Extracellular vesicles present in blood have been suggested as novel biomarkers for various diseases. Here, we present a protocol for the isolation of large plasma membrane-derived microvesicles from peripheral blood samples and their subsequent analysis by conventional flow cytometry and Western Blotting.
La liberación de vesículas extracelulares (EVs), incluidas las pequeñas exosomas derivados de endosomal (Exos, diámetro <100 nm) y microvesículas de membrana derivada de plasma grande (VM, diámetro> 100 nm) es un proceso celular fundamental que se produce en todas las células vivas. Estas proteínas de transporte de vesículas, lípidos y ácidos nucleicos específicos para su célula de origen y en estudios in vitro han puesto de relieve su importancia como mediadores de la comunicación intercelular. Vehículos eléctricos se han aislado con éxito de diversos fluidos corporales y, especialmente, los vehículos eléctricos en la sangre han sido identificados como prometedores biomarcadores para el cáncer o enfermedades infecciosas. Con el fin de permitir el estudio de las subpoblaciones de MT en la sangre, se presenta un protocolo para el aislamiento normalizado y caracterización de MVs a partir de muestras de sangre periférica. MVs se sedimentan a partir de muestras de plasma EDTA anticoagulada por centrifugación diferencial y típicamente poseen un diámetro de 100 – 600 nm. Debido a su mayor tamaño, que puedenfácilmente ser estudiadas por citometría de flujo, una técnica que se utiliza de manera rutinaria en el diagnóstico clínico y disponible en la mayoría de los laboratorios. se darán varios ejemplos para los ensayos de control de calidad de las MVs aisladas y se presentarán los marcadores que se pueden utilizar para la discriminación de las diferentes subpoblaciones de MT en la sangre.
En los últimos años, muchos estudios in vitro han demostrado que las vesículas extracelulares (EVs) juegan un papel importante en la comunicación intercelular. Las células vivas excretan constantemente vesículas que difieren en tamaño, contenido y la biogénesis. Los vehículos eléctricos mejor estudiados son los exosomas que se originan en el sistema endosomal en el que se almacenan como vesículas intraluminales en los cuerpos multivesiculares. Una vez que éste se fusionan con la membrana plasmática, las vesículas se liberan contenidos como exosomas (Exos, diámetro de 30 – 100 nm 1). Una segunda población de EV que ha ganado una creciente atención en los últimos años son grandes microvesículas (MVs, diámetro 100 – 1000 nm), que brotan fuera directamente de la membrana plasmática 2.
Ambos tipos de vesículas están rodeados por una bicapa lipídica y contienen ácidos nucleicos, por ejemplo, ADN, ARNm o miARN 3-5, y una gran cantidad de proteínas que pueden transferir a la vecina cells. Si bien en general la composición de proteína de las vesículas refleja el estado de la célula de origen, algunas proteínas parecen ser dirigidos y enriquecido en vehículos eléctricos 1 de forma selectiva. Una gran interés la investigación es la caracterización de los vehículos eléctricos a partir de células anormales y enfermas con el fin de definir las firmas EV específicos que podrían permitir el uso de los vehículos eléctricos como nuevos biomarcadores. Especialmente en el cáncer, en el que a menudo el tumor en sí mismo no es fácilmente accesible, biopsias líquidas dirigidas a los vehículos eléctricos específicos de tumores en la sangre pueden permitir el seguimiento de las respuestas de terapia o ayudar a caracterizar el tumor primario sin la necesidad de procedimientos invasivos 6.
De hecho, los vehículos eléctricos ya se han aislado con éxito de varios fluidos corporales, incluyendo la orina 7, 8 CSF, la leche materna o la sangre 9 10. Varios estudios identifican los cambios en los recuentos de EV y la composición de diferentes enfermedades humanas. Por ejemplo, en pacientes con sepsis el número de MVs pro-coagulante seaumentado de manera significativa en comparación con los individuos sanos 11. También en pacientes con malaria cerebral grave un aumento en el total de las VM en la sangre puede ser observado y cargos de las VM derivados de las plaquetas se correlaciona con la profundidad coma y trombocitopenia 12. Otros estudios informan de números elevados de vesículas derivados del endotelio en pacientes con lupus eritematoso sistémico o la insuficiencia cardíaca y en el caso de este último, esto se correlaciona con una mayor probabilidad de eventos cardiovasculares 13,14.
Especialmente en el cáncer, los vehículos eléctricos en la sangre se discuten actualmente como nuevos biomarcadores con valor diagnóstico y pronóstico. Los niveles de MVs que expresan proteínas asociadas a tumores, tales como MUC1, EGFR o FAK parecen ser elevados en la sangre de pacientes con cáncer de mama 15,16. También para Exos, estudios recientes han demostrado que los Exos derivados de la sangre que llevan antígenos específicos de tumores tales como Glipicano-1 de cáncer de páncreas o Del-1 de cáncer de mama permite temprana de la enfermedad deprotección con una alta especificidad y sensibilidad 17,18. Además, tumor derivado del suero Exos puede contener ADN que se puede utilizar para la detección de mutaciones, tales como KRAS y p53 que sugiere su uso para la predicción de la terapia 19. Los avances recientes han demostrado que el análisis de Exos en la sangre de los pacientes de glioblastoma utilizando un chip de microfluidos específico permite la monitorización de la terapia 20. Tomados en conjunto, estos resultados implican que el análisis de subpoblaciones específicas de la enfermedad de vesículas da valiosa información sobre el diagnóstico, el pronóstico, así como opciones terapéuticas y el éxito.
Sin embargo, el aislamiento y el análisis de Exos de la sangre es que consume tiempo, requiere un equipo especial de laboratorio y por lo tanto todavía no es adecuado para el diagnóstico clínico de rutina. Por el contrario, MVs pueden aislarse mucho más rápido y, debido a su mayor tamaño, se puede analizar fácilmente mediante citometría de flujo sin la necesidad de ellos par a perlas de látex, ya que es necesario para Exos 18, 21. Por lo tanto, aquí se presenta un protocolo que se puede utilizar para el aislamiento normalizado de MVs de muestras de sangre y la posterior caracterización de subpoblaciones de MT por citometría de flujo. Este protocolo permitirá que el estudio y la caracterización de los perfiles de profundidad de media tensión en grandes grupos de pacientes que serán necesarios con el fin de utilizar las variedades modernas para el diagnóstico clínico de todos los días.
Los estudios recientes sobre los vehículos eléctricos en la sangre han demostrado que la composición EV y recuentos cambian durante la causa de varias enfermedades. Por lo tanto, el análisis y la caracterización adicional de estos vehículos eléctricos son de gran interés para evaluar más a fondo su potencial uso como biomarcadores de la enfermedad para el diagnóstico y el pronóstico o para evaluar las respuestas de terapia. El protocolo que aquí presentamos permite el aislamiento de vesículas con un diámetro de hasta 600 nm, que no contiene ningún orgánulos celulares. Estas observaciones están de acuerdo con la definición actual de las VM y no incluyen la presencia de cuerpos apoptóticos 2. El uso de Western Blot, hemos sido capaces de demostrar que las variedades modernas aisladas muestran una alta expresión de tubulina, mientras que los tetraspanins CD9 y CD81 que se utilizan a menudo como marcadores Exo se expresaron sólo ligeramente. Esto confirma que las variedades modernas difieren de Exos y se adapta a la reciente caracterización y comparación de ambas poblaciones EV en profundidad por la proteómica 25.
contenido "> Durante la adquisición de muestras de sangre, es fundamental para mantener el tiempo entre la punción venosa y la preparación de plasma lo más corta posible con el fin de prevenir la degradación de MV. Además, el almacenamiento prolongado de las muestras de sangre podría dar lugar a la activación de células de la sangre que causa una mayor MV vertimiento y en última instancia, la apoptosis que resulta en la liberación de cuerpos apoptóticos. Otra consideración importante para el aislamiento de MV es para evitar contaminaciones de preparaciones MV con las proteínas plasmáticas o Exos más pequeñas. por lo tanto, es fundamental para eliminar la mayor cantidad del sobrenadante como sea posible después de girar hacia abajo las MVs en 14.000 x g. Dado que el pellet es normalmente visible y fuertemente unido a la pared del tubo, el sobrenadante se puede quitar fácilmente con una punta de pipeta. En contraste con Exos que tienden a formar agregados durante la preparación mediante ultracentrifugación de alta velocidad y son a menudo difíciles de volver a suspender, este problema no se produce con MVS.Nuestro estudio muestra que es posible para caracterizar subpoblaciones de MT presentes en la sangre por citometría de flujo. A pesar de que el límite de detección de la mayoría de los citómetros de flujo es de alrededor de 200 – 300 nm, VM se midieron de manera reproducible en el donante, así como muestras de cultivo celular con los mismos parámetros de análisis y puertas que permitían claramente su distinción de las señales de fondo. Es importante verificar antes de las mediciones que el PBS utilizado para los análisis no contiene partículas contaminantes que podrían causar un fondo alto durante citometría de flujo (Figura 3). Aunque algunas variedades modernas más pequeñas no pueden ser capturados en un enfoque de citometría de flujo, se han detectado las variedades modernas de las principales poblaciones de células sanguíneas (por ejemplo, plaquetas, glóbulos rojos, leucocitos, células endoteliales). En nuestro análisis hemos utilizado marcadores estándar para las diferentes células sanguíneas que se han encontrado previamente en las VM 26 – 29. Debe tenerse en cuenta que con el fin de obtener los mejores resultados posibles por citometría de flujo, tque cantidad y la concentración de todos los anticuerpos se debe ajustar en una muestra MV que expresa el antígeno de interés. Si subpoblaciones específicas de MT en la sangre serán identificados con mayor especificidad, es posible llevar a cabo la doble tinción contra dos antígenos diferentes presentes en los respectivos MVs y sólo considerar todas las MVs dobles positivos para análisis posteriores 23. Actualmente, se están realizando esfuerzos para definir una gama estándar de las subpoblaciones de MT en la sangre de individuos sanos 23,30. Estos estudios ya han demostrado que las variedades modernas derivados de las plaquetas constituyen la mayor población de las VM en la sangre que está en correspondencia con nuestras observaciones.
Una de las ventajas de la citometría de flujo para caracterizar muestras de MT es que este método ya está bien establecido con fines de diagnóstico en la mayoría de los centros clínicos que permitan el posible uso de las VM como biomarcadores en el diagnóstico clínico de todos los días. Estudios previos sobre los vehículos eléctricos en la sangre que tienen en su mayoría se centraned en Exos más pequeños, se basan en cualquiera de los procedimientos de clasificación específicos para analizar selectivamente la población objetivo Exo deseada 31,32 o requiere una (2 días) proceso de aislamiento que consume tiempo con acoplamiento de Exos a perlas de látex antes del análisis 18. Nuestras propias observaciones no publicadas sugieren que el análisis de citometría de flujo de MVs a partir de preparaciones de sangre completa incluso permite la detección de MVs como MVs derivadas de tumores sin ayuda de tales procesos de selección.
En su conjunto, el protocolo presentado aquí permite el aislamiento rápido de las VM a partir de muestras de sangre periférica con equipo de laboratorio estándar y su posterior caracterización mediante citometría de flujo y transferencia Western. Todo el proceso se puede realizar en alrededor de 2 h que facilitará los estudios futuros sobre los perfiles de MT en la sangre de los pacientes que se requieren para evaluar el potencial de MVs como biomarcadores de la enfermedad.
The authors have nothing to disclose.
The authors acknowledge Meike Schaffrinski for excellent technical assistance. We would like to thank the following people for their help in the collection of peripheral blood samples (all from University Medical Center Göttingen): Henrietta Vida (Dept. of Transfusion Medicine), Kia Homayounfar, Lena-Christin Conradi (Dept. of General, Visceral and Pediatric Surgery), Leila Siam, Bawarjan Schatlo (Dept. of Neurosurgery), Hendrik A. Wolff, Martin Canis (Dept. of Otorhinolaryngology, Head and Neck Surgery) as well as all employees of the interdisciplinary short-term oncology. We acknowledge Dirk Wenzel (Max Planck Institute for Biophysical Chemistry, Göttingen) for his help with the electron microscopy of MVs.
The study was funded by the German Ministry of Education and Research (BMBF) project MetastaSys (grant no. 0316173) as well as the German Cancer Aid (grant no. 109615).
butterfly needle (21 gauge) | Hospira Deutschland GmbH | 490P29201 | |
Bovine serum albumin Fraction V | Roth | 8076.3 | For 10x TBS weigh 24.2 g Tris base and 80 g NaCl, ad 1 L H2O and adjust pH to 7.6 |
For 1x TBS-T mix 100 mL 10x TBS with 900 mL H2O and add 1 mL Tween-20 | |||
CD235a-PE | Beckman Coulter | A07792 | use 5µl for staining |
CD45-FITC | Beckman Coulter | 7782 | use 5µl for staining |
CD62E-PE | Biolegend | 336008 | use 0.8µg for staining |
CD62P-PE | Biolegend | 304905 | use 0.1µg for staining |
CD81 antibody | Biolegend | 349501 | 1:2000 in 5%BSA in TBS-T; use non-reducing conditions for Western Blotting |
CD9 antibody | Immunotools | 21270091 | 1:1000 in 5%BSA in TBS-T; use non-reducing conditions for Western Blotting |
Chemiluminescence imager ImageQuant LAS-4000 | Fujitsu Life Sciences | ||
DC protein assay kit II | Bio-Rad | 5000112 | |
ECL detection reagent | GE Healthcare | RPN2232 | |
EDTA vacutainers for blood collection | Sarstedt | 01.1605.001 | |
FACSCanto II | BD Biosciences | ||
fetal calf serum (FCS) | Invitrogen | 10091148 | heat-inactivated (30 min, 56°C) |
filter 0.22µm | Sarstedt | 83.1826.001 | |
HRP-coupled anti-mouse secondary antibody | santa cruz | sc-2005 | use 1:10,000 in 5% milk powder in TBS-T |
HRP-coupled anti-rabbit secondary antibody | santa cruz | sc-2004 | use 1:10,000 in 5% milk powder in TBS-T |
4x Laemmli loading buffer, Roti-Load 1 | Roth | K929.1 | |
microfuge SIGMA 1-15K | Sigma Laborzentrifugen | ||
milk powder (Blotting-Grade Blocker, nonfat dry milk) | BioRad | 170-6404 | |
multifuge 3 L-R | Heraeus | ||
NanoSight LM10 | NanoSight Ltd. | ||
PBS, w/o Ca and Mg | Pan biotech | P04-36500 | |
perfusor syringe 50 mL | Braun | 8728844F | |
Ponceau-S staining solution | PanReac AppliChem | A2935,0500 | |
rotor Sw32.1 Ti for ultracentrifugation (6x 17 mL) | Beckman Coulter | ||
rotor TLA-120.2 for ultracentrifugation (10x 1.5 mL) | Beckman Coulter | ||
tubes for flow cytometry (5 mL, round-bottom) | BD Biosciences | 352054 | |
tubes for ultracentrifugation (15 mL) | Beckman Coulter | 344061 | |
tubes for ultracentrifugation (11* 34 mm) | Beckman Coulter | 343778 | |
Tubulin antibody | Millipore | 05-829 | 1:5000 in 5%BSA in TBST |
ultracentrifuge Optima L-80 XP | Beckman Coulter | ||
ultracentrifuge TL-100 | Beckman Coulter | ||
valve filter Seraplas V15 | Sarstedt | 53,428 |