Demonstramos como usar um novo instrumento de análise de rastreamento de nanopartículas para estimar a distribuição de tamanho e concentração total de partículas de vesículas extracelulares isoladas do tecido adiposo de camundongos e plasma humano.
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Demonstramos como usar um novo instrumento de análise de rastreamento de nanopartículas para estimar a distribuição de tamanho e concentração total de partículas de vesículas extracelulares isoladas do tecido adiposo de camundongos e plasma humano.
Os papéis fisiológicos e fisiofisiológicos de vesículas extracelulares (EVs) tornaram-se cada vez mais reconhecidos, tornando o campo EV uma área de pesquisa em rápida evolução. Existem muitos métodos diferentes para o isolamento do EV, cada um com vantagens e desvantagens distintas que afetam o rendimento a jusante e a pureza dos EVs. Assim, caracterizar a preparação de EV isolada de uma determinada fonte por um método escolhido é importante para a interpretação dos resultados a jusante e comparação dos resultados entre laboratórios. Existem vários métodos para determinar o tamanho e a quantidade de EVs, que podem ser alterados por estados da doença ou em resposta a condições externas. A análise de rastreamento de nanopartículas (NTA) é uma das tecnologias proeminentes utilizadas para análise de alto rendimento de EVs individuais. Aqui, apresentamos um protocolo detalhado para quantificação e determinação de tamanho de EVs isolados do tecido adiposo do rato e plasma humano usando uma tecnologia inovadora para a NTA representando grandes avanços no campo. Os resultados demonstram que este método pode fornecer dados de concentração de partículas e tamanho totais reprodutíveis e válidos para EVs isolados de diferentes fontes usando diferentes métodos, conforme confirmado pela microscopia eletrônica de transmissão. A adaptação deste instrumento para a NTA abordará a necessidade de padronização nos métodos NTA para aumentar o rigor e a reprodutibilidade na pesquisa de EV.
As vesículas extracelulares (EVs) são pequenas (0,03-2 μm) de vesículas ligadas à membrana secretadas por quase todos os tipos de células1. Eles são frequentemente referidos como "exossomos", "microvesículos" ou "corpos apoptóticos" dependendo de seu mecanismo de liberação e tamanho2. Embora inicialmente se pensasse que os EVs eram simplesmente um meio de eliminar resíduos da célula para manter a homeostase3, agora sabemos que eles também podem participar da comunicação intercelular via transferência de material molecular - incluindo DNA, RNA (mRNA, microRNA), lipídios e proteínas4,5 - e que eles são importantes reguladores da fisiologia normal, bem como processos patológicos1, 5,6,7,8.
Existem muitos métodos diferentes para isolar e quantificar EVs, que foram descritos em outros lugares9,10,11,12. O protocolo de isolamento usado, bem como a fonte de EVs, podem impactar muito o rendimento e a pureza do EV. Mesmo a centrifugação diferencial, considerada por muito tempo a abordagem "padrão-ouro" para o isolamento exóssomo, pode estar sujeita a variabilidade substancial, impactando posteriormente a população de EV obtida e análises a jusante13. Assim, as diferentes metodologias de isolamento e quantificação do EV dificultam a comparação, reprodução e interpretação dos resultados dos experimentos relatados na literatura14. Além disso, a liberação de EV pode ser regulada por condições celulares ou vários fatores externos. Tem sido sugerido que os EVs desempenham um papel na manutenção da homeostase celular protegendo as células contra o estresse intracelular15,como vários estudos têm mostrado que o estresse celular estimula a secreção de EV. Por exemplo, o aumento da liberação de EV foi relatado após exposição celular à hipóxia, estresse órticulo endoplasmático, estresse oxidativo, estresse mecânico, extrato de fumaça de cigarro e poluição atmosférica de material particulado16,17,18,19,20,21,22. A versão eV também foi mostrada como modificada in vivo; camundongos submetidos a uma dieta rica em gordura ou jejum por dezesseis horas liberaram mais EVs adipócitos23. Para investigar se um tratamento ou condição específico altera a liberação do EV, o número de EVs deve ser determinado com precisão. A avaliação da distribuição do tamanho do EV também pode indicar a origem subcelular predominante dos EVs (por exemplo, fusão de endosomes/corpos multivesiculares tardios com a membrana plasmática versus brotação da membrana plasmática)24. Assim, há necessidade de métodos robustos para medir com precisão a concentração total e a distribuição de tamanho da preparação de EV que está sendo estudada.
Um método rápido e altamente sensível para a visualização e caracterização de EVs na solução é a análise de rastreamento de nanopartículas (NTA). Uma explicação detalhada dos princípios deste método e a comparação com métodos alternativos de avaliação do tamanho e concentração de EV foram descritas anteriormente25,26,27,28. Resumidamente, durante a medição da NTA, os EVs são visualizados pela luz espalhada quando são irradiados com um raio laser. A luz dispersa é focada por um microscópio em uma câmera que registra o movimento das partículas. O software NTA rastreia o movimento térmico aleatório de cada partícula, conhecido como movimento browniano, para determinar o coeficiente de difusão que é usado para calcular o tamanho de cada partícula usando a equação de Stokes-Einstein. A NTA foi aplicada pela primeira vez à medição de EVs em uma amostra biológica em 201125. Até recentemente, havia apenas duas empresas tradicionais oferecendo instrumentos NTA comerciais29 até a introdução do ViewSizer 3000 (doravante chamado de instrumento de rastreamento de partículas) que usa uma combinação de novas soluções de hardware e software para superar limitações significativas de outras técnicas NTA.
O instrumento de rastreamento de partículas caracteriza nanopartículas em amostras líquidas analisando seu movimento browniano e caracteriza partículas maiores do tamanho de micron, analisando a fixação gravitacional. O sistema óptico único deste instrumento, que inclui iluminação multiespectral com três fontes de luz laser (a 450 nm, 520 nm e 635 nm), permite que os pesquisadores analisem uma ampla gama de tamanhos de partículas (por exemplo, exosósmos, microvesculas) simultaneamente. Um esquema da configuração do instrumento é mostrado na Figura 1.
Aqui, demonstramos como realizar a distribuição de tamanho de partículas e medições de concentração de mouses isolados e EVs humanos usando um novo instrumento NTA.

Figura 1: Sistema óptico do instrumento de rastreamento de partículas. O instrumento NTA ilumina partículas usando três lasers com os seguintes comprimentos de onda: 450 nm, 520 nm, 635 nm. A gravação de vídeo da luz dispersa de partículas individuais é detectada e rastreada por uma câmera de vídeo digital orientada a 90° do cuvette. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
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Todos os trabalhos com essas amostras foram realizados em conformidade com as diretrizes do Comitê Institucional de Cuidados e Uso de Animais e do Conselho de Revisão Institucional. Uma visão geral esquemática do método NTA é retratada na Figura 2.

Figura 2: Visão geral do método NTA utilizando o instrumento de rastreamento de partículas. A amostra é preparada e inserida no instrumento. O software NTA é aberto, os parâmetros de gravação são ajustados e a amostra é focada. Em seguida, os dados são gravados, processados e exibidos. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
1. Isolamento vesícula extracelular
NOTA: Os EVs de tecido adiposo do mouse perigonadal foram isolados como descrito anteriormente23. Os EVs de plasma foram isolados a partir de 1 mL de plasma humano usando o seguinte protocolo:
2. Purificação de EVs isolados
3. Elução da amostra
4. Preparação da amostra para análise de rastreamento de nanopartículas

Figura 3: Orientação adequada da inserção dentro da cuvette de quartzo. O "entalhe" da inserção deve ser visível na parte frontal da cuvette. Isso deve ser inserido no instrumento voltado para a câmera. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 4: Exibição de transmissão ao vivo representativa de um diluído dentro da faixa de concentração adequada de um branco. Prepara-se EV diluído em PBS filtrado (0,02 μm ou 3 kDa, preferencial). Um bom branco exibirá ~1-10 partículas por tela na visualização ao vivo, produzindo uma concentração dentro da faixa 105-106. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
5. Procedimento de inicialização do instrumento de rastreamento de partículas

Figura 5: Orientação adequada da cuvette dentro do instrumento de rastreamento de partículas. A face do cuvette (com o "entalhe" da inserção visível) deve ficar de frente para a câmera. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 6: Visualizações de transmissão ao vivo representativas mostrando foco em partículas. (A) Uma visão de transmissão ao vivo de partículas não em foco. As partículas têm halo semelhante a brilho ou parecem embaçadas. Ajuste o foco. (B) Um exemplo de visualização ao vivo das partículas em foco adequado. As menores partículas estão em foco. Comece a gravar. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 7: Visualizações representativas de transmissão ao vivo representando diferentes diluições de partículas. (A) Um exemplo de visualização de transmissão ao vivo de uma amostra muito concentrada. Gravar uma amostra muito concentrada produzirá resultados imprecisos. (B) Uma visão de transmissão ao vivo de uma amostra devidamente diluída. Há 60-100 partículas visíveis na tela e o registro resulta em uma concentração bruta de 5 x 106- 2 x 108 partículas/mL. (C) Uma visão de transmissão ao vivo de uma amostra muito diluída. Se uma amostra for tão diluída, não haverá partículas suficientes rastreadas, diminuindo o tamanho da amostra e, portanto, os resultados serão estatisticamente inválidos. Neste caso, recomenda-se aumentar o número de vídeos gravados. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
6. Aquisição de dados de vídeo
7. Processar dados adquiridos
8. Exibir e interpretar resultados
9. Limpeza das cuvetas
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Antes desta demonstração, a calibração do instrumento foi testada pela primeira vez para garantir a validade dos dados adquiridos, medindo a distribuição de tamanho das normas de contas de poliestireno. Testamos a distribuição de tamanho de contas de 100 nm e 400 nm usando os parâmetros de gravação padrão e as configurações de processamento recomendadas neste protocolo(Figura 8).
Para o padrão de contas de poliestireno de 100 nm, foi medida uma concentração de 4,2...
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Aqui, demonstramos um protocolo para nta de EVs medir a distribuição de tamanho de uma ampla gama de tamanhos de partículas simultaneamente e medir a concentração total de EV em uma amostra de polidisperse. Neste estudo, o tecido adiposo do rato perigonadal e o plasma humano foram usados como fonte de EVs. No entanto, EVs isolados de outros tecidos ou fluidos biológicos, como soro, urina, saliva, leite materno, fluido amniótico e supernanato de cultura celular também podem ser usados para NTA. As medições das normas de c...
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Todos os autores declararam que não há conflitos de interesse.
Este trabalho foi apoiado pelos Institutos Nacionais de Saúde (ES030973-01A1, R01ES025225, R01DK066525, P30DK026687, P30DK063608). Reconhecemos Jeffrey Bodycomb, Ph.D. da HORIBA Instruments Incorporated por sua ajuda para calibrar o instrumento.
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| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| 1X dPBS | VWR | 02-0119-1000 | Para diluir amostras |
| 100 nm talão padrão | Thermo Scientific | 3100A | Para testar a calibração ViewSizer 3000 |
| 400 nm talão padrão | Thermo Scientific | 3400A | Para testar a calibração ViewSizer 3000 |
| Unidade de filtro centrífugo | Amicon | UFC901024 | Para filtrar PBS diluente |
| Tubos de coleta, 2 mL | Qiagen | 19201 | Para isolamento de vesículas extracelulares de plasma humano |
| Espanador de ar comprimido | DustOff | DPSJB-12 | Para limpar cubetas |
| Inserção de cubeta | HORIBA | Scientific-Fornecido | com a compra do ViewSizer 3000 |
| Gabarito de cubeta | HORIBA | Scientific-Para | alinhar a barra de agitação magnética ao colocar inserções dentro da cubeta; Fornecido com a compra do ViewSizer 3000 |
| Água desionizada | VWR | 02-0201-1000 | Para limpar cubetas |
| Computador de mesa com monitor, teclado, mouse e todos os cabos necessários | Fornecido | pela Dell com a compra do ViewSizer 3000 | |
| Etanol (70-100%) | Millipore Sigma-Para | limpar cubetas | |
| ExoQuick ULTRA | System Biosciences | EQULTRA-20A-1 | Para isolamento de vesículas extracelulares de plasma humano |
| Frascos de cintilação de vidro com tampas | Thermo Scientific | B780020 | Para limpar cubetasFerramenta |
| "Gancho" | Excelta-Fornecido | com a compra de ViewSizer 3000 | |
| Pano de microfibra sem fiapos | Texwipe | TX629 | Para limpar cubetas e cobrir a superfície de trabalho |
| Tubos de microcentrífuga, 2 mL | Eppendorf | 22363344 | Para isolamento de vesículas extracelulares de plasma humano |
| Barra de agitação | Sp Scienceware | F37119-0005 | |
| Cubeta de quartzo Suprasil com tampa | Agilent Technologies | AG1000-0544 | Inicialmente fornecido com a compra do ViewSizer 3000 |
| ViewSizer 3000 | HORIBA Scientific | - | instrumento de rastreamento de nanopartículas |
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