RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
tr_TR
Menu
Menu
Menu
Menu
Research Article
Meihua Wan1,2, Pouya Amrollahi2,3, Dali Sun4, Christopher Lyon2,3, Tony Y. Hu2,3
1Department of Integrated Traditional Chinese and Western Medicine,West China Hospital of Sichuan University, 2Virginia G. Piper Biodesign Center for Personalized Diagnostics, The Biodesign Institute,Arizona State University, 3School of Biological and Health Systems Engineering,Arizona State University, 4Department of Electrical and Computer Engineering,North Dakota State University
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
Hastalıklı ve malign hücreler için dış türev biomarkerlerin klinik çevirisi, hızlı ve doğru ölçme yöntemlerinin olmaması ile engellenmiştir. Bu raporda, küçük hacimli serum veya plazma örneklerindeki belirli dış alt türleri ölçmek için düşük büyütme koyu alan mikroskop görüntülerinin kullanımı açıklanmaktadır.
Enfekte veya malign hücreler sıklıkla daha fazla exosomes salgılıyor, sirkülasyonda hastalık ilişkili exosomes yüksek seviyelere yol. Bu dış, hastalık tanısı için Biyomarkörler olarak hizmet ve hastalık ilerlemesi ve tedavi tepkisi izlemek için potansiyele sahiptir. Ancak, çoğu dış analiz prosedürleri, genellikle zaman alıcı ve emek yoğun olan ve böylece klinik ayarlarında sınırlı yarar eksozom yalıtım ve arıtma adımları gerektirir. Bu raporda, ayrı izolasyon ve arıtma adımlarına gerek kalmadan harici dış membranlardaki belirli biyomarkerlerin analiz edilmesi için hızlı bir prosedür açıklanmaktadır. Bu yöntemle, exosomes bir slaytın yüzeyinde exosome spesifik antikorlar tarafından yakalanır ve daha sonra bir hastalığa özgü nanopmakale-konjuçe antikor probları ile hybrioklu. Hybridization sonra, hedef eksozom nüfusun bolluğu düşük büyütme karanlık alan mikroskop analiz ederek belirlenir (lmdfm) bağlı nanopartiküller görüntüleri. Bu yaklaşım, hastalığa bağlı membran ilişkili dış biyomarkerleri analiz etmek için araştırma ve klinik kullanım için kolayca benimsenebilir.
Exosomes çoğu hücre türlerinden serbest bırakılır ve hücre-hücre iletişimleri, çeşitli hastalıklarla ilişkili patofizyolojik süreçler de dahil olmak üzere önemli bir rol oynamaktadır, onlar belirli doku veya hücre türlerine ev olabilir, ve nükrenik asitler çeşitli içeren , proteinler ve menşe hücresini yansıtan ve kendi alıcı hücreleri1,2,3,4üzerinde düzenleyici etkileri oluşturabilir lipidler. Exosomes genellikle hastalık Devletlerinde yüksek seviyelerde salgılanan, hem bitişik hem de uzak hücreler ile etkileşime girebilir ve dolaşımda nispeten yüksek konsantrasyonda, tükürük, idrar, pankreas ve safra dahil olmak üzere en diğer vücut sıvılarının yanı sıra bulunur meyve suyu ve Bronkoalveoler Lavaj sıvısı5,6,7,8,9,10,11. Bu bolluk ve insan vücudu sıvılarında dış istikrar, onların bilgi açısından zengin doğası ile birleştiğinde, onları hastalık tanı ve tedavi izleme için ideal Biyomarkörler yapar.
Bu tümör-spesifik veya seçici faktörler, tümör ilişkili mutant allerleri de dahil olmak üzere hastalık Biyomarkörler olarak hizmet verebilir içeren tümörlerin türetildiği (TDEs), içerir. TDEs, tümör gelişimi ve metastaz kolaylaştırmak için tümör mikroortamının yeniden modelleme katılabilir ve anti-tümör tepkiler düzenleyen12. Artan TDE salgılanması çoğu kanserlerin ortak bir fenotürü ve tümör mikroortamın çeşitli özellikleri, hipoksi dahil, Asidik pH, ve inflamasyon, dış salgılanmasını teşvik bilinmektedir. Şaşırtıcı şekilde, exosomes, toplam eksozom düzeyinde bir artış, kendisi, bir kanser Biomarker olarak işlev salgılıyor hücrelerin sayısını verilen. Örneğin, son çalışmada, safra suyunda toplam EV konsantrasyonu% 100 doğruluk7olan ortak safra kanalı stenozu hastalarda malign ve nonmalign ayrımcılık bulundu. Plazma dahil olmak üzere diğer vücut sıvılarını kullanarak çalışmalar ile benzer sonuçlar bulundu. Ancak, konu varyasyonu ve diğer şok edici faktörlere tabi potansiyeli nedeniyle, hastalık biyolojik olarak exosomes araştıran çoğu çalışmalar, seçilerek toplam eksozom yerine tdes ile ilişkili biyomarker tespiti odaklı Numara.
Ancak, en çok bildirilen dış tahlil yaklaşımlarının zaman alıcı ve emek yoğun yalıtım prosedürleri gerektirdiğinden, dış biomarkerlerin klinik pratiklere çevrilmesinde zorlu kalır 13. Şu anda popüler eksozom yalıtım yöntemleri ultracent, yoğunluk degradeler, boyut-dışlama, Co-yağış, benzeşimi yakalama ve mikrofluidik yalıtım yaklaşımlar içerir. Ultracent, "altın standart" yöntemidir ve en sık eksozom izolasyonları için kullanılır, ancak bu prosedür zaman alıcı ve dış hasar ve eksozom membran kümeleme ile sonuçlanır proteinler, lipoproteinler ve sonraki analizleri etkileyebilecek diğer faktörler14. En dış izolasyon yöntemleri, ultracent, dahil olmak üzere, dış (30 – 150 Nm) mikro-veziküller (100 – 1000 Nm) ve apoptotik organları (100 – 5000 Nm), farklı mekanizmalar aracılığıyla ortaya çıkan ve farklı fonksiyonları var, boyutu nedeniyle ayrılmış Bu gruplar arasında çakışıyor, ve eksozom nüfusun çeşitliliği15. Yeni yaklaşımlar, dış hasar ve kontaminasyon azaltılması sırasında eksozom iyileşme artırarak duyarlılık ve yeniden üretilebilirliği artırmak için gerekli olan, bu tür yöntemlerle dayalı herhangi bir konuda da onları işlemek için optimize edilmesi gerekecektir rağmen klinik ayarlarında uygulamalara çeviri için uygundur.
Birkaç son çalışmalar doğrudan vücut sıvılarından exosomes yakalamak ve analiz etmek için entegre platformlar istihdam önerdi. Bu yöntemler mikrofluidik, Elektrokinetik, benzeşme yakalama ve eksozom yalıtım için çeşitli yöntemler, elektrokimya, yüzey plasmon rezonans ve diğer yöntemler yakalanan exosomes algılamak için istihdam. Karmaşıklık, gider, düşük verim veya diğer sorunlar nedeniyle bu yaklaşımların birçoğu klinik ayarlarında ne kadar uygulanabilir olduğu açık değildir.
Biz toplam exosomes ve spesifik eksozom alt türlerinin hassas ve spesifik kantifikasyon için kullanılabilir bir hızlı ve ucuz tahlil geliştirdik, gibi hastalık ilişkili exosomes, tdes gibi, hangi örnek sadece küçük bir miktar gerektirir ve hangi klinik ortamlar için uygun aerodinamik bir iş akışı kullanır. Bu testin içinde, bir slayt, doğrudan küçük hacimli plazma veya serum numuneleri mevcut hedef exosomes yakalamak için dış yüzey üzerinde ifade bir eksozom özel veya hastalığa özgü Marker bağlamak antikorlar ile kaplı üzerinde kuyuları uygulanan Slayt. Yakalanan exosomes daha sonra bir antikor ile hybri,-bu exosomes üzerinde ilgi biyomarker tanıyan konjudi nanopmadde, hangi ya genel bir eksozom marker veya bir faktör bir dış ilgi alt türü için özel olabilir. Bu örnek kuyuların görüntüleri daha sonra bir karanlık alan mikroskop (DFM) kullanılarak yakalanan ve nanopartiküller her örnek iyi6,16,17yakalanan faiz exosomes bağlı dağılmış ışık ölçmek için analiz edilmiştir. Özellikle, düşük büyütme DFM (LMDFM) tarafından iyi bir tüm örnek görüntüleme kullanıcılar doğrudan sonraki görüntü analizi için yakalamak için hangi alanları seçmeniz gerekir, yüksek büyütme DFM analizleri ile karşılaşılan bir seçim önyargı önler. LMDFM görüntü analizi, çizik ve örnek enkaz dahil olmak üzere yüzey düzensizlikleri ışık saçılma eserler tabidir, ancak bu arka plan NıH görüntü analiz programında çalıştırmak için geliştirilen basit bir gürültü azaltma algoritması kullanılarak azaltılabilir, Imagej (https://imagej.nih.gov/ij/). Bu algoritma önce sonraki çözümleme için görüntünün bölgesini tanımlamak için iyi örnek sınırlarını algılamak için kullanılan bir giriş kontur eşik uygular. Bu kontur bölgesi tarafından tanımlanan bölge, görüntünün kırmızı, mavi ve yeşil kanallarında bulunan ayrı sinyale ayrılır ve mavi kanal, yüzey yapıtlarından kaynaklanan sinyali ve Nanorod 'tan düzensiz aydınlatmayı kaldırmak için kırmızı kanaldan çıkarılır. Sinyal.
Bu makalede, plazma veya serum numunelerinde toplam veya spesifik dış seviyeleri hızla ölçmek için bu tahlil nasıl kullanılacağı açıklanır.
1. nanopmadde problarının hazırlanması
Not: Bu deney, neutravidin polimerleri (AV) ile uyumlu bir şekilde konjuli olan ve DFM üzerine kırmızı (641 nm Peak) saçılma sinyali üreten bir yüzey plasmon rezonans zirvesine sahip olan functionalized Gold nanorods (AuNRs; 25 Nm çapı x 71 nm uzunluğunda) kullanmaktadır. Aydınlatma.
2. EV yakalama slaytlarının hazırlanması
3. Standart eğrisi hazırlama
4. insan plazma veya serum numuneleri işleme
5. exosome yakalama ve algılama
6. DFM görüntü yakalama
7. DFM görüntü analizi
Multi-Well protein A/G kaplı slaytlar (Şekil 1a) Anti-EphA2 antikor ile functionalized ve daha sonra özellikle pankreas kanseri olan ve olmayan hastaların serum örneklerinden EphA2-pozitif exosomes yakalamak için kullanılan (1 μL/Well) ve inkübe bir anti-CD9 antikor (Şekil 1B) ile conjuated altın nanoçubuklar ile. Bu nanopartiküllerden dağınık ışık DFM görüntüleri her iyi bağlı EphA-2 pozitif exosomes ölçmek için ımagej yazılım DSM eklentisi kullanılarak analiz edildi. DSM algoritması otomatik olarak bir örnek iyi sınırlarını tanımlar, yapılardan gürültü filtreler, her kuyunda dağınık sinyali hesaplar ve bu bilgileri çıkarır (Şekil 2). DSM algoritması, numunedeki çizik veya enkaz üzerindeki ışık saçılma yapılarını şiddetle zayıflatır ve nanopmakale algılamanın hassasiyetini ve yeniden üretilebilirliğini geliştirir ve yüksek verim için bir toplu Slayt görüntülerini otomatik olarak işleyebilir Kullanın. Bu algoritma, görüntü arka planını çıkarmak, her bir kuyunda saçılma sinyalini hesaplamak ve bir veri ve görüntü dosyası (Şekil 3) çıktısını almak için Kullanıcı tarafından ımagej komutlarını ve parametreleri girişini kullanır. İlgi bölgeleri, ımagej makro programının kontur eşiği işlevini kullanarak yakalama görüntüsünde yüksek yoğunluklu iyi sınırlar tarafından tanımlanır. Görüntü analizleri, her bir kuyu için nanopartikül saçılma yoğunluğunu hesaplamak için önceden tanımlanmış bir kontur eşik ve görüntü parametrelerini kullanır.
Önceki çalışmalarımız (Liang ve ark.6' nın ek bilgileri) olarak bildirilen, transmisyon elektron mikroskobu ile karakterize panc-1 hücreli kültürlerden izole exosomes ve Batı leke boyutu aralığı sergiledi, morfoloji, ve protein Marker ifade yüksek saflıkta eksozom örnek ile tutarlı. Önceki çalışmalarımız ile aynı prosedür ile hazırlanan panc-1 exosomes, eksozom quantification için bizim npes tahlil doğrulamak için burada kullanıldı. Bu tahlil bir anti-EphA2 antikor toplam eksozom nüfusu ve genel eksozom protein CD9 karşı bir antikor gelen exosomes büyük bir nüfus yakalamak için yakalanan exosomes algılamak için kullanılır. 0,24 ila 1,2 μg/μL arasında değişen protein konsantrasyonlarıyla seri seyreltilmiş PANC-1 dış numuneler kullanılarak elde edilen sonuçlar, çoğul kuyularda (Şekil 4A) iyi bir yeniden üretilebilirlik ve scatter tepkisi ile protein konsantrasyonu (Şekil 4b).
Bu yöntemin potansiyel uygulama göstermek için, pankreas kanseri olan ve olmayan hastalarda serum numuneleri kanser ilişkili biyomarker EphA2 ifade serum exosomes bolluk algılamak için analiz edildi, bir anti-EphA2 antikor kullanarak doğrudan bir anti-CD9 antikor ile konjuli serum ve nanopartiküller hedef exosomes yakalama bağlı exosomes tespit etmek. Bu analiz, pankreas kanseri hastalarından gelen serum numunelerinin EphA2 + exosomes (Şekil 5) ' in kontrollerinden daha önemli ölçüde daha yüksek olduğunu göstermiştir.

Resim 1: exosome kantifikasyon şeması. (A) bu tahlil kullanılan Multi-Iyi protein A/G slaytlar (192 kuyuları) şematik. (B) hedef exosomes doğrudan numunelerden yakalanan, serum ve plazma dahil, yakalama antikor üzerinde yüzey immobilizasyon tarafından (örneğin Anti-EphA2 antikor) slayta bağlı, ve daha sonra altın nanoçubuklar ile konjuk bir algılama ile inkübe antikor (örneğin Anti-CD9 antikor) DFM görüntü analizi tarafından analiz önce. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.

Şekil 2: DSM algoritmasını lmdfm görüntülerine uygulayarak exosome kantifikasyon. Düşük büyütme görüntüleri, arka plan sinyali ve çizik ortaya çıkabilir sinyal eserler ortadan kaldırmak için DSM algoritması ile işlenir, boşlukları karıştırma, enkaz, ve düzensiz örnek aydınlatma altın Nanorod sinyalinin sağlam tespiti için izin, hangi Dış konsantrasyon ile ilişkilendirir. Bu rakam, Sun, D. ve Al 'dan izin ile adapte edilmiştir. düşük büyütme Dark-Field mikroskop uzak alan görüntülerde Nanopmakale ışık saçılma ölçülerek için gürültü azaltma yöntemi. Analitik Kimya. 88 (24), 12001-12005 (2016). Copyright (2016) Amerikan Kimya Derneği. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.

Şekil 3: DSM algoritması komutları ve çıkışları şematik. Belirtilen adımlar ımagej 'den yerel komutlar kullanır ve tüm giriş parametreleri grafik kullanıcı arabirimi aracılığıyla deneylerin gereksinimlerine göre seçilir. Bu rakam, Sun, D. ve Al 'dan izin ile adapte edilmiştir. düşük büyütme Dark-Field mikroskop uzak alan görüntülerde Nanopmakale ışık saçılma ölçülerek için gürültü azaltma yöntemi. Analitik Kimya. 88 (24), 12001-12005 (2016). Copyright (2016) Amerikan Kimya Derneği. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.

Şekil 4: temsilci nPES LMDFM görüntüleri ve DSM çıkış verileri. (A) bir npes tahlil lmdfm görüntü panc-1 exosomes bir konsantrasyon gradyan analiz ve (B) bu slayttan optik sinyal ve eksozom konsantrasyon doğrusal korelasyonu (soldan sağa: 0,24, 0,356, 0,53, 0,80, 1,20 μg/μL her sütun için sırasıyla). Veri Mean ± SE olarak sunulur, n = 6, bir Pearson korelasyon katsayısı R2 = 0,99 ve her konsantrasyon çoğaltır için varyasyon katsayısı 0,2 <. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.

Şekil 5: EphA2+ exosomes 'ın LMDFM sinyali, pankreas kanseri olan ve olmayan hastalarda serumda farklılık gösterir. Anti-EphA2 yakalama antikor (kanser ilişkili) ve anti-CD9 algılama antikor (genel eksozom Marker) kullanarak npes tarafından analiz serum numuneleri, hastaların serum örneklerinde EphA2 + exosomes konsantrasyonunda önemli bir fark sergiledi ve pankreas kanseri olmadan (N = 7/Grup). Sonuçlar, Mann-Whitney U-test (iki taraflı) tarafından ortalama ± SE. * *p = 0,002 olarak sunulur. Bu rakam, [Sun, D. ve al. düşük büyütme Dark-Field mikroskop Far-Field görüntülerde Nanoparticle ışık saçılma ölçülerek için gürültü azaltma yöntemi. Analitik Kimya. 88 (24), 12001-12005 (2016)]. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.
Yazarlar, rakip finansal çıkarların olmadığını beyan ederler.
Hastalıklı ve malign hücreler için dış türev biomarkerlerin klinik çevirisi, hızlı ve doğru ölçme yöntemlerinin olmaması ile engellenmiştir. Bu raporda, küçük hacimli serum veya plazma örneklerindeki belirli dış alt türleri ölçmek için düşük büyütme koyu alan mikroskop görüntülerinin kullanımı açıklanmaktadır.
Çalışma öncelikle NıH (U01CA214254, R01HD090927, R01AI122932, R01AI113725 ve R21Al126361-01), Arizona Biyomedikal Araştırma Komisyonu (ABRC) genç araştırmacı Ödülü tarafından sağlanan araştırma finansmanı tarafından destekleniyordu.
| Eppendorf Tekrarlayıcı akışı | Fisher Scientific | 05-401-040 | |
| Eppendorf Research plus | Eppendorf | 3120000011 | 0.1 – 2.5 &mikro; L, koyu gri |
| İşlevselleştirilmiş Altın Nanoçubuklar | Nanopartz | C12-25-650-TN-DIH-50-1 | İn vitro nötravidin polimer işlevselleştirme |
| HulaMixer Numune Karıştırıcı | Thermo Fisher Scientific | 15920D | |
| Incu-shaker 10L | Benchmark Scientific | H1010 | |
| Ters Araştırma Mikroskobu | Nikon | Ti-DH | Karanlık alan kondansatörü, DS-Ri2 kamera ve Ti-SH-U üniversal tutucu ve motorlu sahne |
| NIS-Elements | Nikon | Mikroskop görüntüleme yazılımı | |
| ile Fosfat Tamponlu Salin (1X) | GE Healthcare Life Sciences | SH30256.02 | HyClone |
| Protein A/G İşlenmiş Cam Yüzey Slaytları | Arrayit Corp. | AGMSM192BC | Premium mikrodizi substrat |
| Q500 Sonicator | Qsonica, LLC | Q500-110 | Standart problu (# 4220) |
| Süper blok engelleme tamponu | Thermo Scientific | ||
| TWEEN 20 | Sigma Yaşam Bilimleri | 9005-64-5 |