. Analisi del contenuto proteico delle EV
NOTA: L'analisi del contenuto proteico all'interno delle EV viene eseguita tramite western blot. Ad esempio, le EV plasmatiche e ossee sono state selezionate per analizzare la 6-fosfogluconato deidrogenasi (PGD) e la piruvato chinasi M2 (PKM2) per lo stato metabolico. Golgin84 (l'organello del Golgi) è stato usato come controllo negativo e Flotillin (proteina di membrana), Caveolina (proteina integrale delle caveole) e β-actina (il citoscheletro)17 sono stati usati come controllo positivo nelle EV rispetto ai campioni cellulari. Mitofilin e α-Actinin-4 sono stati scelti come marcatori EV di grandi dimensioni, mentre CD9 e CD81 sono stati scelti come marcatori EV piccoli per dimostrare le sottopopolazioni EV18. Apoa1 è stato selezionato come marcatore di lipoparticle plasmatico19. Per i rispettivi dettagli sul reagente, vedere la Tabella dei materiali.
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Secondo il flusso di lavoro sperimentale, le EV possono essere estratte dal sangue periferico e dai tessuti solidi (Figura 1). L'osso mascellare di un topo di 8 settimane è di circa 0,1 ± 0,05 g e circa 300 μL di plasma possono essere raccolti dal topo. Seguendo le fasi del protocollo, è possibile raccogliere rispettivamente 0,3 mg e 3 μg di EV. Come analizzato da TEM e NTA, le caratteristiche morfologiche tipiche delle EV sono vescicole rotonde a membrana a forma di coppa con un diametro co...
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Quando si studiano le caratteristiche, il destino e la funzione dei veicoli elettrici, è fondamentale isolare i veicoli elettrici con alta resa e bassa contaminazione. Esistono vari metodi per estrarre EV, come la centrifugazione a gradiente di densità (DGC), la cromatografia ad esclusione dimensionale (SEC) e i saggi di immunocattura 4,20. Qui è stato utilizzato uno dei metodi più comunemente usati, la centrifugazione differenziale; i vantaggi di questo sono che...
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Gli autori non hanno conflitti di interesse da rivelare.
Questo lavoro è stato sostenuto da sovvenzioni della National Natural Science Foundation of China (32000974, 81870796, 82170988 e 81930025) e della China Postdoctoral Science Foundation (2019M663986 e BX20190380). Siamo grati per l'assistenza del National Experimental Teaching Demonstration Center for Basic Medicine (AMFU).
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| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| 4% paraformaldeide | Biosharp | 143174 | Microscopio elettronico a trasmissione |
| Alexa fluor 488 anticorpo secondario anti-capra | Yeason | 34306ES60 | Citometria a flusso |
| Alexa fluor 488 anticorpo secondario anti-coniglio | Invitrogen | A11008 | Citometria a flusso |
| Anticorpo anti-CD18 | Abcam | ab131044 | Citometria a flusso |
| Anticorpo anti-CD81 | Abcam | ab109201 | Western blot |
| anticorpo anti-CD9 | Huabio | ET1601-9 | Western blot |
| Anticorpo anti-mitofilina | Abcam | ab110329 | Western blot |
| APOA1 Coniglio pAb | Abclone | A14211 | Western blot |
| Kit per il dosaggio delle proteine BCA | TIANGEN | PA115 | Western blot |
| BLUeye Prestained Protein Ladder | Sigma-Aldrich | 94964-500UL | Western blot |
| Albumina sierica bovina | MP Biomedical | 218072801 | Western blot |
| Anticorpo Caveolina-1 | Santa Cruz Biotechnology | sc-53564 | Western blot |
| CellMask Colorazione arancione della membrana plasmatica | Invitrogen | C10045 | Citometria a flusso |
| Chemiluminescenza | Amersham Biosciences | N/A | Western blot |
| Forbice operativa curva | Strumento chirurgico JZ Isolamento | J21040 | EV Bilancia |
| elettronica | Zhi Ke | Isolamento ZK-DST | EV |
| Spettrofotometro Epoch | BioTek | N/A | Western blot |
| Eppendorf Eppendorf Isolamento | Eppendorf | 3810X | EV |
| Anticorpo Flotillin-1 | PTM BIO | PTM-5369 | Western blot |
| Sistema di imaging su gel | Tanon | 4600 | Western blot |
| Golgin84 | Novus | nbp1-83352 | Western blot |
| Griglie - Formvar/Rivestimento in carbonio - Rame 200 mesh | Polysciences | 24915 | Microscopio elettronico a trasmissione |
| Soluzione di eparina | StemCell | 7980 | Isolamento EV |
| Liberase Research Grade | Sigma-Aldrich | 5401127001 | Isolamento EV |
| Pinzetta microscopica | JZ Strumento chirurgico | JD1020 | Isolamento EV Citometro |
| a flusso NovoCyte | ACEA | N/A | Citometria a flusso |
| Omni-PAGE Hepes-Tris Gels Hepes 4~20%, 10 pozzetti | Epizyme | LK206 | Western blot |
| OSCAR( D-19) anticorpo | Santa Cruz Biotechnology | SC-34235 | Citometria a flusso |
| PBS (2x) | ZHHC | PW013 | Western blot |
| Pentobarbital sodico | Sigma-Aldrich | 57-33-0 | Anestetizzazione |
| Perossidasi AffiniCapra Pura Anti-Topo IgG (H+L) | Jacson | 115-035-003 | Western blot |
| Perossidasi AffiniCapra Pura Anti-Coniglio IgG (H+L) | Jacson | 111-035-003 | Western blot |
| Acido fosfotungstico | RHAWN | 12501-23-4 | Microscopio elettronico a trasmissione |
| PKM2 (d78a4) xp rabbit mab | Cell Signaling | 4053t | Western blot |
| Film di polietilene (PE) | Xiang yi | 200150055 | Microscopio elettronico a trasmissione |
| Membrane di fluoruro di polivinilidene | Roche | 3010040001 | Western blot |
| Inibitori della proteasi | Roche | 4693132001 | Western blot |
| Anticorpo ricombinante anti-PGD | Abcam | ab129199 | Western blot |
| Tampone di lisi RIPA | Beyotime | P0013 | Western blot |
| Tampone di caricamento SDS-PAGE (5x) | Cwbio | CW0027S | Western blot |
| Perline | di dimensioniInvitrogen | F13839 | Citometria a flusso |
| Microcentrifughe da tavolo ad alta velocità Isolamento | Hitachi | CT15E | EV |
| Microscopio elettronico a trasmissione | HITACHI | H-7650 | Microscopio elettronico a trasmissione |
| Tween-20 | MP Biomedicals | 19472 | Western blot |
| Vortex Mixer Genie | Scientific Industries | SI0425 | Isolamento EV |
| ZetaView BASIC NTA - Videomicroscopio per tracciamento di nanoparticelle PMX-120 | Particle Metrix | N/A | Analisi per il tracciamento di nanoparticelle |
| α-Actininin-4 Coniglio mAbclone | A3379 | Western blot | |
| β-actina | Cwbio | CW0096M | Western blot |
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