Vi beskriver en protokol til mærkning makrofag-afledte små ekstracellulære vesikler med PKH farvestoffer og observere deres optagelse in vitro og i rygmarven efter intrathecal levering.
Små ekstracellulære vesikler (SEVs) er 50-150 nm vesikler udskilles af alle celler og til stede i kropsvæsker. sEVs overføre biomolekyler såsom RNA, proteiner og lipider fra donor til acceptor celler, hvilket gør dem centrale signalering mæglere mellem celler. I centralnervesystemet (CNS), sEVs kan mægle intercellulære signalering, herunder neuroimmune interaktioner. sEV-funktioner kan studeres ved at spore optagelsen af mærkede SEVs i modtagerceller både in vitro og in vivo. Dette papir beskriver mærkning af sEVs fra de betingede medier af RAW 264.7 makrofag celler ved hjælp af en PKH membran farvestof. Det viser udbredelsen af forskellige koncentrationer af mærket sEVs på flere tidspunkter af Neuro-2a celler og primære astrocytter in vitro. Også vist er optagelse af SEVs leveret intrathecally i musen rygmarvs neuroner, astrocytter, og mikroglia visualiseret af konfokal mikroskopi. De repræsentative resultater viser tidsafhængig variation i optagelsen af sEVs af forskellige celler, som kan hjælpe med at bekræfte vellykket SEVs levering i rygmarven.
Små ekstracellulære vesikler (SEVs) er nanosized, membran-afledte vesikler med en størrelse på 50-150 nm. De stammer fra multi-vesikulære organer (MVB) og frigives fra celler ved fusion af MVB’erne med plasmamembranen. sEVs indeholder miRNA’er, mRNAs, proteiner og bioaktive lipider, og disse molekyler overføres mellem celler i form af celle-til-celle kommunikation. sEVs kan internaliseres af modtagerceller ved hjælp af en række endoytiske veje, og denne fangst af sEVs af modtagerceller medieres ved genkendelse af overflademolekyler på både elbiler og målcellerne1.
SEVs har fået interesse på grund af deres evne til at udløse molekylære og fænotypiske ændringer i acceptorceller, deres nytte som terapeutisk middel, og deres potentiale som bærere for last molekyler eller farmakologiske agenser. På grund af deres lille størrelse kan billeddannelse og sporing af SEVs være udfordrende, især for in vivo-undersøgelser og kliniske indstillinger. Derfor er der udviklet mange metoder til at mærke og image sEVs til at hjælpe deres biodistribution og sporing in vitro og in vivo2.
Den mest almindelige teknik til at studere sEV biodistribution og målcelleinteraktioner indebærer mærkning af dem med fluorescerende farvemolekyler3,4,5,6,7. Elbiler blev oprindeligt mærket med cellemembranfarvestoffer, der almindeligvis blev brugt til billedceller. Disse fluorescerende farvestoffer generelt plette lipid bilayer eller proteiner af interesse på SEVs. Flere lipofile farvestoffer viser et stærkt fluorescerende signal, når de indgår i cytosolen, herunder DiR (1,1′-dioctadecyl-3,3,3′,3′-tetramethylindotricarbocyanine jod), DiL (1, 1′-dioctadecyl-3, 3, 3′, 3′-tetramethyl indocarbocyanine perchlorat), og DiD (1, 1′-dioctadecyl-3, 3, 3′, 3′-tetramethyl indocarbocyanine 4-chlorobenzenesulfonat salt)8,9,10,11.
Andre lipofile farvestoffer, såsom PKH67 og PKH26, har en meget fluorescerende polar hovedgruppe og en lang alifatisk kulbrintehale, der let interkalker i enhver lipidstruktur og fører til langsigtet farvefastholdelse og stabil fluorescens12. PKH farvestoffer kan også mærke elbiler, som gør det muligt at studere EV egenskaber in vivo13. Mange andre farvestoffer er blevet brugt til at observere exosomer ved hjælp af fluorescensmikroskopi og flowcytometri, herunder lipidmærkningsfarvestoffer14 og cellepermeable farvestoffer som carboxyfluorescein diacetate succinimidyl ester (CFDA-SE)15,16 og calcein acetoxymethyl (AM) ester17.
Undersøgelser af sEV-medieret krydstale mellem forskellige celler i CNS har givet vigtig indsigt i patogenesen af neuroinflammatoriske og neurodegenerative sygdomme18. For eksempel kan SEVs fra neuroner sprede beta-amyloid peptider og fosforylerede tau proteiner og støtte i patogenese af Alzheimers sygdom19. Derudover indeholder elbiler afledt af erythrocytter store mængder alfa-synuclein og kan krydse blod – hjerne barrieren og bidrage til Parkinsons patologi20. SEVs evne til at krydse fysiologiske barrierer21 og overføre deres biomolekyler til at målrette celler gør dem praktiske værktøjer til at levere terapeutiske lægemidler til CNS22.
Visualisering af SEV optagelse af utallige CNS celler i rygmarven vil muliggøre både mekanistiske undersøgelser og evaluering af de terapeutiske fordele ved eksogent administrerede sEVs fra forskellige cellulære kilder. Dette papir beskriver metoden til at mærke sEVs stammer fra makrofager og billede deres optagelse in vitro og in vivo i lændemarven af neuroner, mikroglia, og astrocytter til kvalitativt bekræfte sEV levering ved visualisering.
I denne protokol viste vi mærkning af SEVs med PKH farvestoffer og visualisering af deres optagelse i rygmarven. PKH lipofile fluorescerende farvestoffer anvendes i vid udstrækning til mærkning af celler efter flowcytometri og fluorescerende mikroskopi3,5,6,12,24,25. På grund af deres relativt lange halveringstid og lave …
The authors have nothing to disclose.
Denne undersøgelse blev støttet af tilskud fra NIH NINDS R01NS102836 og Pennsylvania Department of Health Commonwealth Universal Research Enhancement (CURE) tildelt Seena K. Ajit. Vi takker Dr. Bradley Nash for kritisk læsning af manuskriptet.
Amicon Ultra 0.5 mL centrifugal filters | MilliporeSigma | Z677094 | |
Anti-Alix Antibody | Abcam | ab186429 | 1:1000 |
Anti-Calnexin Antibody | Abcam | Ab10286 | 1:1000 |
Anti-CD81 Antibody | Santa Cruz Biotechnology | sc-166029 | 1:1000 |
Anti-GAPDH Monoclonal Antibody (14C10) | Cell Signaling Technology | 2118 | 1:1000 |
Anti-Glial Fibrillary Acidic Protein Antibody | Sigma-Aldrich | MAB360 | 1:500 for IF; 1:1000 for IHC |
Anti-Iba1 Antibody | Wako | 019-19741 | 1:2000 |
Anti-MAP2A Antibody | Sigma-Aldrich | MAB378 | 1:500 |
Bovine Serum Albumin (BSA) | VWR | 0332 | |
Cell Strainer, 40 μm | VWR | 15-1040-1 | |
Centrifuge Tubes | Thermo Scientific | 3118-0050 | 12,000 x g |
Coverslip, 12-mm, #1.5 | Electron Microscopy Sciences | 72230-01 | |
Coverslip, 18-mm, #1.5 | Electron Microscopy Sciences | 72222-01 | |
DAPI | Sigma-Aldrich | D9542-1MG | 1 µg/mL |
DC Protein Assay | Bio-Rad | 500-0116 | |
Deoxyribonuclease I (DNAse I) | MilliporeSigma | D4513-1VL | |
Donkey Anti-Rabbit IgG H&L (HRP) | Abcam | ab16284 | 1:10000 |
Donkey Anti-Rabbit IgG H&L, Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A-21206 | 1:500 |
Double Frosted Microscope Slides, #1 | Thermo Scientific | 12-552-5 | |
DPBS without Calcium and Magnesium | Corning | 21-031-CV | |
Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) | Corning | 10-013-CV | |
Exosome-Depleted Fetal Bovine Serum | Gibco | A27208-01 | |
Fetal Bovine Serum (FBS) | Corning | 35-011-CV | |
FluorChem M imaging system | ProteinSimple | ||
FV3000 Confocal Microscope | Olympus | ||
Goat Anti-Mouse IgG H&L (HRP) | Abcam | ab6789 | 1:10000 |
Goat Anti-Mouse IgG H&L, Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A-11001 | 1:500 |
Goat Anti-Mouse IgG1, Alexa Fluor 594 | Invitrogen | A-21125 | |
Hank's Balanced Salt Solution (HBSS) | VWR | 02-0121 | |
HEPES | Gibco | 15630080 | |
HRP Substrate | Thermo Scientific | 34094 | |
Intercept blocking buffer, TBS | LI-COR Biosciences | 927-60001 | |
Laemmli SDS Sample Buffer | Alfa Aesar | AAJ61337AC | |
Micro Cover Glass, #1 | VWR | 48404-454 | |
Microm HM550 | Thermo Scientific | ||
NanoSight NS300 system | Malvern Panalytical | ||
NanoSight NTA 3.2 software | Malvern Panalytical | ||
Neuro-2a Cell Line | ATCC | CCL-131 | |
Normal Goat Serum | Vector Laboratories | S-1000 | |
O.C.T Compound | Sakura Finetek | 4583 | |
Papain | Worthington Biochemical Corporation | NC9597281 | |
Paraformaldehyde | Electron Microscopy Sciences | 19210 | |
Penicillin-Streptomycin | Gibco | 15140122 | |
PKH26 | Sigma-Aldrich | MINI26-1KT | |
PKH67 | Sigma-Aldrich | MINI67-1KT | |
Protease Inhibitor Cocktail | Thermo Scientific | 1862209 | |
PVDF Transfer Membrane | MDI | SVFX8302XXXX101 | |
RAW 267.4 Cell Line | ATCC | TIB-71 | |
RIPA Buffer | Sigma-Aldrich | R0278 | |
Sodium Chloride | AMRESCO | 0241-2.5KG | |
Superfrost Plus Gold Slides | Thermo Scientific | 15-188-48 | adhesive slides |
T-75 Flasks | Corning | 431464U | |
Tecnai 12 Digital Transmission Electron Microscope | FEI Company | ||
TEM Grids | Electron Microscopy Sciences | FSF300-cu | |
Tris-Glycine Protein Gel, 12% | Invitrogen | XP00120BOX | |
Tris-Glycine SDS Running Buffer | Invitrogen | LC26755 | |
Tris-Glycine Transfer Buffer | Invitrogen | LC3675 | |
TrypLE Express | cell dissociation enzyme | ||
Triton X-100 | Acros Organics | 327371000 | |
Trypsin, 0.25% | Corning | 25-053-CL | |
Tween 20 | |||
Ultracentrifuge Tubes | Beckman | 344058 | 110,000 x g |