このプロトコルは、細胞外小胞(EV)サイズ、EVカウント、EV表現型、およびEVバイオマーカーの共局在のマルチレベルかつ包括的な測定のために設計された単一粒子干渉反射率イメージングを提供します。
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このプロトコルは、細胞外小胞(EV)サイズ、EVカウント、EV表現型、およびEVバイオマーカーの共局在のマルチレベルかつ包括的な測定のために設計された単一粒子干渉反射率イメージングを提供します。
細胞外小胞(EV)は、ほとんどの細胞から分泌される脂質二重層を持つナノメートルサイズの小胞です。EVは、タンパク質、脂質、DNA、RNAなど、さまざまな生体分子を運び、さまざまな組織や臓器での細胞間コミュニケーションを促進すると考えられています。近年、EVは様々な疾患の診断薬や治療薬のバイオマーカーとして大きな注目を集めています。EVの特性評価のために、多くの方法が開発されてきました。しかし、現在のEV解析手法には、それぞれ異なる制限があります。したがって、EVの絶縁と特性評価のための効率的で効果的な方法を開発することは、この最先端の研究分野が成熟するにつれて、依然として重要なステップの1つです。ここでは、未精製の生物学的源からのEVと他の方法論によって精製されたEVを検出および特性評価できる方法として、単一粒子干渉反射率イメージングセンサー(SP-IRIS)の概要を示す詳細なプロトコルを提供します。この高度な手法は、EVサイズ、EV数、EV表現型、およびバイオマーカーの共局在を分析するためのマルチレベルかつ包括的な測定に使用できます。
細胞外小胞(EV)は、血液、母乳、唾液、尿、胆汁、膵液、脳脊髄液、腹膜液など、多数の生体液から単離できるナノメートルサイズの細胞起源の膜小胞です。EVの導出は、アポトーシス、多胞体と原形質膜との融合による放出、原形質膜のブレブ1という3つの主要なメカニズムによって発生します。ドナー細胞成分のEV移動が隣接または離れた細胞や組織に転移するという証拠は、これらの膜封入パッケージがパラクリンだけでなく、長距離または内分泌シグナル伝達カスケードでも重要な役割を果たす可能性があることを示唆しています1,2,3。EVは細胞の表現型のスナップショットを提供できるため、さまざまな疾患の治療のための診断および治療ツールとしての使用の可能性は、研究の活発な領域となっています4,5,6,7,8。
EVの特性評価を目的とした多くの方法が開発されてきた9,10,11,12,13。これらの方法のほとんどは、主にバルクのEVの個体数に関するユニークで貴重な情報を提供します。これらの手法のサブセットでは、単一のEV内または単一のEV上の物質に関する詳細を提供できますが、単一のEVレベルでEVを特性評価するには制限がある場合があります。例えば、免疫電子顕微鏡は、単一のEVとその組成を理解するために使用できるが、この技術はスループットが低く、集団動態の記述に使用する能力が著しく制限されており、かなりの方法開発が必要である14。
最近、ExoViewプラットフォームを介した単一粒子干渉反射率イメージングセンサー(SP-IRIS)技術の開発と商品化により、ルーチンで簡単な自動データ収集方法を使用した個々のEVの特性評価が可能になりました。この技術の中核となるのは、1cm×1cmのSi/SiO2二重層チップで、単一の生体ナノ粒子の干渉測定を可能にします。チップは、個々の機能化された抗体スポットのマイクロアレイで耕され、最大6つの異なる捕捉タイプのマルチプレックス検出が可能になります。標準チップには、インキュベーションステップ中に捕捉するための一般的なテトラスパニンマーカー(CD81、CD63、およびCD9)が含まれており、ユーザーは追加のカスタム捕捉スポットを追加して、テトラスパニンとは別のEVの異なる集団を分離できます。インキュベーションステップの後、各キャプチャースポットは、対応するマーカーを発現する多くのEVをそれに結合させます。次に、これらの捕捉されたEVをリーダーで簡単に洗浄、乾燥、およびスキャンして、捕捉スポットに結合した小胞のサイズを50〜200 nmで定量化し、SP-IRIS15を介して数個の重み付けサイズ分布を得ることができます。また、このシステムは、捕捉されたEVを免疫標識するための3つの蛍光検出チャンネルを提供し、SP-IRIS測定などのサイズに制限されない平均蛍光強度と、各蛍光染色の共局在の側面の両方を提供します。これにより、ユーザーはEVごとに4つの異なるバイオマーカー(キャプチャーと3つの免疫蛍光標識)の表示に基づいて、単一のEVの集団を定義することができます。このシステムは、免疫蛍光法による表面タンパク質の測定にとどまらず、オプションのカーゴプロトコルにより、捕捉されたEVの内部タンパク質や膜スパン表面マーカーの管腔エピトープをプローブしたり、EV膜の完全性を確認したりできます。この記事では、大規模なEV集団の1つのEVレベルで最大4つの異なるバイオマーカーを使用して、EVのサイズと数に関する一貫したデータを取得するために必要な手順を概説した詳細なプロトコルを提供します。この技術は、超遠心分離、限外ろ過、沈殿剤、免疫親和性捕捉、マイクロ流体工学、サイズ排除クロマトグラフィーなど、さまざまな技術を使用して単離された未処理の生体液とEVの両方に使用できます。
以下に述べるプロトコールは、確立された単離法16を用いて、HEK293細胞培養培地およびマウス血清に由来する細胞外小胞(EV)を使用する。このプロトコルは、他の多くの生体液、細胞培養培地、および生体液から単離された精製細胞外小胞に適用されています。このプロトコルは、 図 1 に示す一般的な実験のワークフローを使用して 2 日間の手順に分かれています。

図1:アッセイワークフロー。 サンプルに対して完了する分析のタイプを、サイズとカウント、サイズカウントと表面染色、サイズカウントとカーゴ染色から選択するためのアッセイワークフロー。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
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血清サンプルは、カンザス大学医療センター(KUMC)の承認された動物施設管理および使用委員会(IACUC)のプロトコルに従ってマウスから収集されました。これらの実験にこれらの生体試料を使用することも、建国大学工学院によって承認されています。
1. サンプル調製(1日目)

図2:24ウェルプレートのレイアウト。 ddH2O(青色色素は可視化のみを目的として添加)を分注する場所の位置と、チップが保持されるウェルが示されています。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
2. チップの準備と事前スキャン

図3:チップを機械にロードするために使用されるチャックの画像。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図4:チップとチップの適切な取り扱い (A) 黄色の点線は、スポット抗体の位置、またはチップの機能面を示しています。チップIDは線(「58」)の下にあります。図は適切な取り扱いも示しています。(B)チップの不適切な取り扱いを示しています。(C)チップの非機能的な側面。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図5:ウェル内のチップの適切な配置のデモンストレーション (A)チップは、ウェルの側面に接触する角がないように、ウェルの中央にセットする必要があります。(B)角がウェルの側面に接触するチップの不適切な配置の描写。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
3. チップとサンプルのローディングとインキュベーション
4. EVのサイズと台数の決定(2日目)

図6:ddH2Oの水から45°の角度で切りくずを取り除く正しい方法(A)上面からの図と(B)側面からの図(切りくずを取り除く角度を示す図)。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
5. 抗体溶液の調製(2日目)
6. 免疫蛍光染色によるEVサイズ、カウント、表現型の決定
7. オプションのカーゴ染色
注:このプロトコルでは、内部マーカーと表面マーカーを同時にラベリングできます。
8. データ収集
注:ExoView R100を使用してチップからデータを収集する手順は自動化されており、ユーザー入力は必要ありません。詳細な手順は、チップキャリア、または「チャック」のロード、およびデータ収集17のユーザーガイドと対応するビデオに記載されています。
9. データ分析
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図7 (左パネル)は、HEK293でコンディショニングされた培地をチップ上のCD63スポットに結合させ、CD81、CD63、CD9を染色したEVの3色合成画像です(それぞれ緑、赤、青)。 図7 (右上のパネル)は、キャプチャされた各EVが、各チャネルでさまざまな強度の1つ以上の色の共局在を表示できることを示すズームイン画像です。捕捉されたEVの染色の違いは、単一の小胞上での3つのテトラスパニンの発現の不均一性を表しており、データ解析ソフトウェアで定量化することができます。 図7 (右下のパネル)は、50nmを超えるEVのサイジングヒストグラムを示しています。サイジングヒストグラムは、CD63スポットでキャプチャされたEVのモードサイズが50nmであることを示しています。スポット画像にバインドされた各EVの色の共局在化、強度、およびサイズは、表現型データを表し、測定の基本データを構成します。
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現在のEV特性評価法は、精製されたEVに大きく依存しており、これはEV精製法9,10,11,12,13の現在の実験的制限によって制限されています。単粒子干渉反射率イメージング(SP-IRIS)は、サンプル分析に必要な精製ステップを省くことができる効果的な技術であり、一般的なEVワークフローに関連する時間とコストを削減できます。必要なサンプルインプットは通常非常に少ないため、サンプルの残りの部分は追加の分析方法に使用できます。
さらに、抗原特異的な方法でEVを測定する能力は、基本的なEV研究だけでなく、診断および治療アプリケーションにおけるレアイベント検出にとっても非常に重要です。しかし、疾患特...
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Clayton Deighan氏とGeorge Daaboul氏は、NanoView Biosciences Inc.の従業員であり、株主です。
この研究は、カンザス大学医学部の研究機器およびリソース調達賞プログラムによって部分的に後援されました。PCG、LKC、FD、およびARは、NIA R21 AG066488-01からの資金で支援されました。
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| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| 10cm滅菌ペトリ皿 | フィッシャー | FB0875712 | |
| 15mL滅菌チューブ | n/a | 各種 | |
| 24ウェル細胞培養プレート、平底 | フィッシャー | 08-772-1 | |
| ブロッキングソリューション | NanoView Biosciences | EV-TETRA-C | ExoView Human Tetraspanin Kitに含まれています。 |
| チップファイル | NanoView Biosciences | EV-TETRA-C | は、ExoView Human Tetraspanin Kitに含まれています。 |
| チップ | NanoView Biosciences | EV-TETRA-C | ExoView Human Tetraspanin Kitに含まれています。 |
| Chuck | NanoView Biosciences | EV-TETRA-C | は、ExoView Human Tetraspanin Kitに含まれています。 |
| コーニングイージーグリップ使い捨てポリスチレン滅菌ボトル250ml | フィ | ッシャー09-761-4 | |
| ニングイージーグリップ使い捨てポリスチレン滅菌ボトル500ミリリットル | フィ | ッシャー09-761-10 | |
| イオン(DI)水 | フィッシャー | LC267404 | |
| EMSスタイルのピンセットカーボンファイバーチップ付き | フィ | ッシャー50-193-0842ExoView | |
| ヒューマンテトラスパニンキット | NanoView Biosciences | EV-TETRA-C | キャプチャー hCD81, hCD9, hCD63, IgG Control + stains for hEV-A (hEV-CD63-647, hEV-CD81-555, hEV-CD9-488) 16チップ/キット |
| ExoView R100 イメージャー | NanoView Biosciences | EV-R100 | 干渉顕微鏡 3色蛍光を含むハイスペックカメラを含む 細胞外小胞のサイジングとカウント |
| 標識ヒューマ CD9 IgG抗体 | NanoView Biosciences | EV-TETRA-C | は、ExoView Human Tetraspanin Kitに含まれています。 |
| 蛍光標識されたヒトCD63 IgG抗体 | NanoView Biosciences | EV-TETRA-C | は、ExoView Human Tetraspanin Kitに含まれています。 |
| 蛍光標識されたヒトCD81 IgG抗体 | NanoView Biosciences | EV-TETRA-C | は、ExoViewヒトテトラスパニンキットに含まれています。 |
| インキュベーションソリューション | NanoView Biosciences | EV-TETRA-C | は、ExoView Human Tetraspanin Kitに含まれています。 |
| n/a | で振とうできるデジタル設定のオービタルシェーカーまたはマイクロプレートシェーカー | 様々な | |
| プレートシール | NanoView Biosciences | EV-TETRA-C | ExoView Human Tetraspanin Kitで見つけることができます。 |
| ソリューションA: | NanoView Biosciences | EV-TETRA-C | は、ExoView Human Tetraspanin Kitに含まれています。 |
| ソリューション B | NanoView Biosciences | EV-TETRA-C | は、ExoView Human Tetraspanin Kit に含まれています。 |
| Solution C | NanoView Biosciences | EV-TETRA-C | は、ExoView Human Tetraspanin Kitに含まれています。 |
| ソリューション D | NanoView Biosciences | EV-TETRA-C | は、ExoView Human Tetraspanin Kit に含まれています。 |
| スクエア/フラットチップピンセット | Fisher | 50-239-62 | |
| ストレートストロングポイント Boley型ピンセット | Fisher | 16-100-124 | |
| Thermo Scientific 接着性PCRプレートシール | Fisher | AB-0558 |
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