Badania skoncentrowane wokół pęcherzyków zewnątrzkomórkowych (EV), a konkretnie egzosomów, rodzaju EV o długości 30-120 nm i charakteryzujące się obecnością trzech markerów tetraspaniny CD81, CD9 i CD63, zostały w dużej mierze ukształtowane przez rozwój metod izolowania i oczyszczania badanych pęcherzyków. Zdolność do analizy wieloaspektowych mechanizmów jest utrudniona ze względu na złożone i czasochłonne techniki, które generują próbki złożone z niejednorodnej populacji pęcherzyków generowanych różnymi szlakami o szerokim zakresie zawartości, rozmiarów i gęstości. Chociaż jest to problem dla prawie wszystkich badań nad pojazdami elektrycznymi, ma to szczególne znaczenie podczas badania pojazdów elektrycznych w kontekście infekcji wirusowej, ponieważ wiriony i cząsteczki wirusopodobne (VLP) mogą mieć średnicę podobną do badanych pęcherzyków. Na przykład ludzki wirus niedoboru odporności typu 1 (HIV-1) ma średnicę około 100 nm, czyli mniej więcej taką samą wielkość jak wiele typów EV. Z tego powodu zaprojektowaliśmy nowatorski przepływ pracy izolacji pojazdów elektrycznych, aby rozwiązać te problemy.
Obecnym złotym standardem izolacji EV jest ultrawirowanie. Technika ta wykorzystuje różne gęstości pęcherzyków, co pozwala na oddzielenie pęcherzyków przez odwirowanie z różnicową sedymentacją cząstek o większej gęstości w porównaniu z cząstkami o niższej gęstości na każdym etapie 1,2. Wymagane jest kilka etapów wirowania z niską prędkością, aby usunąć nienaruszone komórki (300-400 x g przez 10 minut), resztki komórek (~2,000 x g przez 10 min) i ciała apoptotyczne/duże pęcherzyki (~10,000 x g przez 10 min). Po tych wstępnych oczyszczaniach następuje ultrawirowanie z dużą prędkością (100 000-200 000 x g przez 1,5-2 godziny) do osadów EV. Etapy mycia są wykonywane w celu dalszego zapewnienia czystości EV, jednak powoduje to zmniejszenie liczby izolowanych EV, a tym samym obniżenie całkowitej wydajności 3,4. Użyteczność tej metody jest dodatkowo ograniczona przez wymóg dużej liczby komórek (około 1 x 108) i dużej objętości próbki (> 100 ml) w celu uzyskania odpowiednich wyników.
Aby rozwiązać rosnące problemy, w ostatnich latach użyteczną techniką stało się wytrącanie pęcherzyków za pomocą hydrofilowych polimerów. Glikol polietylenowy (PEG) lub inne pokrewne odczynniki do wytrącania pozwalają użytkownikowi na usunięcie pęcherzyków, wirusów i agregatów białkowych lub białko-RNA w próbce, po prostu inkubując próbkę z wybranym odczynnikiem, a następnie wykonując pojedyncze wirowanie z niską prędkością1,2,5. Wcześniej informowaliśmy, że użycie PEG lub pokrewnych metod do wytrącania EV w porównaniu z tradycyjnym ultrawirowaniem skutkuje znacznie wyższą wydajnością6. Ta strategia jest szybka, łatwa, nie wymaga dodatkowego drogiego sprzętu, jest łatwo skalowalna i zachowuje strukturę EV. Jednak ze względu na rozwiązły charakter tej metody, otrzymane próbki zawierają różnorodne produkty, w tym wolne białka, kompleksy białkowe, szereg EV i wirionów, co wymaga dalszego oczyszczania w celu uzyskania pożądanej populacji1,2,7,8.
Aby przezwyciężyć niejednorodność EV uzyskanych różnymi metodami opadów, stosuje się ultrawirowanie gradientu gęstości (DG) do lepszego oddzielania cząstek na podstawie ich gęstości. Metodę tę przeprowadza się przy użyciu gradientu krokowego przy użyciu podłoża o gradiencie gęstości, takiego jak jodiksanol lub sacharoza, co pozwala na oddzielenie EV od białek, kompleksów białkowych i cząstek wirusopodobnych lub wirusopodobnych (VLP). Należy zauważyć, że podczas gdy kiedyś sądzono, że DG pozwala na bardziej precyzyjne oddzielanie subpopulacji EV, obecnie wiadomo, że rozmiary i gęstości różnych pęcherzyków mogą się nakładać. Na przykład wiadomo, że egzosomy mają gęstość flotacji 1,08-1,22 g/ml9, podczas gdy pęcherzyki wyizolowane z Golgiego (COPI+ lub klatryna+) mają gęstość 1,05-12 g/ml, a te z osadu retikulum endoplazmatycznego (COPII+) 1,18-1,25 g/ml1,2,3,4,9. Dodatkowo, jeśli ktoś chce porównać frakcje egzosomalne z frakcjami zawierającymi cząsteczki wirusa, może to stać się trudniejsze w zależności od gęstości wirusa, który jest przedmiotem zainteresowania - istnieją wirusy inne niż HIV-1, które prawdopodobnie równoważą się w tych samych gęstościach co egzosomalne frakcje dodatnie2.
Na koniec, wzbogacenie przygotowań do EV do dalszej wizualizacji i testów funkcjonalnych jest niezbędne dla badań nad EV. Zastosowanie nanocząstek wzbogacających EV, w szczególności wielofunkcyjnych cząstek hydrożelu o średnicy 700-800 nm, jest kluczowym krokiem w osiągnięciu skoncentrowanych przygotowań EV. Posiadają aromatyczną przynętę o wysokim powinowactwie, która jest zamknięta w porowatej zewnętrznej skorupie sitowej, aby promować selektywność. Nanocząstki wykorzystane w tym badaniu obejmują dwa odrębne preparaty z różnymi przynętami rdzeniowymi (Reactive Red 120 NT80; i Cibacron Blue F3GA NT82), które wykazały zwiększenie wychwytywania EV z różnych odczynników i płynów biologicznych (patrz Tabela Materiałów)6,10,11,12,13,14,15. Cząstki umożliwiają łatwe wzbogacenie EV z wielu materiałów wyjściowych, w tym frakcji jodoksanalu, supernatantu z hodowli komórkowych, a także płynów biologicznych pacjenta, takich jak osocze, surowica, płyny mózgowo-rdzeniowe (CSF) i mocz6,13.
Przedstawiona tutaj metoda poprawia efektywność obecnych technik oczyszczania EV poprzez połączenie kilku technologii; Wytrącanie EV, ultrawirowanie w gradiencie gęstości i wychwytywanie cząstek w celu usprawnienia przepływu pracy, zmniejszenia wymagań dotyczących próbek i zwiększenia wydajności w celu uzyskania bardziej jednorodnej próbki EV do wykorzystania we wszystkich badaniach EV. Metoda ta jest szczególnie przydatna w badaniu EV i ich zawartości podczas infekcji wirusowej, ponieważ obejmuje etap filtracji 0,22 μm w celu wykluczenia dużych, niepożądanych pęcherzyków i VLP oraz oddzielenia całkowitej populacji EV na podstawie gęstości, aby skutecznie wyizolować EV od wirionów.