W tym artykule opisano protokół pobierania i wykrywania miR-15a z łez jako nowego narzędzia diagnostycznego retinopatii cukrzycowej.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
W tym artykule opisano protokół pobierania i wykrywania miR-15a z łez jako nowego narzędzia diagnostycznego retinopatii cukrzycowej.
Retinopatia cukrzycowa (DR) jest poważnym powikłaniem cukrzycy, dotykającym znaczny odsetek populacji diabetyków. Wczesna diagnoza i interwencja są kluczowe dla zapobiegania nieodwracalnej utracie wzroku. Obecne metody diagnostyczne, choć skuteczne, mają swoje ograniczenia. miRNA, małe niekodujące RNA, które hamuje stabilność i/lub translację mRNA poprzez wiązanie się z 3'-nieprzetłumaczonymi regionami (3'-UTR) docelowych mRNA, jest coraz częściej uznawane za istotnie powiązane z cukrzycą i może być uzyskane z łez. Badanie to badało potencjał egzosomalnego miR-15a pochodzącego z płynu łzowego jako nowego markera diagnostycznego dla DR. Pobrano próbki łez od 135 pacjentów z cukrzycą (36 z retinopatią cukrzycową [DR] i 50 bez DR) oraz 49 zdrowych kontrolnych osób. Izolowano egzosomy, a poziomy ekspresji miR-15a zmierzono za pomocą cyfrowego PCR kroplowego (ddPCR). Wyniki wykazały, że ekspresja miR-15a egzosomów była zmieniona u pacjentów z cukrzycą i DR w porównaniu z osobami zdrowymi. Wyniki te wskazują, że egzosomalny miR-15a pochodzący z płynu łezowego może odgrywać rolę w molekularnych mechanizmach leżących u podstaw cukrzycy i jej powikłań. Ponadto ma potencjał jako nieinwazyjny i wiarygodny biomarker diagnostyczny retinopatii cukrzycowej, oferując wysoką czułość i swoistość.
Retinopatia cukrzycowa (DR) jest jednym z najczęstszych powikłań mikronaczyniowych cukrzycy, zagrażając wzroku milionów osób na całym świecie. Globalna częstość występowania DR na podstawie danych populacyjnych IDP Atlas 2019 została oszacowana na 22,7% spośród całej populacji diabetyków na świecie, przy czym liczba nowych przypadków stale rośnie, szczególnie w krajach rozwiniętych i rozwijającychsię 1. Klinicznie DR charakteryzuje się wczesnym stadium DR lub nieproliferacyjnym retinopatią cukrzycową (NPDR), późnym stadium DR lub proliferacyjnym retinopatią cukrzycową (PDR) oraz obecnością obrzęku plamki żółtej. Zwiększona przepuszczalność naczyń i zablokowanie naczyń to dwie najczęstsze zmiany patologiczne obserwowane w NPDR, a nieprawidłowa neowaskularyzacja tęczówki, plamki, dysku wzrokowego lub siatkówki obserwuje się w przypadku PDR 2,3. Przejście w PDR, które może potencjalnie prowadzić do krwotoku szklistego i odwarstwienia siatkówki, może powodować poważne zaburzenia widzenia3. We wszystkich przypadkach zmiany patologiczne można wykryć za pomocą funduskopii lub badania fotografii dna dna przez wykwalifikowanych okulistów4. Stosując standardową metodę fotografii dna dna, retinopatię cukrzycową można wykryć z czułością 78%-96% i specyficznością 86%-97%5. Jednak ta metoda wykrywa ją dopiero po uszkodzeniu siatkówki. Istnieje niezaspokojona potrzeba wczesnego wykrywania DR przed pojawieniem się klinicznie widocznych objawów siatkówki, takich jak krwotok z blot, mikrotętniaki, wysięki oraz proliferacja nowych naczyń.
Rozwój narzędzi molekularnych doprowadził do odkrycia egzosomów jako potencjalnego narzędzia diagnostycznego dla różnych chorób, w tym nowotworów i chorób sercowo-naczyniowych 6,7. Egzosomy to nanowielkości cząstki związane membraną dwuwarstwową lipidową, wydzielane przez większość komórek do przestrzeni pęcherzyków zewnętrznych (EV). Egzosomy te mogą być transportowane przez biopłyny, takie jak krew, łzy, ślina i mocz, co czyni je łatwo dostępnymi do nieinwazyjnych lub minimalnie inwazyjnych procedur diagnostycznych8. Zawierają różne markery komórek pochodzenia, w tym białka, lipidy i kwasy nukleinowe. Szczególnie interesujące są małe, niekodujące RNA przenoszone w elektrowniach elektrycznych. Chociaż te RNA nie są kodowane dla białek, odgrywają kluczowe role w regulacji genów i są powiązane z wieloma procesami fizjologicznymi i patologicznymi, w tym w komórkach β trzustki, które odgrywają duże znaczenie w rozwoju cukrzycy 9,10.
Konkretnie, miR-15a wykazano silny związek z rozwojem cukrzycy, głównie poprzez regulację produkcji insuliny i funkcji komórek beta-trzustkowych11. Nasza grupa niedawno wykazała, że miR-15a jest zmieniony w osoczu retinopatii cukrzycowej. Ponadto wykazano, że miR-15a jest wydzielany przez beta-komórki trzustki i przemieszcza się przez krwiobieg do siatkówki12. Płyn łzowy jest uważany za łatwo dostępny płyn, łatwo dostępny z oka w sposób nieinwazyjny i opłacalny13. Zawiera mieszaninę różnych białek, lipidów, elektrolitów i innych cząsteczek, co odzwierciedla stan fizjologiczny powierzchni oka i otaczających tkanek, w tym siatkówki. Więcej miRNA wykryto w płynie łzowym niż w surowicy i roztworze humoru wodnego15,16. Skład łzy zmienia się w odpowiedzi na różne schorzenia ogólnoustrojowe, w tym cukrzycę17. W rzeczywistości analiza płynu łzowego wykazuje obiecujący potencjał do monitorowania i diagnozowania innych chorób niezwiązanych z oczami, takich jak stwardnienie rozsiane i rak piersi18,19. Przy bezpośrednim powiązaniu retinopatii cukrzycowej z okiem, bardziej istotne byłoby poszukiwanie potencjalnych właściwości diagnostycznych płynu łzowego w tej chorobie. Poziomy IL-1RA, IL-8, IL-6 i TNF-α w płynach łzowych pacjentów z retinopatią cukrzycową zaobserwowano zmiany, które również zmieniają się w zależności od ciężkości choroby20,21. W porównaniu z tradycyjnym badaniem funduskopią, analiza płynu łzowego w retinopatii cukrzycowej oferuje potencjalne korzyści pod względem dostępności, nieinwazyjnej i swoistości oraz umożliwia wczesne wykrycie przed rozwojem choroby22.
Dlatego głównym celem tego badania jest zbadanie potencjału egzosomalnego miR-15a pochodzącego z płynu łzowego jako nowego markera diagnostycznego retinopatii cukrzycowej poprzez izolację miRNA oraz ilościowe określenie z płynów łzowych populacji z retinopatią cukrzycową. Dzięki temu powstałaby nowa metoda wykrywania retinopatii cukrzycowej za pomocą przesiewu płynu łzowego, którą można wykryć jeszcze przed pojawieniem się powikłań siatkówki, umożliwiając wczesne działania zapobiegawcze lub terapeutyczne.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Badanie zostało przeprowadzone za zgodą Komitetu Etycznego ds. Badań Medycznych Universiti Malaya Medical Centre (numer referencyjny: 20165-2446). Przed rekrutacją uzyskano pisemną zgodę wszystkich ludzi. Łącznie 135 osób z pacjentów uczęszczających do kliniki okulistycznej Universiti Malaya Medical Centre (UMMC) w Kuala Lumpur zostało włączonych łącznie 135 osób. Kryteria włączenia obejmowały pacjentów, którzy korzystali z usług w ramach UMMC i byli w wieku od 20 do 80 lat. Pacjenci poddawani aktywnemu leczeniu insuliną, z historią leczenia laserowego lub anty-VEGF w ciągu ostatnich 3 miesięcy, lub stosującymi regularne leki przeciwpłytkowe lub leki przeciwzakrzepowowe zostały wykluczone z badania. Osoby podzielono następnie na trzy grupy: (1) zdrowa kontrola (kontrola), (2) cukrzyca bez retinopatii (DM bez DR) oraz (3) cukrzyca z retinopatią (DR). Podsumowanie protokołu przedstawiono na Rysunku 1. Szczegóły dotyczące odczynników i sprzętu używanego w tym badaniu znajdują się w Tabeli Materiałów.

Rysunek 1: Przegląd protokołu. Proszę kliknąć tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.
1. Przygotowanie materiałów
2. Przygotowanie osób ludzkich
3. Zbieranie ludzkiego płynu łezowego
4. Wstępne przetwarzanie próbek łez
5. Izolacja egzosomów
UWAGA: Izolacja RNA przeprowadza się przy użyciu komercyjnie dostępnego zestawu zgodnie z protokołem producenta (patrz Tabela materiałów).
6. Izolacja RNA
UWAGA: Izolacja RNA przeprowadza się przy użyciu komercyjnie dostępnego zestawu zgodnie z protokołem producenta (patrz Tabela materiałów).
7. Synteza cDNA
| Składnik | Objętość/reakcja |
| Bufor RT 10x | 1,5 μL |
| 100M mieszanka dNTP | 0,15 μL |
| Inhibitor RNAse (200U/μL) | 0,19 μL |
| Enzym RT Multiscribe (50U/μl) | 1 μl |
| 20x RT Primer | 0,75 μL |
| Woda wolna od RNAe | 1,51 μL |
| Przykład | 9,9 μL |
| Całkowity wolumen | 15 μL |
Tabela 1: Przygotowanie mieszanki głównej PCR używanej do syntezy cDNA z izolowanego RNA.
| Krok | Temperatura | Czas trwania |
| Transkrypcja wsteczna | 16 °C | 30 min |
| 42 °C | 30 min | |
| Stop | 85 °C | 5 min |
| Zatrzymaj | 4 °C |
Tabela 2: Warunki termocykliczne dla syntezy cDNA.
8. Cyfrowe kropelki PCR
UWAGA: Cyfrowe krople PCR (ddPCR) wykonywane jest przy użyciu komercyjnie dostępnych zestawów zgodnie z protokołami producenta (patrz Tabela materiałów).
| Składnik | Objętość/reakcja |
| 2x ddPCR supermix dla sond (bez dUTP) | 10 μL |
| 20x Zapalniki/sonda | 1 μL |
| Przykład | 7 μL |
| Woda wolna od RNAe | 2 μL |
| Całkowity wolumen | 20 μL |
Tabela 3: Przygotowanie miksu PCR używanego do ddPCR.
| Krok | Temperatura | Czas trwania | Rampa | Cykl |
| Aktywacja enzymów | 95 °C | 10 min | ~2 °C/s na każdy krok | 1 |
| Denaturacja | 94 °C | Lata 30 | 40 | |
| Wyżarzanie | 60 °C | 1 min | 40 | |
| Deaktywacja enzymów | 98 °C | 10 min | 1 | |
| Zatrzymaj | 4 °C | Nie ma | Nie ma |
Tabela 4: Warunki termocykliczne dla ddPCR.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Krzywa standardowa
Stworzono standardową krzywą, aby określić dokładną ilość łez pobranych od każdego pacjenta. Zasadniczo różne objętości konserwantów w zakresie od 3 μL do 25 μL były wystawione na działanie pasków Schirmera. Obserwowano także odległość mokrego obszaru na Schirmerze. Procedurę powtarzano trzy razy dla każdej procedury, a średni odczyt był obliczany. Utworzono standardową krzywą objętości zebranych łez względem odległości mokrych obszarów Schirmera (Rysunek 2
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Badanie dna dna, optyczna tomografia koherencji oraz angiografia fluoresceinowa to obecnie dostępne techniki wykrywania retinopatii cukrzycowej. Te trzy techniki są często stosowane razem, aby zapewnić kompleksową ocenę różnych chorób siatkówki i naczyniówki. Funduskopia to badanie kliniczne rutynowo wykonywane podczas oceny retinopatii cukrzycowej. Metoda ta jest stosowana przez wykwalifikowanych okulistów i stanowi złoty standard w diagnozowaniu retinopatii cukrzycowej. Metoda ta umożliwia szczegółową ocenę siatkówki i...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy deklarują, że nie mają ze sobą rywalizujących interesów.
Badania te zostały wsparte przez Alcon Research Institute (IF011-2020) oraz FOM UMSC Care Postdoctoral Research Grant 2021.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 0,9% chlorku sodu w otoczeniu | Ain Medicare Sdn Bhd | GB16165967618 | |
| 1x fosforanowa sól buforowa | Thermo Fisher Scientific | 10010-023 | |
| Biosystemy stosowane Zestaw do transkrypcji odwrotnej mikroRNA TaqMan | Biosystemy stosowane | 4366596 | |
| ddPCR Supermix dla sond (brak dUTP) | Laboratoria BioRad | 1863024 | |
| Płyty ddPCR 96-dołkowe | Laboratoria BioRad | 12001925 | |
| Naboje DG8 | Laboratoria BioRad | 1864008 | |
| Uszczelki DG8 | Laboratoria BioRad | 1863009 | |
| Olej generujący krople dla sond | Laboratoria BioRad | 1863005 | |
| Zestaw izolacyjny egzosomów egzospin-96 | Systemy naprowadzania komórek | EX07-96 | |
| miRNeasy Serum/Zaawansowany Zestaw Plazmowy | Qiagen | 217204 | |
| Uszczelniacz płyt PX1 PCR | Laboratoria BioRad | 1814000 | |
| Cyfrowy system PCR QX100 z kroplami | Laboratoria BioRad | QX100 | |
| QXDx Generator kropli | Laboratoria BioRad | 12001049 | |
| Pas Schirmera | Optitech | SCH-100 | |
| Termiczny cykler T100 | Laboratoria BioRad | 1861096 | |
| Test mikroRNA Taqmana MTOMED 20 (ID testu: 000389 ) | Biosystemy stosowane | 4440887 | Sekwencja celu: UAGCAGCAUAAUGGUUUGUG |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.