$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Мы демонстрируем протокол выделения ВВ, полученных из ягодичных и абдоминальных адипоцитов, из надосадочной жидкости клеточных культур и определяем их размер и концентрацию с помощью NTA 7,14,15. Мы показываем, что культивируемые адипоциты человека продуцируют и выделяют ВВ в среду для культивирования клеток, которые впоследствии могут быть выделены с помощью фильтрации и ультрацентрифугирования. Мы определили размер и профиль концентрации выделенных ВВ, полученных из адипоцитов, и показали, что ультрацентрифугирование, вероятно, соизолировало загрязняющие вещества из среды для культивирования клеток и что промывка изолированных гранул ВВ в PBS значительно снижает их концентрацию при повторном измерении NTA. Кроме того, мы определили чистоту изолированных ягодичных и абдоминальных ВВ с помощью вестерн-блоттинга для TSG101, маркера ВВ. Препараты ВВ ягодичного и абдоминального происхождения были положительными на TSG101, но, что важно, он отсутствовал в контрольных средах, которые не подвергались воздействию клеток. В представленных экспериментах в качестве родительской клетки, генерирующей ВВ, использовались адипоциты человека, но описанный метод подходит для других типов клеток, включая эндотелиальные клетки, гладкие мышцы сосудов, скелетные мышцы, иммунные клетки, а также для выделения ВВ из бедной тромбоцитами плазмы или сыворотки крови пациента.
Полученные из адипоцитов ВВ повышены при метаболических заболеваниях, и определение изменений в размере и количестве ВВ адипоцитов in vivo является сложной задачей, поскольку биологические жидкости, такие как кровь, содержат ВВ из ряда клеточных источников, которые также участвуют в патогенезе метаболических заболеваний, включая ВВ из эндотелиальных клеток, скелетных мышц, эритроцитов и иммунных клеток. Описанный здесь метод позволяет определить ВВ адипоцитов человека, что может обеспечить полезную модель для механистических исследований, изучающих факторы, которые приводят к биогенезу ВВ в адипоцитах, который в настоящее время неизвестен. Важно отметить, что определение биогенеза ЭВ адипоцитов и того, как происходит загрузка определенных РНК, белков и метаболитов в ВВ адипоцитов, может выявить новые терапевтические возможности для нарушения передачи сигналов ЭВ патогенных адипоцитов при метаболической дисфункции. Детальные исследования позволят лучше понять, как размер, количество, путь биогенеза и EV-груз (РНК, белки и метаболиты) изменяются в ответ на болезнь или стимулы, такие как нарушения кислорода, глюкозы, липидов и инсулина. Информация о роли факторов окружающей среды в передаче сигналов ВВ адипоцитов при метаболических заболеваниях и о том, как ВВ, полученные из адипоцитов, способствуют воспалению жировой ткани, может выявить новые терапевтические мишени при метаболических заболеваниях.
Ограничения
Генерация ВВ, полученных из адипоцитов, in vitro
Использование человеческих преадипоцитов in vitro обеспечивает модельную систему для изучения высвобождения и генерации ВВ, полученных из адипоцитов, после дифференцировки адипоцитов in vitro, но существует ряд ограничений. В частности, ВВ адипоцитов, полученные in vitro, вероятно, будут отличаться от ВВ, полученных из жировой ткани, полученных из биожидкостей, таких как плазма14 , по размеру, концентрации, белку EV, -РНК, -метаболитам и функции. Эти различия в EV могут быть подвержены влиянию других неадипоцитарных клеток, которые являются резидентами в жировой ткани in vivo, таких как стволовые клетки, полученные из жировой ткани, эндотелиальные клетки и макрофаги, которые тесно связаны с физиологией жировой ткани и показали свою роль в патологии жировой ткани, включая воспаление жировой ткани.
Следует отметить, что описанный здесь протокол дифференцировки in vitro за 2 недели может быть недостаточным для получения полностью зрелых адипоцитов, эквивалентных тем, которые наблюдаются in vivo; Дифференцированные адипоциты in vitro, выращенные в двумерном (2D) формате, имеют морфологию, отличную от той, что клетки in vivo, и не развивают однокамерные липидные капли. Кроме того, преадипоциты, описанные в этом протоколе, получены из жировой стромально-васкулярной фракции, и мы не оценивали вклад в пул ВВ других типов клеток, которые не были полностью элиминированы во время выделения клеток.
Потеря важных межклеточных взаимодействий адипоцитов с другими неадипоцитами в жировой ткани может влиять на генерацию EV адипоцитов, высвобождение EV-белка и EV-РНК из адипоцитов и стволовых клеток, полученных из жировой ткани16. Тем не менее, исчерпывающая оценка того, как ВВ адипоцитов, полученных in vitro, отличается от полученных in vivo, не проводилась.
Первичные биопсии тканей содержат кровь, поэтому полученные клеточные культуры могут содержать эритроциты и полученные из эритроцитов ВВ, независимо от многократных промывок и изменений среды, выделенных в нашем протоколе. Для устранения влияния эритроцитов на адипоциты может потребоваться дополнительный этап лизиса эритроцитов после выделения стромально-васкулярной фракции. Это важно, поскольку ВВ, полученные из эритроцитов, могут влиять на клеточную функцию других клеток17, а ВВ, полученные из эритроцитов, повышены в присутствии окислительного стресса18 и у пациентов с метаболическим синдромом19,20. Таким образом, жировая ткань, полученная от пациентов с метаболическими заболеваниями, может содержать повышенные уровни ВВ, полученных из эритроцитов, что может влиять на фенотип адипоцитов in vitro.
Элиминация FBS
В описанном протоколе использовали FBS в питательных средах во время адипогенной дифференцировки, но впоследствии адипоциты подвергались множественным изменениям среды перед окончательным сбором среды для выделения ВВ, полученных из адипоцитов. Таким образом, мы предположили, что общий риск контаминации ВВ, полученных из FBS, в препаратах ВВ был низким, и впоследствии подтвердили, что остаточные ВВ не присутствуют в средах клеточных культур с помощью вестерн-блоттинга для TSG101. Для выделения культивируемых в клетках ВВ из клеточных источников, требующих FBS, необходимо использовать обедненный EV FBS или обедненный бычий EV с помощью ультрацентрифугирования для предотвращения смешивания концентраций EV в адипоцитах и анализ груза EV адипоцитов. Известно, что истощение сыворотки из адипоцитов изменяет их клеточныйответ21 , и поэтому исследование должно гарантировать, что истощение сыворотки или EV-истощение из сыворотки делает их культуры адипоцитов действительно репрезентативными для биологии адипоцитов.
Технические ограничения изоляции электромобилей с помощью фильтрации и ультрацентрифугирования
Мы описываем метод ультрацентрифугирования с использованием одноразовых пластиковых трубок, которые требуют герметизации перед ультрацентрифугированием для изоляции электромобилей. Мы признаем, что эти одноразовые герметичные пробирки могут быть неэкономичным вариантом для многих людей, и предлагаем изучить аналогичные пробирки, которые не требуют герметизации и пригодны для повторного использования. Тем не менее, исследователи должны убедиться в том, что промывка многоразовых трубок является адекватной и не приводит к постепенному накоплению белков, липидов и РНК с течением времени, что может повлиять на последующие исследования грузов, связанных с ВВ, или повлиять на исследования клеточной функции.
Описанный здесь протокол фильтрации и ультрацентрифугирования использовался в течение многих лет, и многочисленные исследования выявили недостатки этого метода, включая неспецифические выделения загрязняющих клеточных компонентов, таких как клеточные митохондрии, присутствие ядерных фрагментов и составляющих клеточной мембраны. Кроме того, описанный здесь метод будет ко-изолировать липопротеины, присутствующие в FBS с обедненным EV. Данный метод может быть доработан путем использования ультрацентрифугирования по плотности и эксклюзионной хроматографии (SEC) для устранения загрязняющих растворимых белков и некоторых липопротеинов. В сочетании с промывкой PBS изолированных электромобилей и SEC можно ограничить, но не полностью устранить соизолированные загрязнители. Таким образом, пользователи должны обеспечить включение соответствующих контрольных материалов, включая фиктивную среду, которая не контактировала с клетками, чтобы учесть растворимые белки и липопротеины в питательных средах, и контрольную жидкость, обедненную ВВ, чтобы продемонстрировать успешное выделение ВВ из кондиционированной среды, которая все еще содержит растворимые белки и липопротеины.
Изоляция электромобилей с помощью фильтрации и ультрацентрифугирования зависит от того, что оператор следит за тем, чтобы на надосадочную жидкость клеточной культуры не оказывалось чрезмерное давление во время ее пропускания через отверстие фильтра или отверстие иглы/шприца. Применение чрезмерной силы на этом этапе описанного протокола может привести к разрыву ВВ, влиянию на конечные концентрации ВВ и образованию свободных РНК, белков и метаболитов, которые когда-то были заключены в ВВ. Мы описали здесь метод, который не требует цилиндра шприца и, следовательно, приложения силы к электромобилям в кондиционированной среде, когда они проходят через фильтр или иглу в их сборные резервуары и ультрацентрифужные трубки. Тем не менее, необходимо соблюдать дополнительную осторожность при повторной суспензии EV в PBS. Необходимо использовать только кратковременный вихрь, так как энергичный вихрь может нарушить мембраны EV.
После ультрацентрифугирования операторы должны быть осторожны с ультрацентрифугирующими трубками, чтобы не повредить гранулу EV. Этого можно достичь, осторожно обращаясь с пробирками и медленно перемещая их между ротором ультрацентрифугирования и штативом для пробирок. Необходимо соблюдать дополнительную осторожность при прокалывании отверстия в верхней части ультрацентрифугирующей трубки для аспирации истощенных EV надосадочных жидкостей. Введение иглы в верхнюю часть трубки и быстрая аспирация надосадочной жидкости создаст вакуум в цилиндре шприца, который может сильно вытолкнуть надосадочную жидкость обратно в ультрацентрифугирующую трубку и нарушить работу гранулы EV. После разрезания ультрацентрифугирующей трубки для слива остатков надосадочной жидкости необходимо соблюдать осторожность, так как гранула EV может стать рыхлой, и при заливке она будет отброшена. В качестве альтернативы можно использовать шприц и иглу для медленного удаления оставшейся надосадочной жидкости без заливки или переворачивания трубки.
Фильтрация и ультрацентрифугирование надосадочной жидкости для изоляции электромобилей является полезным и эффективным методом. Но он подвержен совместной изоляции липопротеинов и растворимых белков. Их можно смягчить, промыв электромобили PBS (как описано), но это не устранит все загрязнения. Растворимые белки могут быть элюированы из фракции EV с использованием SEC, однако этот метод не делает различий между липопротеинами и EV. SEC-элюции, содержащие EV, можно комбинировать с ультрацентрифугированием для гранулирования EV. Фильтрация и дифференциальное ультрацентрифугирование являются предпочтительным методом выделения EV по сравнению с методами осаждения, в которых используется полиэтиленгликоль, поскольку эти методы осаждения совместно изолируют большие количества растворимых белков и липопротеинов в надосадочной жидкости клеточных культур и других биологических жидкостях. Ультрацентрифугирование, вероятно, останется наиболее доступной формой изоляции электромобилей для многих, потому что большинство лабораторий оснащены ультрацентрифугами, что снижает первоначальные затраты на запуск. Но для многих ультрацентрифугирование для выделения электромобилей затруднено объемом ультрацентрифугирующих пробирок и начальным объемом материала. Несколько сотен миллилитров супернатантов культур могут потребоваться для получения достаточного количества EV для последующей протеомики или секвенирования РНК. Тем не менее, вполне вероятно, что методы ультрацентрифугирования для выделения ВВ будут сопровождаться другими методами, такими как SEC и иммуноаффинный захват с использованием тетраспанинов CD9, CD63 и CD81 для улучшения чистоты изолированных ВВ. Другие методы, такие как коммерчески доступные растворы для осаждения и проточная цитометрия, могут быть в некоторой степени полезны в конкретных исследованиях.
Чистота препаратов EV
Мы подтвердили выделение ВВ, полученных из адипоцитов, с помощью вестерн-блоттинга для TSG101, но этот единственный вестерн-блот не соответствует рекомендациям, опубликованным Международным обществом внеклеточных везикул (ISEV). Дальнейшая характеристика этих ВВ, полученных из адипоцитов, была бы идеальной с использованием тетраспанинов CD9, CD63 и CD81 для идентификации экзосом и маркеров клеточного загрязнения, таких как гистон H3, альбумин и аполипопротеин A1.
Представленный здесь протокол позволяет выделять ВВ из надосадочной жидкости клеточных культур из ряда клеточных источников, включая адипоциты, для определения размера, концентрации, маркеров ВВ методом вестерн-блоттинга, а также для использования в технологиях, основанных на омиксах, таких как протеомика и секвенирование РНК.