Jelito jest powszechnie uznawane za narząd, w którym występuje najwięcej mikroorganizmów w ludzkim ciele, z ponad 90% bakterii biorących udział w kolonizacji i namnażaniu1,2. Liczne dowody wykazały, że mikrobiota jelitowa moduluje mikrośrodowisko jelitowe i jednocześnie oddziałuje na dysfunkcje odległych narządów, głównie poprzez uszkodzoną barierę jelitową3,4. Coraz więcej dowodów wskazuje na korelację między brakiem równowagi mikrobioty jelitowej a postępem nieswoistego zapalenia jelit (IBD)5,6, a także zaburzenia poznawcze na osi jelitowo-mózgowej5,6,7,8. Bakteryjne pęcherzyki zewnątrzkomórkowe (BEV) wytwarzane przez bakterie odgrywają znaczącą rolę w tych procesach patologicznych.
BEV to nanoskalowe cząsteczki zawierające pochodne bakterii, o średnicach od 20 do 400 nm. Wykazano, że ułatwiają one interakcje między bakteriami a ich organizmami gospodarza9,10. Pomimo swojej niewidoczności, cząstki te przyciągają coraz większą uwagę badaczy ze względu na ich potencjalne szerokie zastosowania jako biomarkery diagnostyczne, cele terapeutyczne i nośniki dostarczania leków11. Ludzki kał, często używany jako próbki biologiczne do badania BEV, głównie pozyskiwany z bakterii jelitowych, zawiera złożoną mieszaninę między innymi wody, bakterii, lipidów, białek, niestrawionych resztek pokarmowych i złuszczonych komórek nabłonka. Skomplikowany skład kału stanowi wyzwanie dla izolacji i czystości pojazdów typu BEV, utrudniając w ten sposób kompleksową, obiektywną i realistyczną analizę pojazdów typu BEV. W związku z tym skuteczne strategie minimalizacji zakłóceń spowodowanych zanieczyszczeniem komponentów i zwiększenia wydajności pojazdów typu BEV okazały się krytycznymi kwestiami wymagającymi natychmiastowej uwagi.
Istniejące strategie izolacji w dużej mierze opierają się na technikach takich jak ultraszybkie wirowanie (UC), wirowanie w gradiacji gęstości (DGC) i chromatografia wykluczania wielkości (SEC)12,13,14,15,16,17. Obecnie DGC jest jedną z najpowszechniej stosowanych metod separacji BEV, obejmującą dwa tryby sedymentacji i pływania, "Top-down" i "Bottom-up", które są określane przez początkową pozycję obciążenia próbki. Metodologie te różnicują pęcherzyki zewnątrzkomórkowe (EV) od innych składników na podstawie różnic w wielkości i gęstości, uzyskując zmienną czystość i wskaźniki odzysku. Wcześniejsze badania wykazały, że strategie jednego podejścia są niewystarczające do odpowiedniego oddzielenia EV od rozpuszczalnych białek w próbkach płynów ustrojowych, takich jak lipoproteiny we krwi18 i białko Tamm-Horsfall w moczu19. Ponadto rozkład wielkości eukariotycznych pęcherzyków zewnątrzkomórkowych (EEV) często pokrywa się z rozkładem wielkości BEV, co wymaga dalszych ulepszeń metodologicznych w celu optymalizacji wydajności BEV. W związku z tym postęp w badaniach nad pojazdami typu BEV zależy od opracowania skutecznych metodologii separacji i oczyszczania. Warto zauważyć, że Tulkens i wsp15 zastosowali ortogonalną strategię biofizyczną do oddzielenia kałowych pojazdów BEV od EEV, w których czas wirowania w trybie DGC typu bottom-up wynosił do 18 godzin. W przeciwieństwie do tego, to badanie skróciło go do 7 godzin, znacznie oszczędzając czas ultrawirowania gradientowego i upraszczając proces.
W obecnym badaniu, wyizolowaliśmy i oczyściliśmy kałowe BEV przy użyciu dwóch trybów DGC w zoptymalizowanych warunkach buforowych, po wzbogaceniu BEV o zakres różnicowych prędkości wirowania, od niskiej do ekstremalnie wysokiej prędkości. Oceny oparte na morfologii, wielkości cząstek i stężeniu wykazały godną pochwały wydajność tej ulepszonej metody. Badanie to może posłużyć jako podstawa dla przyszłych badań, rozszerzając ich zastosowania na szerszą dziedzinę i oferując wgląd w niejednorodność pojazdów typu BEV w ludzkim ciele. Przyczynia się również do standaryzacji technik separacji i analizy BEV.