Method Article
Bile fluid is a valuable source of extracellular vesicles/exosomes that contain potentially important biomarkers. This protocol represents a robust method to isolate exosomes from human bile for further analyses including miRNA profiling.
pesquisa exossomo nos últimos três anos tem muito alargou o âmbito para a identificação e caracterização de biomarcadores e seus usos terapêuticos.
Os exossomas foram recentemente mostrado para conter microARNs (miRs). Mirs-se ter surgido como biomarcadores valiosos para fins de diagnóstico. Como a coleta da amostra em clínicas e hospitais é bastante variável, o isolamento miRNA de bile toda varia substancialmente. Para atingir perfis de miARN robustos, precisos e reprodutíveis a partir de amostras biliares recolhidos de uma maneira simples necessário o desenvolvimento de um protocolo de alta qualidade para isolar e caracterizar os exossomas a partir de bílis. O método requer diversas centrifugações e um passo de filtração com um passo final de ultracentrifugação para sedimentar os exossomas isolado. microscopia eletrônica, Western blot, citometria de fluxo e multi-parâmetro de nanopartículas análise óptica, quando disponíveis, são passos de caracterização cruciais para validar a qualidade do exosomes. Para o isolamento de miARN a partir destes exossomas, spiking com o lisado, um miARN sintético não específico de uma espécie, como Caenorhabditis elegans, ou seja, Cel-miR-39, é importante para a normalização da eficácia da extracção do ARN. O isolamento de exossoma a partir do fluido bílis após este método permite que a miARN bem sucedida de perfis a partir de amostras biliares armazenados durante vários anos a -80 ° C.
Como outros fluidos biológicos, ou seja, leite materno, plasma ou urina, na bílis contém exossomas, lípidos ricos vesículas 1-4. Exossomos podem induzir ou alterar funções biológicas em células receptoras 5, 6, uma forma de comunicação célula-célula que pode ser parte da sua função normal 4, 7-9. Exossomos podem conter espécies de miRNA que podem fornecer uma valiosa fonte de biomarcadores para o diagnóstico 10. perfis miARNs ganharam substancial atenção nos últimos anos como marcadores de diagnóstico e de prognóstico para uma variedade de doenças 11-14.
si miARN pode ser encontrado em fluidos biológicos, possivelmente libertados por células mortas e a quantidade de células vertente pode ser grandemente influenciado por uma doença subjacente. O perfil de miRNA de exossomos não reflete necessariamente o perfil de miRNA da célula originária 6, 10, 15-17, ainda exossomos podem transportar assinaturas miRNA que pode ser característica da ce parentalll como uma célula tumoral. Exossomas derivado de tumor foram identificados no plasma de doentes com adenocarcinoma do pulmão, cancro da próstata e outros tumores 8, 16, 18.
O objetivo deste método é o isolamento fiável e robusta de exossomos de espécimes biliares humanos, em grande parte independentes dos seus procedimentos de manuseio anteriores. Foi desenvolvido para utilizar biliar como uma fonte segura de miARN potencial para o diagnóstico de doenças do ducto biliar, tais como colangiocarcinoma 19. É constituída por vários passos de centrifugação com o aumento das velocidades de isolar exossomas e pode ser aplicável a outros fluidos biológicos.
A obtenção da bile de pacientes por colangiopancreatografia retrógrada endoscópica (CPRE) requer a aprovação de um protocolo de estudo seres humanos pela Institutional Review Board. Todo o trabalho aqui apresentado foi aprovado pela Johns Hopkins University Institutional Review Board.
1. exossomo Isolamento da Bile
2. Identificação por exossomoMicroscopia Eletrônica de Transmissão (TEM) ou CryoEM
3. Identificação exossomo por Multi-parâmetro nanopartículas análise óptica
4. exossomo Caracterização por Western Blot
5. MicroRNA Isolamento dos isolados exossomas
Nota: Isolamento de exossomas a partir de miARN biliares é levada a cabo usando um isolamento miARN modificado baseado em um kit disponível comercialmente, mas qualquer outro método de isolamento de RNA pode ser usada ou adaptada.
Desde exossomas são demasiado pequenos para serem detectados por microscopia regular ou citometria de fluxo, microscopia de electrão ou óptica nanopartículas tem de ser realizada. A análise óptica de nanopartículas tem a vantagem sobre a microscopia de electrões que é também quantitativa e proporciona uma distribuição de tamanho e concentração. O aparelho apresenta um feixe de laser focado finamente através de um prisma de vidro para a amostra. O movimento browniano das vesículas isoladas é capturada através de uma câmera de alta sensibilidade EMCCD e monitorados em uma base quadro-a-quadro. A análise de rastreamento de nanopartículas (NTA) medidas de software esse quadro movimento browniano para enquadrar para calcular o tamanho, modo e distribuição dos preparativos exossomo biliares. A Figura 1 mostra o resultado de uma análise típica NTA de exosome isolado a partir de uma amostra de bílis humana.
Alternativamente, microscopia eletrônica pode ser utilizadapara confirmar o tamanho das partículas isoladas, se bem que sem quantificação. A Figura 2A mostra o resultado típico de microscopia electrónica de transmissão para exossomo isolado a partir de bílis humana.
Para mais verificação da natureza exosomal das partículas isoladas, Western blots de sondagem para a presença de proteínas como tetraspaninas Tsg101 ou CD63, mostrado na Figura 2b, tem que ser utilizado. Proteínas específicas de exossoma não existe per se, mas são exossomas enriquecidos em tetraspanins, especialmente CD9, CD63, CD81 e CD82 com CD63 e CD81 referidos marcadores de exossoma como clássicos, e proteínas envolvidas na formação exossomo como TSG101 e Alix 21. Outras proteínas como a proteína de choque térmico cognato 70 (Hsc70) e 73 (Hsc73), bem como moléculas complexo principal de histocompatibilidade (MHC) de classe II também podem ser encontradas enriquecido em exossomos com alguns, como Hsc73 eo prote associada à membrana periféricano leite de gordura glóbulo - factor de crescimento epidérmico factor-8 (Mfge8) sendo bastante específico para exossomos secretados a partir de células dendríticas 21.
A Figura 3 mostra os gráficos de amplificação em tempo real típica de uma variedade de espécies de miARN extraídos de exossomas de bílis humana. Desde exossomos, ao contrário das células, não têm padrões de confiança como 18S ou 28S rRNA ou genes de limpeza como GAPDH ou β-actina para a normalização, o spiking com um miRNA sintética é importante. Os miARN sintéticas deve ser derivado de uma espécie diferente como CEL-miR 39 de Caenorhabditis elegans para permitir uma para normalizar os níveis de expressão de forma eficaz.
Para reprodutibilidade é fundamental que a bile é processado o mais rápido possível e não congelados antes do processamento como essas condições levam à degradação dos miRNAs presentes na bile. Por outro lado, uma vez isolado, exoso mes são muito estáveis e muito resistente como o armazenamento à temperatura ambiente durante 48 h ou até três ciclos de congelação-descongelação causar efeitos insignificantes sobre os níveis de pelo menos duas espécies de miARN, embora a estabilidade da miARN de interesse tem de ser determinada empiricamente.
Figura 1. Análise (nanopartículas) NTA para caracterizar exossomas biliares humanos exossomas biliares foram diluídas em PBS, na proporção de 1:. 600. (A) distribuição de tamanho e concentração de EVs isoladas de bílis humana. O tamanho médio foi determinada como sendo cerca de 97 nm para esta amostra (eixo do x: exossomas tamanho, eixo y: exossomas concentração para cada tamanho). Pressão (B) Amostra tiro de uma mesma amostra analisada em A. A gama de tamanhos mostra vesículas que variam de 30-110 nm.= "_ Blank"> Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2. A verificação da natureza exosomal da preparação por microscopia eletrônica de transmissão e Western blot. (A) Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM) de estruturas esféricas presentes na bile humana 70-110 nm de tamanho. barra de escala é de 100 nm. (B) Análise de Western blot de exossomos biliares mostra presença dos típicos proteínas exosome marcador TSG101 e CD63. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3.-PCR em tempo real de espécies de miARN isolados exossomas a partir biliares. Real-time PCR de uma matriz de miR demonstra a amplificação de múltiplas espécies miR extraídos de exossomos humanos biliares (eixo X, número de ciclos PCR; eixo y, intensidade relativa). Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Para utilizar de forma confiável exosomes isoladas de bile, é importante empregar métodos de alta qualidade consistente de isolamento para obter amostras de alta qualidade em troca. A metodologia definida neste trabalho é uma forma bem estabelecida para isolar exossomos e miRNA de bílis humana. Ele destaca várias etapas cruciais na caracterização dos exossomos isolados, que no mínimo deve incluir microscopia eletrônica ou óptica de nanopartículas e Western blot.
O passo mais importante no isolamento de exossomas, pelo menos quando se trata de estabilidade miARN, é processar biliar fresco o mais rapidamente possível. O armazenamento prolongado de bílis toda a RT ou até mesmo um único ciclo de congelação-descongelação pode reduzir significativamente o teor de miARN enquanto, em contraste os exossomas isoladas são muito estáveis mesmo quando armazenados a temperatura ambiente ou submetidos a vários ciclos de congelamento-descongelamento. Enquanto as amostras em questão ter sido armazenado a -80 ° C, isolamento de exossomas e miRNA de bílis pode ser realizado com grande reprodutibilidade para identificar assinaturas de miARN nas amostras. Recomenda-se começar inicialmente com bile fresca para garantir a integridade miRNA adequada. Esta é uma consideração importante quando se tenta construir-se um conjunto de amostras biliares ao longo do tempo, como seria o caso para as amostras do paciente. Ele permite um para processar amostras que foram recolhidos ao longo de meses ou mesmo anos a ser processados e avaliados ao mesmo tempo.
Isto melhora grandemente a utilização da bílis para fins de diagnóstico, quer para olhar para as assinaturas de miARN que confirmam a presença de um estado de doença como o cancro ou a resposta de uma doença de intervenções terapêuticas. De facto, os resultados a partir de amostras clínicas foram utilizados para estabelecer as assinaturas de miARN como biomarcadores para colangiocarcinoma 19.
O primeiro passo de centrifugação remove células intactas que estão presentes na bílis. Na segunda, celular centrifugação maior velocidade debRIS, corpos apoptóticos e outros organelos maiores são sedimentadas. Para assegurar que apenas partículas menor do que 200 nm são recolhidas na etapa de ultracentrifugação, o passo de filtração com filtro de ligação de uma proteína de baixa é importante. Alguns protocolos omitir este passo, mas nós pensamos que é necessário. Após a ultracentrifugação a 120000 xg, o sedimento obtido contém exossomas bastante puros que podem ser processados imediatamente ou após ressuspensão em PBS ser armazenado a -80 ° C. Uma limitação deste método é que o sedimento obtido só é altamente enriquecido em exossomas, mas isso é verdade para outros métodos de enriquecimento, tais como exclusão de tamanho e precipitação polimérico. O processamento adicional pode implicar um outro passo de purificação por gradiente de sacarose ou de ligação a esferas magnéticas revestidas com anticorpo. Se a fonte dos exossomas (como, por exemplo, plasma) contém precipita como resultado da coagulação, esta purificação adicional pode ser necessário uma vez que estas partículas podem muitas vezes ter o tamanho de exossomas.Em particular, a imuno-purificação conduz a uma preparação mais marcador enriquecido exossoma. A desvantagem é que esta reduz ainda mais a quantidade de exossomos e / ou miRNA presente, e para a maioria dos fins não justifica o tempo eo processo que consome recursos. Se, no entanto, a análise de mancha de Western detecta a presença de contaminação de proteína de microssoma através de um retículo endoplasmático, tais como calnexina, purificação adicional, em particular imuno-isolamento baseado, é aconselhável. Na nossa experiência isso raramente é o caso para a bílis, se utiliza uma fonte de outros fluidos biológicos de um passo de purificação de base imune, recomenda-se.
O uso de ultracentrifugação diferencial para isolar e enriquecer exossomas a partir de fluido biliar é um método relativamente rápido e de baixo custo. Enquanto isso requer a utilização de uma ultracentrifugadora, de preferência com um rotor de balanço do balde, estes dispositivos são comumente encontrados em muitas instituições. A purificação adicional por meio de centrifugação de densidade são pose com o mesmo equipamento e os tubos são reutilizáveis várias vezes após a limpeza e esterilização. Embora a precipitação à base de polímero requer apenas o uso de microcentrífugas ou centrífugas padrão para sedimentar os precipitados a uma velocidade de 10000 x g ou menos, geralmente de co-isola contaminantes não vesiculares, incluindo lipoproteínas. Enquanto as lipoproteínas não estão geralmente presentes na bílis, o custo dos polímeros muitas vezes patenteadas fazer o isolamento caro em comparação. Os polímeros também são por vezes incompatíveis com aplicações a jusante, tais como espectrometria de massa, mas quando a análise a jusante é compatível com o polímero (ARN ou isolamento de proteínas), o método é fácil, rápida e não requerem equipamento específico.
cromatografia de exclusão de tamanho tem a desvantagem de tempos de execução longos ea exigência de equipamento especial, mas permite a separação precisa de partículas de grandes e pequenos. Purificação por imunoafinidade produz o maior purity de vesículas exosomal e até mesmo permite o isolamento de frações exosomal específicos, tais como epitelial derivada, mas isso vem com o custo de produção total. Além disso, ela é limitada a pequenos volumes de amostras que necessitam de um primeiro passo de enriquecimento se um grande volume está a ser processado e os exossomas isoladas podem perder a actividade funcional ou exibem função biológica alterada devido aos anticorpos ligados.
É importante ter em conta a aplicação a jusante (s) e a disponibilidade de equipamento especializado no que se refere ao isolamento de exossomas. A caracterização das partículas isoladas enriquecidas / é importante, independentemente do método de isolamento utilizado. Ultracentrifugação tem sido até agora um "padrão ouro" usada por muitos laboratórios devido ao seu enriquecimento robusto e rápido (e de baixo custo, se uma ultracentrífuga está disponível) de partículas exosomal.
None of the authors have competing financial interests.
This study was supported by a K08 Award (DK090154-01) from the National Institutes of Health (NIH; to F.M.S.).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.2 µm Polyethersulfone (PES) membrane filter | Corning | 431229 | |
thinwall polyallomer ultracentrifuge tubes | Beckman Coulter | 331374 | |
SW40Ti rotor | Beckman Coulter | ||
LM10-HS | Nanosight | ||
Nanoparticle Tracking Analysis (NTA) software | Nanosight | ||
mirVANA | Life Technologies | AM1560 | |
Complete Protease Inhibitor | Roche distributed by Sigma-Aldrich | 4693116001 | |
Immobilon PSQ | Millipore, Bedford MA | ISEQ00010 | |
Anti-CD63 antibody | Abcam | ab59479 | |
Anti-Tsg101 | Abcam | ab30871 |
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