Dit is een protocol om weefsel extracellulaire blaasjes (EVs) te isoleren van de lever. Het protocol beschrijft een proces in twee stappen waarbij Collagenase perfusie gevolgd door differentiële ultracentrifugatie om leverweefsel EVs te isoleren.
Methodenartikel
Dit is een protocol om weefsel extracellulaire blaasjes (EVs) te isoleren van de lever. Het protocol beschrijft een proces in twee stappen waarbij Collagenase perfusie gevolgd door differentiële ultracentrifugatie om leverweefsel EVs te isoleren.
Extracellulaire blaasjes (Ev's) kunnen worden vrijgegeven uit vele verschillende celtypen en gedetecteerd in de meeste, zo niet alle, lichaamsvloeistoffen. EVs kan deelnemen aan cel-naar-cel communicatie door het afsluiten van bioactieve moleculen zoals RNA of eiwitten van de ene cel naar de andere. De meeste studies van EVs zijn uitgevoerd in celkweek modellen of in EVs geïsoleerd van lichaamsvloeistoffen. Er is een opkomende interesse in het isoleren van Ev's uit weefsels om hun bijdrage aan fysiologische processen te bestuderen en hoe ze worden veranderd in ziekte. De isolatie van EVs met voldoende opbrengst uit weefsels is technisch uitdagend vanwege de noodzaak van weefsel dissociatie zonder cellulaire schade. Deze methode beschrijft een procedure voor de isolatie van EVs van muis leverweefsel. De methode omvat een proces in twee stappen, beginnend met in situ Collagenase-spijsvertering, gevolgd door differentiële Ultra-centrifugatie. Weefsel perfusie met behulp van Collagenase biedt een voordeel ten opzichte van mechanisch snijden of homogenisatie van leverweefsel als gevolg van de toegenomen opbrengst van verkregen EVs. Het gebruik van dit proces in twee stappen om Ev's uit de lever te isoleren zal nuttig zijn voor de studie van weefsel EVs.
Extracellulaire blaasjes (EVs) zijn membraan-gebonden blaasjes die vrijkomen uit veel verschillende soorten cellen in het lichaam. EVs bevatten een lading moleculen die RNA, DNA en eiwitten bevatten. Overdracht van deze lading door EVs van de ene cel naar de andere wordt gepostuleerd als één mechanisme waarmee cellen in weefsels met elkaar communiceren1. Het merendeel van de informatie met betrekking tot de lading of rollen van EVs in normale gezondheid en ziekten is afgeleid van studies over Ev's die zijn verkregen uit cellen in cultuur of verzameld uit de circulatie of andere lichaamsvloeistoffen2. Om hun fysiologische rollen in vivote begrijpen, is een robuuste methode nodig voor de isolatie van weefsel EVS die alle populaties van ev's vangt en cellulaire schade of verontreiniging vermijdt3. Het algemene doel van de beschreven methode is om weefsel EVs van muis levers te isoleren.
De meeste celtypen in de lever is aangetoond dat het produceren van EVs, en de studie van EV gebaseerde signalering is het bevorderen van basiskennis en begrip van hepatische ziekten. De gecombineerde impact van Ev's uit verschillende celtypen binnen weefsels wordt echter slechts gedeeltelijk begrepen. Isolatie van EVs uit lever weefsels is noodzakelijk om de in situ bijdragen van ev's binnen het weefsel milieu te begrijpen. De hierin beschreven aanpak is gebaseerd op een twee-stele perfusie om weefsel dissociatie te verbeteren en celbeschadiging te minimaliseren. Vervolgens worden Ev's geïsoleerd van het gedissocieerde leverweefsel. Benaderingen met behulp van twee-stap perfusie voor isolatie van hepatocyten zijn gebruikt sinds de vroege jaren 19504. Deze methoden voor de hepatocyten isolatie zijn gewijzigd en voortdurend verbeterd en zijn nu standaard benaderingen voor isolatie van hepatocyten in culturen, in celsuspensies, en uit de weefsels5,6,7. In de eerste stap wordt de lever onderworpen aan een niet-Recirculerende perfusie met een calcium vrije buffer, de uitgebalanceerde zoutoplossing van Hank (HBSS). In de tweede stap wordt de lever geperfectiongebruikt met collagenase om de extracellulaire matrix te ontbinden voor verdere scheiding van desmosomale cel-naar-celknooppunten. Een optimale behandelingstijd voor Collagenase-ontbinding is 7 tot 10 minuten. Een kortere behandelingsduur zal leiden tot onvolledige ontbinding en behoud van celcontacten in de lever, terwijl een langere duur leverschade kan veroorzaken of verstoring van de portaal ader. Ev's worden vervolgens geïsoleerd met behulp van differentiële centrifugeren om cellen en cellulair puin te verwijderen. Dit resulteert in EV-inzameling in hoge opbrengsten die kunnen worden gebruikt voor verdere downstreamanalyses of studies.
Alle studies waarbij dieren werden betrokken, werden uitgevoerd in overeenstemming met een protocol dat werd goedgekeurd door de Mayo Clinic institutioneel Dierenzorg-en gebruiks Comité.
1. voorbereiding van de Bank
2. voorbereiding van dieren
3. cannulatie en perfusie (0,5 h)
4. isolatie van EVs (5 uur)
5. beoordeling van de kwaliteit en het rendement van isolaties
Het apparaat dat nodig is voor deze isolaties bestaat uit Standaard laboratoriumapparatuur, waardoor dit een relatief eenvoudige en kosteneffectieve aanpak is. Isolaties zijn uitgevoerd van twaalf tot dertig weken oude mannelijke en vrouwelijke Balb/c-of FVB-muizen. Het bakje met de muis is bekleed met aluminiumfolie in een hard-ommuurde container die overtollige vloeistoffen verzamelt tijdens de perfusie. De kolven die HBSS of Collagenase-bevattende medium bevatten, worden ondergedompeld in een waterbad (40 °C) dat klaar is om te worden gebruikt. Er worden twee steriele 10 cm cultuur gerechten gebruikt. Een is nodig voor oppervlakte wassen met PBS, en de andere voor het scheiden van hepatocyten van de bindweefsel componenten.
Bij deze methode wordt de lever geperfectiongebruikt op een niet-continue manier via de portaal ader in de voorkeur voor de cannulatie van de inferieure vena cava. Een alternatieve en veelgebruikte perfusie benadering is het uitvoeren van retrograde perfusie door het cannuleren van de inferieure Vena Cava en het snijden van de portaal ader voor drainage. Echter, portaal ader cannulatie is gemakkelijk te bereiken en impliceert een korte afstand tot de lever, als de portaal ader voedt rechtstreeks in de lever8. De selectie van een invoegpunt voor de cannulatie is cruciaal voor een optimaal succes (Figuur 2). De canule is geplaatst langs de takken van de maag en de alvleesklier aderen, maar niet buiten de eerste portaal tak (rechts en links hepatische portaal aders). Zodra de optimale insertie locatie in de portaal ader wordt geïdentificeerd, worden gebogen Tang gebruikt om een draad onder portaal ader te plaatsen en een losse knoop te binden. De naald van de canule is bevestigd met draad met behulp van een Stop knoop om te voorkomen dat de naald eruit valt.
Figuur 3 schetst het algemene verwerkingsschema voor het differentieel centrifugeren voor EVS-isolatie van leverweefsel. Ultracentrifugatie verwijdert cellen, vuil en andere onzuiverheden. De eerste vier stappen voor centrifugeren (50 x g, 300 x g, 2.000 x g, 10.000 x g) zijn ontworpen om hepatocyten te verwijderen, andere cellen, dode cellen of celresten respectievelijk intact te krijgen. (Figuren 4a en 4b). Na deze stappen wordt ultracentrifugatie opnieuw uitgevoerd bij 100.000 x g om de pellet te verzamelen (Figuur 4C). De pellet wordt gewassen door opnieuw te suspengeren in PBS en onderworpen aan een definitieve ultracentrifugatie bij 100.000 x g. De pellet na ultracentrifugatie is absoluut zichtbaar en kleverig in deze procedure in vergelijking met EVS van geconditioneerde cultuur media. Pipetteren is vaak nodig totdat bruine aggregaten uit het zicht zijn en volledig zijn opgelost. De laatste pellet wordt opnieuw opgehangen met 1000 μL PBS (Figuur 4D). Ultracentrifugatie verwijdert onzuiverheden en andere oplosbare verontreinigingen uit het plasma, wat functionele experimentele uitkomsten kan beïnvloeden. De centrifugeren wordt bij 4 °C uitgevoerd.
Van muis lever, deze methode levert een weefsel EV-concentratie die varieert van 1,74 tot 4,00 x 1012 met een gemiddelde van 3,46 x 1012 deeltjes per ml, zoals bepaald door nanodeeltjes tracking analyse (NTA) (Figuur 5). De gemiddelde grootte van het geïsoleerde leverweefsel EVs was 157,7 nm, met een grootte van 144,5 nm en EV maten variërend van 100-600 nm door NTA. De opbrengst van EV zal afhangen van factoren zoals het lever gewicht en de verliezen binnen de perfusaat of ultracentrifugeren stappen.

Figuur 1 : Bench voorbereiding. De materialen en hun locaties zijn: (A) pomp, (B) opgewarmde 125 mL kolf met HBSS en water zuig poort, (C) neuskegel aangesloten op een Isoflurane Vaporiser, (D) wateruitlaat poort van de pomp die verbindt met naald, (E) tray bekleed met aluminiumfolie in een harde ommuurde container, en (F) 10 cm kweek schotel waarin Collagenase medium vooraf wordt gegoten. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

Figuur 2 : Cannulatie site. De anatomie van de buik van de muis wordt getoond. Met behulp van gebogen Tang, een draad wordt geplaatst onder de poortader (PV) en een losse knoop is gebonden. De insertie locatie is in de buurt van de lever, 5-10 mm onder de ligatuur, maar niet buiten de eerste Portal tak (linker en rechter hepatische portaal aders). De canule is vast of vastgemaakt met schroefdraad met een Stop knoop. Deze knoop dient als een marker van de PV-locatie als de canule wordt gedemonaangevraagd. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

Figuur 3 : Schematische stappen van centrifugeren. Het doel is om ongewenste cellen en andere componenten te verwijderen en EVs te isoleren. De eerste vier Centrifugeer stappen zijn ontworpen om hepatocyten en andere cellen, dode cellen of celresten te verwijderen met behulp van differentiële centrifugatie. Na deze stappen wordt ultracentrifugatie uitgevoerd bij 100.000 x g om de pellet van EVs te verzamelen. De pellet wordt gewassen door opnieuw te suspengeren in PBS en onderworpen aan een definitieve ultracentrifugatie bij 100.000 x g. Alle Centrifugeer stappen worden uitgevoerd bij 4 °C. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

Figuur 4 : Differentieel centrifugeren. A) na centrifugeren bij 50 x g gedurende 10 min wordt een pellet met hepatocyten waargenomen. B) een ronde bodem buis wordt gebruikt voor centrifugeren bij 10.000 x g gedurende 70 min om celresten te verwijderen. C) een polycarbonaat ultracentrifuge buis wordt gebruikt voor centrifugeren bij 100.000 x g gedurende 70 min. De pellet wordt verzameld in één buis en gewassen door opnieuw te schorsen met PBS. D) de laatste pellet wordt opnieuw opgehangen in 1000 μL PBS. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

Figuur 5 : Representatief resultaat. De grootte en concentratie van EVs van leverweefsel kunnen worden bepaald door nanodeeltjes-traceer analyse (NTA). Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Dit protocol beschrijft een optimale en reproduceerbare methode voor de isolatie van leverweefsel EV met behulp van een tweestapsperfusie proces via de portaal ader gevolgd door differentiële ultracentrifugatie. Belangrijke stappen van de procedure omvatten canule plaatsing, Collagenase concentratie en spijsvertering tijd, stroomsnelheid van het medium, behandeling van het weefsel na de spijsvertering, en klassieke differentiële ultracentrifugatie.
Celscheiding wordt bereikt door scheiding van bindweefsel componenten na de spijsvertering met behulp van Collagenase type IV. De concentratie van Collagenase gebruikt voor perfusie kan variëren van 0,1 tot 5 mg/mL. Er kan aanzienlijke variatie in batch-to-batch in de werkzaamheid van Collagenase voor weefsel spijsvertering. De concentraties van Collagenase van 0,5 tot 5 mg/mL werden getest, maar de gebruikte concentratie had geen grote invloed op de opbrengst van de verkregen EVs. Met behulp van een hogere concentratie van Collagenase zal resulteren in een snellere zwelling en bleken van de lever. Het doel is om bevredigende celdissociatie te verkrijgen zonder overmatige verontreiniging of beschadiging. Een optimale concentratie van Collagenase gebruikt in deze isolaties is 1-2 mg/ml geperfundeerd voor 7-8 min bij een debiet van 8 ml/min. Een te lange perfusie procedure zal het risico op het vernietigen van het dunne bindweefsel in de lever verhogen en de technische Risico's verhogen zoals naald dislodgment van de portaal ader of lucht overvullen met de ader.
Het meest uitdagende aspect van dit protocol is de cannulatie van de portaal ader. Dit kan een uitdaging zijn om uit te voeren, met name bij muizen in het bereik van 18 tot 25 g. De technieken voor Collagenase perfusie werden oorspronkelijk ontwikkeld voor gebruik bij ratten en vervolgens goedgekeurd voor gebruik bij muizen na talrijke aanpassingen en aanpassingen. Cannulatie met behulp van een 23G bloed verzameling set is gemakkelijker dan de plaatsing van een katheter in de bloedvaten van de kleine Luminale diameter. Bevestiging van de canule met behulp van draad met een Stop knoop wordt aanbevolen om dislodgement te voorkomen en de knoop dient ook als een marker van de locatie van de portaal ader in het geval de canule van het vat komt.
Voor downstreamanalyse is het uiterst belangrijk om minimale verontreiniging door cellen te hebben. Er zijn verschillende belangrijke overwegingen bij de behandeling van weefsel na de spijsvertering. Ten eerste worden de Tang en de schaar gewijzigd wanneer de lever wordt geëxtraheerd om bloed verontreiniging te voorkomen. Ten tweede is het van cruciaal belang dat de galblaas zorgvuldig uit de lever wordt verwijderd om scheuren en ongewenste besmetting van gal te voorkomen. Ten derde, zodra de lever is verwijderd uit de muis, wordt de lever zeer voorzichtig gewassen met behulp van PBS om bloed te verwijderen. Het minimaliseren van besmetting met cellen moet een hogere prioriteit krijgen dan vermindering van de opbrengst van de verkregen EVs.
Ultracentrifugatie is de meest gebruikte methode voor de isolatie en zuivering van EVS8,9,10,11. Deze aanpak zal de meeste parenchymale cellen verwijderen, zoals hepatocyten of cholangiocytes en niet-parenchymale cellen zoals Kupffer cellen, sinusoïdale endotheliale cellen en stervormige cellen, Bovendien zullen celresten, celaggregaties en dode cellen ook verwijderd door differentieel centrifugeren. Verdere zuivering en isolatie van specifieke populaties kan worden uitgevoerd door de grootte uitsluitings chromatografie om alle niet-vesiculaire eiwit aggregaten of lipoproteïnen te verwijderen.
Een beperking van dit protocol is dat het niet kan vangen alle weefsel blaasjes, gezien de mogelijkheid dat sommige blaasjes kunnen worden verwijderd in de perfusate. Als een globale beoordeling nodig is, moet de verzameling van perfusaat en isolatie van blaasjes binnen perfusaat worden overwogen. Een verdere beperking is het potentieel voor celbeschadiging. Om de potentiële impact van overmatige celdood te monitoren, kan de levensvatbaarheid van de cellen worden bewaakt en opgenomen in kwaliteitsparameters voor weefsel-EV-isolaties. Concluderend, deze procedure beschrijft een geoptimaliseerde workflow met behulp van een twee-stappen perfusie techniek via de portaal ader gevolgd door differentiële ultracentrifugatie voor het verkrijgen van leverweefsel EVS van muis levers bij een hoge opbrengst. Deze weefsel EVs zijn geschikt voor downstreamanalyses zoals de karakterisering van biomoleculaire samenstelling en andere studies die tot doel hebben hun fysiologische of pathofysiologische rollen of potentiële toepassingen als ziekte markeringen te karakteriseren.
De auteurs hebben niets te onthullen.
Deze studie werd gesteund door de financiering van het National Cancer Institute Grant CA-217833.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 125 mL Erlenmeyer kolf | Fisher scientific | FB500125 | |
| 125 mL Erlenmeyer kolf | Fisher scientific | FB500125 | |
| Geboogde niet-gekartelde schaar | Fine Science Tools | 14069-12 | |
| Geboogde pincet | Fine Science Tools | 13009-12 | |
| Maskertape | Huishoudwinkel | ||
| Aluminiumfolie | Huishoudwinkel | ||
| Styrofoam pad | Huishoudwinkel | ||
| Absorbeerbare werkbladonderlegger | Scientific inc. | B1623 | |
| Masterflex L/S Digital Miniflex Pomp | Cole-parmer | ZX-07525-20 | |
| Waterbad | Thermo Electron Precision | 2837 | |
| Bloedopvangsets | Becton Dickinson | 367292 | |
| Petrischaal, heldere deksel 100x15 | Fisher Scientific | FB0875712 | |
| Falcon 70mm Nylon Cell Strainers | Fisher scientific | 352350 | |
| 50 mL kegelbuisjes | Fisher Scientific | 12-565-270 | |
| Wattenstaafjes met katoenen punt | Moore medical | 69622 | |
| 25mL Serologische Pipet | Falcon | 357525 | |
| Ohmeda Isotec 4 Isofluraan Verdamper | BioSurplus | 203-2751 | |
| O2 gas | |||
| Isofluraan | |||
| Levo Plus Gemotoriseerde Pipettfiller | Scilogex | 74020002 | |
| Centrifuge 5804R | Sigma-aldrich | 22628048 | |
| Beckman Coulter Optima L-100 XP | Beckman | 969347 | |
| Beckman Coulter Avanti JXN-26 | Beckman | B34182 | |
| 70 Ti Fixed-Angle Rotor | Beckman | 337922 | |
| JA-25.50Fixed-Angle Rotor | Beckman | 363055 | |
| Nalgene Ronde bodembuis | Thermo Scientific | 3118-0028 | |
| Polycarbonaat ultracentrifugebuizen met kapsamenstelling | Beckman | 355618 | |
| Reagentia | |||
| HyClone Hank's Balanced Salt Solution (HBSS), Ca/Mg vrij | Fisher scientific | SH30588.01 | |
| Collagenase, Type IV, poeder | Fisher scientific | 17104019 | |
| Phosphate Buffered Saline (PBS) | Fisher scientific | SH30256.01 |