La detección de biomarcadores exosomal por inducida por campo eléctrico de lanzamiento y Medición (Efirm)

Summary

Exosomes are microvesicular structures found within biofluids that potentially carry important disease discriminatory biomarkers. Here, a novel method is used to specifically extract exosomes and rapidly test the exosomal cargo for both RNA/protein targets following the disruption of exosomes using non-uniform electric cyclic square waves.

Abstract

Los exosomas son estructuras microvesicular que juegan un papel mediador en la comunicación intercelular. Es de interés para el estudio de la carga interna de exosomas para determinar si llevan biomarcadores discriminatorias de enfermedades. Para la realización de análisis exosomal, es necesario desarrollar un método para la extracción y el análisis de los exosomas de biofluidos objetivo sin dañar el contenido interno.

Liberación inducida por el campo eléctrico y medición (Efirm) es un método para extraer específicamente exosomas de biofluidos, descargando su carga, y prueba de su contenido interno de ARN / proteína. El uso de un anticuerpo micropartícula magnética específica anti-CD63 humano, los exosomas son primero precipitan a partir de biofluidos. Después de la extracción, las ondas de baja tensión eléctricos cíclicos cuadrados (CSW) se aplican a romper la membrana vesicular y causar desembarque de la carga. El contenido de la exosome se hibrida con cebadores de ADN o anticuerpos inmovilizados sobre una superficie de electrodo para quantification del contenido molecular.

El método Efirm es ventajoso para la extracción de los exosomas y descargando una carga para el análisis sin tampón de lisis. Este método es capaz de realizar la detección específica de ambas dianas de ARN y proteína de biomarcadores en el exosome. Efirm extrae exosomas específicamente en base a sus marcadores de superficie en comparación con las técnicas de tamaño basada en acciones.

Microscopía electrónica de transmisión (TEM) y el ensayo demuestran la funcionalidad del método para la captura y análisis exosome. El método se aplicó a Efirm exosomal análisis de 9 ratones inyectados con células de pulmón humano H640 cáncer (una línea celular transfectada para expresar el marcador exosome humano CD63-GFP) con el fin de poner a prueba su perfil exosome contra 11 ratones que recibieron los controles salinos. Se hallaron niveles elevados de biomarcadores exosomal (referencia GAPDH gen y la proteína marcador de superficie CD63 humano-GFP) para el H640 ratones inyectados en ambas muestras de suero y saliva. Además, saliva y muestras de suero se demostró tener linealidad (R = 0,79). Estos resultados son indicativos para la viabilidad de los biomarcadores de exosoma salivales para la detección de enfermedades distales.

Introduction

Investigación exosome es un campo emergente de investigación que examina microvesículas lípidos que llevan ARN ^1, DNA ^2, y la proteína ³ de carga. Investigaciones anteriores de la biología exosome han conducido a la identificación de los exosomas en biofluidos tales como sangre ^{4, 5} orina, leche materna ^{6, 7} y la saliva. Los estudios han demostrado que los exosomas juegan un papel en diferentes vías celulares, meditando remotamente la comunicación entre diferentes sistemas del cuerpo ^8. Debido al papel exosomas desempeñan en la comunicación intercelular, se plantea la hipótesis de que pueden empaquetar objetivos de biomoléculas (proteínas, ARN y ADN) correlacionados con estados de enfermedad. In vitro ³ y animal modelo de ⁹ estudios parecen corroborar esta hipótesis. En la investigación de contenido exosomal para el descubrimiento de biomarcadores, es necesario el desarrollo de una metodología para el aislamiento selectivo de exosome biofluidos, expulsi inducidaen la carga de los exosomas, y cuantificación de biomoléculas de exosoma. En la medida de este trabajo, los exosomas se definirán como una estructura que tiene un diámetro de aproximadamente 70-100 nm y poseyendo la superficie marcador CD63.

Los investigadores típicamente primera purifican exosomas por ultracentrifugación ¹⁰ y luego procesar el contenido exosomal través de la utilización de kits de tampón de lisis. El uso de métodos de tampón de lisis requiere tiempos de incubación que van desde minutos a horas. Este proceso puede potencialmente dañar carga exosome y conducir a probar la degradación. Por ejemplo, el ARN exosome salival lanzado a través de tampón de lisis en el entorno extracelular que rodea posee una vida media de menos de 1 min, por lo que la medición de RNA exosomal post-Tampón de Lisis una tarea particularmente difícil sin la adición de reactivos de estabilización ^11. El efecto combinado de la adición de diversos reactivos para la lisis y la estabilización puede introducir agentes que complican e interferir con la Analysis de contenido exosomal. Un enfoque alternativo puede ser útil para la descarga rápidamente contenido exosomal y conservar de forma segura la carga para su caracterización.

En este trabajo, se propone el uso de un campo eléctrico no uniforme para la liberación de contenido exosomal. Eléctricos campos han sido conocidos por llevar la capacidad de polarizar y perturbar la bicapa lipídica que forma las membranas celulares. Nuestro trabajo experimental explora el uso de ondas cuadradas cíclicos no uniformes (CSW) para interrumpir la estructura microvesícula de exosomas y la liberación de la carga transportada. Este método utiliza tensiones en el rango de varios cientos de milivoltios, lo que significa que la mayoría de las biomoléculas no serán interrumpidos. Se demuestra que el uso de una onda cíclica cuadrados es capaz de accionar la liberación de exosome salival contenido de mRNA en el medio ambiente fluido circundante. Esta versión de contenido exosomal se integra perfectamente con un sistema de electrodos que puede ser utilizado para cuantificar los niveles de expresión de biomarcador ^12,13. Este método propuesto permite una rápida sensible, y el tampón de lisis análisis, libres de contenidos exosome.

Figura 1. Visión general de Efirm de flujo de ^trabajo.. El método Efirm se divide a grandes rasgos en las tres fases principales que son necesarios para la purificación y el análisis de los exosomas.

Este método de liberación contenido exosomal y el análisis basado CSW se utiliza en conjunción con microperlas magnéticas-CD63 específico para el aislamiento exosome. Estas perlas CD63-de afinidad permiten el aislamiento selectivo de los exosomas de las muestras salivales (y otros fluidos biológicos). Después de la incubación y la extracción de los exosomas utilizando las perlas magnéticas, las cuentas se migran al sistema de sensor electroquímico para la CSW basado comunicado de contenido y parte de análisis del experimento. Figura 1 ofrece una visión general de la obrade flujo del método Efirm.

Protocol

1. magnética exosome extracción basado en perlas Pipetear una solución bien mezclada de 5 l de micropartículas magnéticas recubiertas con estreptavidina en 495 l de solución salina tamponada (PBS) tampón de fosfato en un tubo de microcentrífuga para resuspender las perlas. Lavar y resuspender las perlas con 500 l de PBS tres veces usando una rejilla magnética. El bastidor es un conjunto de imanes en el lado de una unidad de vivienda que puede sostener los tubos de muestra de microcentrífuga. <li…

Representative Results

Validación de exosome captura de perlas usando TEM El aislamiento de los exosomas de saliva usando perlas magnéticas CD63 anti-humano fue validado siguiendo el protocolo de extracción mediante el uso de microscopía electrónica de transmisión (TEM). TEM muestra perlas magnéticas con 70-100 nm gránulos inmediatamente adyacentes (ver Figura 3A, y 3B), en consonancia con el perfil conocido de exosomas. No se observaron gránulos 70-100 n…

Discussion

Como indican los resultados, las nanopartículas magnéticas CD63 anti-humano recubierto son capaces de capturar específicamente pequeñas partículas que tienen un tamaño que varía desde 70 hasta 100 nm. Esta partícula capturado es consistente con el perfil observado previamente de exosomas. Además, se muestra el uso de la CSW de baja tensión después de la captura de las partículas para eliminarlos de la superficie de la perla y causar perfiles de degradación de ADN similares a la de un método tradicional bas…

Materials

Name of Material/ Equipment	Company	Catalog Number	Comments/Description
Helios 16-Channel Reader System with Chip Interface	Genefluidics, USA	RS-1000-16
16X Sensor Chip, Bare Gold, pack of 5 chips	Genefluidics, USA	SC1000-16X-B
Biotinylated anti-human CD63 Antibody	Ancell, USA	215-030
Dynabeads MyOne Streptavidin T1	Invitrogen, USA	65601
Neodynium Magnetics ( 1/10" dia. x 1/32" thick)	K&J Magnetics, USA	DH101
Ultrapure Distilled Water	Life Technologies, USA	10977-023
Mettler Toldeo 3M KcL Solution	Fisher Scientific, USA	1911512
Pyrrole	Sigma-Aldrich, USA	W338605-100g
Anti-Fluorescein-POD, Fab fragments	Roche, Germany	11426346910
3, 3′, 5, 5′ tetramethylbenzidine substrate (TMB/H2O2, low activity)	Neogen, Usa	330175
Phosphate Buffered Saline Solution	Life Technologies, USA	10010023
Casein/PBS	Fisher Scientific, USA	37532