ここでは、細胞によって産生される天然ナノ粒子の群である細胞外小胞の貯蔵安定性を評価するために容易に適用可能なプロトコルを提示する。小胞は、モデル酵素としてグルクロニダーゼを搭載し、異なる条件下で保存されます。保存後、それらの物理化学的パラメータおよび封入酵素の活性が評価される。
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ここでは、細胞によって産生される天然ナノ粒子の群である細胞外小胞の貯蔵安定性を評価するために容易に適用可能なプロトコルを提示する。小胞は、モデル酵素としてグルクロニダーゼを搭載し、異なる条件下で保存されます。保存後、それらの物理化学的パラメータおよび封入酵素の活性が評価される。
現在の研究では、細胞外小胞 (Ev) が有望な標的であり、薬剤、薬剤、担体、バイオマーカーとして利用されている。臨床開発のためには、その医薬品の活動だけでなく、その生産を評価する必要があります。この文脈では、研究は、EVs の分離、その特徴付け、およびそれらのストレージに焦点を当てています。本稿では、遺伝子操作や特定の機能アッセイを行わずに、さまざまな貯蔵条件が EVs に及ぼす影響を評価するための容易な手順を提供することを目的としています。これにより、所定の貯蔵条件下での Ev の安定性の第一印象を迅速に得ることができ、異なるセル源に由来する EVs を容易に比較することができる。安定性の測定は EVs (サイズ、粒子の集中および形態) の物理化学的な変数および彼らの貨物の活動の保存に基づいている。後者は、Ev への酵素β-グルクロニダーゼのサポニン媒介封入によって評価される。グルクロニダーゼはサロゲートとして機能し、蛍光レポーター分子の切断によって容易に定量化することができます。本プロトコルは、臨床応用に向けた EV 研究を進めるために EV 特性を最適に保持する保存条件を探索する研究者のためのツールとなりうる。
EVs は、ほぼすべてのセルタイプによって生成される膜結合ナノ粒子です。哺乳類細胞の場合、EVs は、異なる生産経路1、2を持つ2つの主要なグループに細分化することができます。膜小胞は、およそ100〜 1000 nm の大きさの範囲で、細胞膜からの直接出芽によって産生される。エキソソームは、サイズが 30-200 nm で、その後、細胞膜と融合して一度に複数のエキソソームを放出するエンドソームに、内側の出芽によって形成された多体に由来する。これらの小胞の主な機能は、細胞3間の情報の輸送である。この目的のために、RNA、DNA、タンパク質などの貨物が積極的に選別されます。EVs は、健康と病気の状態の両方の影響で、ターゲットにさまざまな効果を伝えることができます。一方では、組織再生、抗原提示、または抗生物質効果などのポジティブな効果を媒介し、治療薬としての開発の目標となります4,5.反対側では、EVs は、腫瘍血管新生6を促進し、ストレス応答7において傍観効果を誘発し、そして自己免疫疾患8および炎症性疾患9において役割を果たす可能性がある。したがって、彼らは多くの病理学的効果をよりよく理解するための重要なコンポーネントであるかもしれません。しかし、癌10、11、12および心血管障害13などのマニホールド疾患における変化した ev の存在、および血液および尿におけるそれらの容易なアクセス性は、それらを理想的にするバイオ マーカー。最後に、それらの良好な生体適合性14およびその固有のターゲティング能力は、薬物送達15についての EVs も興味深いものにする。本稿では、哺乳動物細胞由来の Ev の保存性を評価するためのプロトコールについて説明するが、未だ検討されていない重要な特性である。
Ev の臨床開発のために、彼らの治療効果、生産、精製、およびストレージ17の評価を含む16を乗り越えるために、まだ多くの障害があります。80° c は EV ストレージ18の金本位として広く見られているが、必要な冷凍庫は高価であり、生産から患者への要求されるコールドチェーンを維持することは困難である可能性がある。さらに、一部の報告では、-80 ° c のストレージはまだ最適に EVs を保持していないし、ev 機能19、20の損失を誘導することを示しています。凍結乾燥21、22 、または噴霧乾燥23などの他の方法が、ev の冷凍保存に潜在的な代替物として提案されている。
貯蔵安定性を評価する最適な方法は、機能アッセイまたは特定のマーカーの評価 (例えば、それらの抗菌活性19) で EVs をテストすることであろう。これは、小胞の所望の効果が知られており、EVs の1つの異なるグループが検討されるときに可能です。異なる細胞源からの EVs を比較する場合 (例えば、薬物封入のため)、または既知の機能的読み出しがない場合、ストレージによる変化を直接的に評価することはもはや不可能である。
一方、最近の特許20で示されているように、単にサイズ、粒子回収、タンパク質濃度などの物理化学的パラメータの変化を評価するだけでは、EV 活性の変化を予測するとは限らない。
ここでは、EVs の貨物のためのサロゲートとしてカプセル化されたβ-グルクロニダーゼ酵素の活性と組み合わせるそれらの物理化学的パラメータを評価することにより、EVs の保存安定性を測定するための容易に適用可能なプロトコルを提供します。酵素の装填はサポニンインキュベーションによって行われ、異なる供給源21、24、25から EVs を用いて確立される穏やかな方法である。サポニンは、EV 膜中の一過性の細孔を形成し、小胞への酵素取り込みを可能にする。不利な保管条件にさらされた場合、酵素はその活性を失う傾向があるので、それらは EVs の機能的な貨物の保存の評価のための理想的サロゲートです。
我々は、ヒト間葉幹細胞 (MSCs)、ヒト臍帯静脈内皮細胞 (HUVECs)、およびヒト腺癌肺胞上皮細胞 (A549) 由来の EVs へのこのプロトコルの適用が実際に大きな差異をもたらすことを実証した。異なる細胞株間の貯蔵安定性は、EV ソース21を選択する際に考慮されるべきである。
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1. 細胞培養と細胞馴化培地の製造
2. CCM の超遠心よる
3. Ev へのグルクロニダーゼカプセル化
4. リポソーム生産
5. SEC による浄化
6. グルクロニダーゼアッセイ
EVs およびリポソームの貯蔵
注: すべての保管目的のために、吸着による EV 損失を低減するために、低結合チューブを使用することをお勧めします。
8. 保管後の分析
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図 1は、HUVECs から分離された EVs のストレージ特性を示しています。EVs は、UC によって単離され、グルクロニダーゼは封入され、SEC の後、精製された EVs は NTA による物理化学的特性の評価を受けました。小胞のサンプルをその後 AF4 精製に供し、グルクロニダーゼ活性を測定した。
次いで、小胞体を4° c または-80 ° c で 7 d、凍結乾燥形態で4° c で保存し、後者の場合は 4% のトレハロースを添加した。貯蔵後、小胞は NTA によって再び測定され、AF4 後、粒子ごとの残りのグルクロニダーゼ活性が評価された。
AF4 の動作原理は、層流と AF4 チャネルの下部にある多孔質膜を通る直交 crossflow の組み合わせに基づいており、そのサイズに応じて粒子に影響を与えます (図 2)。より大きな粒子は膜の近くに位置する傾向があり、より小さい粒子はチャネルのさらに上に配置されます。層流の放物線状...
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本稿では、異なる貯蔵条件下での Ev の安定性を研究するための包括的なプロトコルを紹介する。機能読み出しと EVs の物理化学的なパラメータの評価としてカプセル化されたグルクロニダーゼの組み合わせにより、プロトコルは、EVs の簡単な保存安定性評価と異なるセルからの EVs の比較を可能にします行。SEM および TEM は相補的な方法として、単粒子レベルでの EVs の変化についての洞察を可能にする。ここで示した結果は、凍結保護剤のない凍結乾燥により Ev とリポソームを凝集させる傾向があった (図 6)。しかし、これは SEM 実験でのみ観察された。この凍結保護剤はトレハロースで保存されたサンプルでは行われなかったが、この文献では実際に EVs29の凝集が減少する可能性があることを示唆している。また、特定の貯蔵条件が EV サイズ、回収率および封入された分子に影響する場合は、評価することも可能です。このような効果は、HUVEC Ev について得られた結果によって例示される (図 1)。4° c および-80 ° c の...
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作者は何も開示することはありません。
ドイツ連邦教育研究省からの NanoMatFutur ジュニア研究プログラム (グラント番号 13XP5029A) は、この作業をサポートしました。マクシミリアン・リヒターは、Studienstiftung ・デ・ Deutschen Volkes (ドイツのアカデミック奨学財団) によって、博士課程のフェローシップを通じてサポートされました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 1,2 ジミリストイル-sn グリセロ-3-ホスホ-コリン (DMPC) | Sigma-Aldrich | P2663-25MG | |
| 1,2-ジパルミトイル-sn-グリセロ-3-ホスホコリン (DPPC) | Sigma-Aldrich | P4329-25MG | |
| 225 cm² 細胞培養フラスコ | Corning | 431082 | 25 ml の培地 |
| 30 kDa 再生セルロース膜 | Wyatt Technology Europe | 1854 | |
| 350 µm スペーサー | ワイアットテクノロジーヨーロッパ | ||
| 自動フラクションコレクター | サーモフィッシャーサイエンティフィック | ||
| ベータグルクロニダーゼ | シグマアルドリッチ | G7646-100KU | |
| クロロホルム | フィッシャーサイエンティフィック | C/4966/17 | |
| カラムオーブン | 日立ハイテクノロジーズヨーロッパ | ||
| D-(+)-トレハロース二水和物 | Sigma-Aldrich | T9531-10G | |
| DAWN HELEOS II, マルチアングル光散乱検出器 | Wyatt Technology Europe | ||
| デュラポア メンブレンフィルター、PVDF, 0,1 &マイクロ;メートル、47 mm | Merck | VVLP04700 | AF4 |
| EBM-2 | Lonza Verviers, S.p.r. | CC-3156 | 内皮細胞 増殖基礎培地、HUVEC細胞の無血清培養に使用 |
| Eclipse dualtec | Wyatt Technology Europe | ||
| EGM-2 | Lonza Verviers, S.p.r. | CC-3162 | 内皮細胞増殖培地、HUVEC細胞の正常培養に使用される |
| ELISAプレートシーラーR | &グル | クロニダーゼアッセイ用の96ウェルプレートのシーリングに使用される | DY992 |
| エタノール | フィッシャー科学 | E / 0665DF / 17 | |
| ホルダー/加熱ブロック付き押出機セット | Avanti Polar Lipids | 610000-1EA | |
| フィルターサポート | リポソーム調製に使用される | Avanti Polar Lipids | 610014-1EA |
| オレセインジ-&ベータ;-D-グルコロニド | サーモフィッシャーサイエンティフィック | F2915 | |
| Gibco PBS錠剤+CA10:F36 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 18912014 | |
| ヘティッヒ ユニバーサル 320 R | アンドレアス・ヘティヒ GmbH & Co.KG | 300 g で細胞をペレット化するために使用 | |
| ヘティヒ・ロティナ 420 R | アンドレアス・ヘティヒ GmbH & Co.KG | 3000 g HUVEC細胞でより大きな破片をペレット化するために使用 | |
| ロンザ・ヴェルヴィエ、S.p.r. | C2517A | ||
| キンブル FlexColumn 1X30CM | Kimble | 420401-1030 | |
| 乾燥機 ALPHA 2-4 LSC | Christ | ||
| Microcentrifuge Tubes, Polypropylene | VWR international | 525-0255 | the tubes used for all EV-handling, found than more favor than comparable products from other suppliers about particle recovery |
| Nanosight LM14 equipped with a green laser | Malvern Pananalytical | ||
| Nanosight-ソフトウェアバージョン3.1 | Malvern Pananalytical | ||
| Nucleopore 200 nmトラックエッチングポリカーボネート膜 | Whatman/GE リ | ポソーム調製に使用される | 110406 |
| PEEKインラインフィルターホルダー | Wyatt Technology Europe | ||
| Phosphotungstic acid hydrate | Sigma-Aldrich | 79690-25G | |
| 超遠心分離用ポリカーボネートボトル | ベックマン・コールター | 355622 | |
| QuantiPro BCAアッセイキット | Sigma-Aldrich | QPBCA-1KT | |
| サポニン | Sigma-Aldrich | 47036 | |
| 走査型電子顕微鏡 Zeiss EVO HD 15 | Carl Zeiss AG | ||
| Sepharose Cl-2b | GE Healthcare | 17014001 | |
| SEM 銅カーボンフィルム付きグリッド | プラノ | S160-4 | |
| 小型AF4チャンネル | ワイアットテクノロジー ヨーロッパ | ||
| スパッタコーター Q150R ES | クォーラムテクノロジー | ||
| ズ 透過型 電子顕微鏡 JEOL JEM 2011 | オックスフォード・インスツルメンツ | ||
| タイプ45 チタン 超遠心ローター | ベックマン・コールター | 339160 | |
| アルティメット3000 Dionexオートサンプラー | サーモフィッシャーサイエンティフィック | ||
| Ultimate 3000 Dionexアイソクラティックポンプ | サーモフィッシャーサイエンティフィック | ||
| Ultimate 3000 Dionexオンライン真空脱気装置 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | ||
| 超遠心分離機 OptimaTM L-90 K | ベックマンコールター | ||
| UV検出器 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | ||
| Whatman 0.2 & マイクロ;m細孔径混合セルロースフィルター | Whatman/GE Healthcare | 10401712 | EVおよびSECで使用されるすべてのバッファーのろ過に使用されます |
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