Pęcherzyki zewnątrzkomórkowe (EVs) są jednym z kluczowych elementów komunikacji międzykomórkowej we wszystkich organizmach wielokomórkowych1. EV to dwuwarstwowe cząsteczki błony lipidowej pochodzące z komórek, które mogą ułatwiać przenoszenie różnych ładunków, takich jak białka, lipidy i kwasy nukleinowe, do komórek biorców. EV mogą mieć szeroki zakres rozmiarów, od 30 nm do 1 μM. Małe EV (sEV), zdefiniowane jako pęcherzyki związane z lipidami o średniej średnicy <200 nm, mają zdolność przekraczania bariery krew-mózg; w związku z tym są one zaangażowane w podobne do prionów rozprzestrzenianie się i zaostrzenie chorób neurodegeneracyjnych i innych schorzeń, takich jak choroba Alzheimera (AD), otępienie czołowo-skroniowe (FTD), choroba Parkinsona (PD) i nowotwory2,3. Ponadto, ponieważ sEV można znaleźć w wielu płynach biologicznych, takich jak krew, płyn mózgowo-rdzeniowy (CSF), ślina, a nawet mocz, ich korzystne zastosowanie może obejmować dziedzinę biomarkerów i diagnostyki nieinwazyjnej. Na przykład badania nad chorobą Alzheimera mogą wskazywać na stosowanie proporcji białek patogennych dla płynów biologicznych, takich jak tau/Aβ, a nawet Aβ42/Aβ404.
Jednym ze znanych ładunków sEVs jest mikroRNA (miRNA), grupa małych, niekodujących cząsteczek RNA o długości około 22 nukleotydów, które wiążą się z regionami 3'-UTR mRNA i zazwyczaj negatywnie regulują ekspresję białka. Zaangażowane w wiele ról komórkowych, miRNA są również zaangażowane w patogenezę różnych chorób, w tym nowotworów i chorób neurodegeneracyjnych. Cheng i in. przeprowadzili wysokoprzepustową analizę sekwencjonowania sygnatur ekspresji miRNA sEV pochodzących z surowicy od pacjentów z AD5. Po połączeniu z zapisami neuroobrazowania i znanymi czynnikami ryzyka związanymi z wiekiem, płcią i prezentacją allelu APOE ε4, stwierdzono, że wyniki przewidują AD z 87% czułością i 77% swoistością. Co więcej, badania zidentyfikowały dwa miRNA CSF o podwyższonej regulacji (miR-151a-3p, let-7f-5p) i 3 miRNA o obniżonej regulacji (miR-27a-3p, miR-125a-5p i miR-423-5p), które mogą potencjalnie zdiagnozować wczesne stadium PD6. W przypadku chorób patologicznych stan patologiczny może poprzedzać pewne charakterystyczne objawy choroby, podczas gdy w neurodegeneracji nagromadzenie patologicznych cech charakterystycznych następuje znacznie wcześniej niż pogorszenie funkcji poznawczych.
MikroRNA są potencjalnie bardziej efektywnym biomarkerem niż białka, ze względu na ich różnorodne funkcje i regulację epigenetyczną wyższego rzędu. Korzystając z tkanki mózgowej, naukowcy mogą potencjalnie zidentyfikować specyficzne sygnatury miRNA sEV pochodzenia mózgowego (BDsEV) dla chorób i ich podtypów. Na przykład sEV z markerami neuronalnymi i glejowymi mogą prezentować różny ładunek miRNA, a analiza może skutkować bardziej precyzyjnymi metodami wykrywania chorób. Ponadto sugeruje się, że BDsEV odgrywają dużą rolę w transsynaptycznym rozprzestrzenianiu się białek neuropatogennych7. Poprzednie doniesienia sugerowały immunoprecypitację i ultrawirowanie gradientu gęstości (gradientu sacharozy) w celu uzyskania sEV ze świeżo zamrożonej tkanki mózgowej8,9. Jednak podejścia te wymagają specjalnej infrastruktury z ultrawirówkami i metodami oczyszczania w celu uzyskania wysokiej jakości próbek sEV 10. Nowsze raporty sugerują kilka modyfikacji i ulepszeń podejścia11,12,13; jednak mimo to izolacja i badanie mikroRNA pochodzącego z sEV z tkanek ludzkich nadal nie jest szeroko stosowane. Podejście opisane w tym protokole ma na celu zapewnienie udoskonalonego, krok po kroku protokołu badania sEV pochodzącego z mózgu, aby zwiększyć dostępność tej techniki. Ustaliliśmy protokół wykorzystujący minimalne ilości tkanki mózgowej, z którego wyizolowaliśmy czyste sEV za pomocą chromatografii wykluczania wielkości i pokazaliśmy wysokiej jakości dane sekwencjonowania nowej generacji z ładunku mikroRNA tych sEV.