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Research Article
Yuan Cao*1,2, Ji-Yu Qiu*1,3, Da Chen1,2, Chen-Yao Li1,4, Shu-Juan Xing1,5, Chen-Xi Zheng1, Xin Liu2, Yan Jin1,6, Bing-Dong Sui1
1State Key Laboratory of Military Stomatology & National Clinical Research Center for Oral Diseases & Shaanxi International Joint Research Center for Oral Diseases, Center for Tissue Engineering, School of Stomatology,The Fourth Military Medical University, 2Department of Orthodontics, School of Stomatology,The Fourth Military Medical University, 3Department of VIP Dental Care, School of Stomatology,The Fourth Military Medical University, 4School of Basic Medicine,The Fourth Military Medical University, 5College of Life Science,Northwest University, 6Xi'an Institute of Tissue Engineering and Regenerative Medicine
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
O presente protocolo descreve um método para extração de vesículas extracelulares do sangue periférico e tecidos sólidos com posterior perfilamento de antígenos de superfície e cargas proteicas.
As vesículas extracelulares (EVs) circulantes e residentes nos tecidos representam alvos promissores como novos biomarcadores teranósticos, e emergem como importantes atores na manutenção da homeostase do organismo e na progressão de um amplo espectro de doenças. Enquanto a pesquisa atual se concentra na caracterização de exossomos endógenos com origem endossomal, microvesículas que sopram da membrana plasmática têm ganhado atenção crescente na saúde e na doença, que são caracterizadas por uma abundância de moléculas de superfície recapitulando a assinatura da membrana das células parentais. Aqui, um procedimento reprodutível é apresentado baseado na centrifugação diferencial para extrair e caracterizar EVs do plasma e tecidos sólidos, como o osso. O protocolo descreve ainda o perfil subsequente de antígenos de superfície e cargas proteicas de EVs, que são rastreáveis por suas derivações e identificados com componentes relacionados à função potencial. Este método será útil para análise correlacional, funcional e mecanística de EVs em estudos biológicos, fisiológicos e patológicos.
Vesículas extracelulares (EVs) têm sido propostas para definir estruturas extracelulares liberadas de lipídios e fechadas por bicamadas1, que desempenham papéis importantes em vários eventos fisiológicos e patológicos2. Os EVs liberados por células saudáveis podem ser amplamente divididos em duas categorias principais, a saber, exossomos (ou pequenos EVs) formados através de uma via de tráfego endocítico intracelular3 e microvesículas (ou grandes EVs) desenvolvidas pelo brotamento externo da membrana plasmática da célula4. Enquanto muitos estudos enfocam a função dos EVs coletados de células cultivadas in vitro5, os EVs derivados da circulação ou tecidos são mais complexos e heterogêneos, o que tem a vantagem de refletir o verdadeiro estado do organismo in vivo6. Além disso, quase todos os tipos de tecidos podem produzir EVs in vivo, e esses EVs podem atuar como mensageiros dentro do tecido ou ser transferidos por vários fluidos corporais, especialmente o sangue periférico, para facilitar a comunicação sistêmica7. Os EVs na circulação e nos tecidos também são alvos para o diagnóstico e tratamento da doença8.
Enquanto os exossomos têm sido intensamente estudados nos últimos anos, as microvesículas também têm funções biológicas importantes, que podem ser facilmente extraídas sem ultracentrifugação, promovendo pesquisas básicas eclínicas9. Notadamente, uma questão crítica em relação aos EVs isolados da circulação e dos tecidos é que eles são derivados de diferentes tipos celulares10. Uma vez que as microvesículas são sopradas da membrana plasmática e caracterizadas por uma abundância de moléculas de superfície celular9, o uso de marcadores da membrana da célula de origem para identificar a origem celular desses EVs é viável. Especificamente, a técnica de citometria de fluxo (FC) pode ser aplicada para detectar marcadores de membrana. Além disso, os pesquisadores podem isolar os EVs e fazer análises adicionais com base nas cargas funcionais.
O presente protocolo fornece um procedimento minucioso para extração e caracterização de EVs de amostras in vivo. Os EVs são isolados via centrifugação diferencial, e a caracterização dos EVs inclui identificação morfológica via análise de rastreamento de nanopartículas (NTA) e microscopia eletrônica de transmissão (MET), análise de origem via FC e análise de carga proteica via western blot. O plasma sanguíneo e o osso maxilar de camundongos são usados como representantes. Os pesquisadores podem consultar este protocolo para EVs de outras fontes e fazer as modificações correspondentes.
Os experimentos com animais foram realizados de acordo com as Diretrizes do Comitê Institucional de Cuidados e Uso de Animais da Quarta Universidade Médica Militar e as diretrizes do ARRIVE. Para o presente estudo, camundongos C57Bl/6 com 8 semanas de idade (sem preferência por fêmeas ou machos) foram utilizados. As etapas envolvidas no isolamento dos EVs plasmáticos e teciduais estão ilustradas na Figura 1. O plasma é tomado como um representante para descrever o procedimento de isolamento EV de fluidos corporais. O osso maxilar é tomado como um representante para explicar o procedimento de isolamento EV dos tecidos sólidos.
1. Preparo das amostras de plasma e osso maxilar
2. Extração de EVs
3. Identificação morfológica dos EVs
4. Análise de origem dos EVs
NOTA: A identificação da origem celular dos EVs requer a aplicação de anticorpos para marcadores típicos da membrana celular. O volume plasmático mínimo para extrair os EVs para o procedimento abaixo é de 300 μL. Com base nas estruturas da bicamada lipídica dos EVs, o corante de membrana pode ser usado para marcá-los. Para amostras de plasma sanguíneo, o CD18 para linfócitos14 é escolhido para representação. Para amostras de osso maxilar, o receptor associado aos osteoclastos (OSCAR) para osteoclastos15 é selecionado como exemplo. Antes da CF, certifique-se de que o citômetro de fluxo esteja adaptado para a medição de EVs16, pois o limite inferior de tamanho é amplamente diferente entre citômetros de fluxo distintos.
5. Análise do teor de proteínas de EVs
NOTA: A análise do teor de proteínas dentro dos EVs é realizada via western blot. Por exemplo, os EVs plasmáticos e ósseos foram selecionados para analisar a 6-fosfogluconato desidrogenase (PGD) e a piruvato quinase M2 (PKM2) quanto ao estado metabólico. Golgin84 (organela de Golgi) foi usado como controle negativo, e Flotillina (proteína de membrana), Caveolina (proteína integral das cavéolas) e β-actina (citoesqueleto)17 foram usadas como controle positivo em EVs em comparação com amostras celulares. Mitofilina e α-Actinina-4 foram escolhidas como grandes marcadores de EV, enquanto CD9 e CD81 foram escolhidos como pequenos marcadores de EV para demonstrar as subpopulações de EV18. A apoa1 foi selecionada como marcador de lipopartículas plasmáticas19. Para obter os respectivos detalhes do reagente, consulte Tabela de materiais.
De acordo com o fluxo de trabalho experimental, os VE podem ser extraídos do sangue periférico e dos tecidos sólidos (Figura 1). O osso maxilar de um camundongo com 8 semanas de idade é de aproximadamente 0,1 ± 0,05 g, e cerca de 300 μL de plasma podem ser coletados do camundongo. Seguindo as etapas do protocolo, 0,3 mg e 3 μg de VE podem ser coletados, respectivamente. Conforme analisado por MET e NTA, as características morfológicas típicas dos EVs são vesículas redondas de membrana em forma de taça com diâmetro variando de 50-300 nm (Figura 2). A FC pode detectar os EVs marcados com corante de membrana sob controles úteis, e a análise de FC mostra as porcentagens de marcadores de membrana específicos expressos em EVs que implicam sua origem a partir de células parentais (Figura 3). A análise de Western blot mostra a expressão de PGD e PKM2, respectivamente, como representativa do conteúdo proteico em EVs plasmáticos e ósseos, indicando o estado metabólico (Figura 4). A expressão negativa de Golgin84 em EVs também é detectada com a presença de Mitofilina, α-Actinina-4, Flotillina-1, Caveolina-1 e β-actina, que é comumente enriquecida em grandes EVs (microvesículas) derivadas da membrana plasmática. O pequeno marcador EV CD9 também pode ser detectado, enquanto a expressão de CD81 é baixa ou ausente, com ausência de existência de Apoa1 nas EVs plasmáticas (Figura 4).

Figura 1: Ilustração do protocolo de extração de EVs. (A) Os passos para extrair EVs de plasma de sangue periférico com centrifugação diferencial. (B) Os passos para extrair EVs teciduais com centrifugação diferencial. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2: Identificação morfológica dos EVs. (A) Imagem representativa do microscópio eletrônico de transmissão (MET) mostrando a morfologia dos EVs. Barra de escala = 200 nm. (B) Imagens representativas de análise de rastreamento de nanopartículas (NTA) e resultados de quantificação mostram a distribuição de tamanho e o número de partículas de EVs. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3: Análise da origem dos EVs . (A) Os diferentes conjuntos de tubos com diferentes controles do experimento. (B) A distribuição das esferas de tamanho de 1 μm, 0,5 μm e 0,2 μm mostrada no gráfico disperso. (C) Gráficos de densidade representativa mostrando PBS (tubo A), coloração simples de EVs (tubo B), coloração simples de corante de membrana (tubo C) e dupla coloração de amostras de EV (tubo D). (D) Análise por citometria de fluxo da porcentagem de EVs CD18 positivos em EVs de plasma sanguíneo em vermelho em comparação com o controle de anticorpos secundários apenas em preto. (E) Análise por citometria de fluxo da porcentagem de EVs OSCAR positivos de amostras ósseas em vermelho em comparação com o controle de anticorpos secundários apenas em preto. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 4: Análise do conteúdo proteico de EVs. (A) Imagens representativas de Western blot de EV plasmáticas mostrando a presença de 6-fosfogluconato desidrogenase (PGD) e Mitofilina, α-Actinina-4, CD9, Flotin-1, Caveolina-1 e β-actina em EVs plasmáticos e a expressão negativa de CD81, Golgin84 e Apoa1. (B) Western blot representativo de imagens EV ósseas mostrando a presença de piruvato quinase M2 (PKM2) e mitofilina, α-Actinina-4, CD9, CD81, Flotin-1, Caveolina-1 e β-actina em EVs ósseos e a expressão negativa de Golgin84. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
| Número | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| BSA (μL) | 0 | 1 | 2 | 4 | 8 | 12 | 16 | 20 |
| NS (μL) | 20 | 19 | 18 | 16 | 12 | 8 | 4 | 0 |
Tabela 1: Solução de trabalho padrão do ensaio de BCA. Adicionar 0,5 mg/mL de SC e 0,9% de SF em três poços duplicados, conforme mostrado na tabela.
Os autores não têm conflitos de interesse a declarar.
O presente protocolo descreve um método para extração de vesículas extracelulares do sangue periférico e tecidos sólidos com posterior perfilamento de antígenos de superfície e cargas proteicas.
Este trabalho foi apoiado por bolsas da Fundação Nacional de Ciências Naturais da China (32000974, 81870796, 82170988 e 81930025) e da Fundação de Ciência Pós-Doutoral da China (2019M663986 e BX20190380). Somos gratos pela assistência do National Experimental Teaching Demonstration Center for Basic Medicine (AMFU).
| 4% de paraformaldeído | Microscópio eletrônico de transmissão | 143174 Biosharp | |
| Anticorpo secundário anti-cabra Alexa fluor 488 | Yeason | 34306ES60 | Citometria de fluxo |
| Alexa fluor 488 anticorpo secundário de coelho | Invitrogen | A11008 | Citometria de fluxo |
| Anticorpo anti-CD18 | Abcam | ab131044 | Citometria de fluxo |
| Anticorpo anti-CD81 | Abcam ab109201 | Anticorpo anti-CD9 Western blot | |
| Huabio | ET1601-9 | ||
| Anticorpo anti-mitofilina | Western blotAbcam | ab110329 | Western blot |
| APOA1 Rabbit pAb | Abclone | A14211 | Western blot |
| Kit de ensaio de proteína BCA | TIANGEN | PA115 | Western blot |
| BLUeye Prestained Protein Ladder | Sigma-Aldrich | 94964-500UL | Western blot |
| Albumina de soro bovino | MP Biomedical | 218072801 | Western blot |
| Anticorpo Caveolina-1 | Santa Cruz Biotechnology | sc-53564 | Western blot |
| CellMask Coloração laranja da membrana plasmática | Invitrogen | C10045 | Citometria de fluxo |
| Quimioluminescência | Amersham Biosciences | N / A | Western blot |
| Tesoura de operação curva | JZ Instrumento cirúrgico | J21040 | EV isolamento |
| Balança eletrônica | Zhi Ke | ZK-DST | EV isolamento |
| Epoch espectrofotômetro | BioTek | N/A | Western blot |
| Eppendorf tubos | Eppendorf Eppendorf | 3810X | EV isolamento |
| Flotillin-1 anticorpo | PTM BIO | PTM-5369 | Western blot |
| Sistema de imagem em gel | Tanon | 4600 | Western blot |
| Golgin84 | Novus | nbp1-83352 | Grades de Western blot |
| - Formvar/Carbon Coated - Cobre 200 mesh | Polysciences | 24915 | Microscópio eletrônico de transmissão | Solução
| de heparina | Célula-tronco | 7980 | EV isolamento |
| Liberase Grau de pesquisa | Sigma-Aldrich | 5401127001 | isolamento EV |
| Pinça microscópica | JZ Instrumento cirúrgico | JD1020 | EV isolamento |
| NovoCyte citômetro de fluxo | ACEA | N/A | Citometria de fluxo |
| Omni-PAGE Hepes-Tris Géis Hepes 4~20%, 10 poços | Epizyme | LK206 | Western blot |
| OSCAR( D-19) anticorpo | Santa Cruz Biotechnology | SC-34235 | Citometria de fluxo |
| PBS (2x) | ZHHC | PW013 | Western blot |
| Pentobarbital sódico | Sigma-Aldrich | 57-33-0 | Anestesia |
| Peroxidase AffiniPure Goat Anti-Mouse IgG (H+L) | Jacson | 115-035-003 | Western blot |
| Peroxidase AffiniPure Goat Anti-Rabbit IgG (H+L) | Jacson | 111-035-003 | Western blot |
| Ácido fosfotúngstico | RHAWN | 12501-23-4 | Microscópio eletrônico de transmissão |
| PKM2(d78a4) xp rabbit mab | Sinalização Celular | 4053t | Western blot |
| Filme de polietileno (PE) | Xiang yi | 200150055 | Microscópio eletrônico de transmissão |
| Membranas de fluoreto de polivinilideno | Roche | 3010040001 | Western blot |
| Inibidores de protease | Roche | 4693132001 | Western blot |
| Anticorpo anti-PGD recombinante | Abcam | ab129199 | Western blot |
| Tampão de lise RIPA | Beyotime | P0013 | Western blot |
| Tampão de carregamento SDS-PAGE (5x) | Cwbio | CW0027S | Western blot |
| Grânulos de | tamanhoInvitrogen | F13839 | Citometria de fluxo |
| Microcentrífugas de mesa de alta velocidade | Hitachi | CT15E | EV isolamento |
| Microscópio eletrônico de transmissão | HITACHI | H-7650 | Microscópio eletrônico de transmissão |
| Tween-20 | MP Biomedicals | 19472 | Western blot |
| Vortex Mixer Genie | Scientific Industries | SI0425 | EV isolamento |
| ZetaView BASIC NTA - Microscópio de Vídeo de Rastreamento de Nanopartículas PMX-120 | Particle Metrix | N/A | Análise de rastreamento de nanopartículas |
| &alfa;-Actinina-4 Rabbit mAb | Abclone | A3379 | Western blot |
| β-actina | Cwbio | CW0096M | Western blot |