ריכוז מבוסס נייר ובידוד של מיקרושלפוחיות ואקסוזומים
Summary
מוצג פרוטוקול להמציא מכשיר מבוסס נייר להעשרת האפקטיבית והבידוד של המיקרושלפוחיות ואקסוזומים.
Abstract
שלפוחיות ואקסוזומים הן קרומי שלפוחיות קטנות שפורסמו לסביבת החילוץ והופץ ברחבי הגוף. מכיוון שהם מכילים שונים תא הורים biomolecules כגון DNA, mRNA, miRNA, חלבונים, ושומנים, שלהם העשרה ובידוד הם צעדים קריטיים לניצול שלהם כמו סמנים פוטנציאליים יישומים קליניים. עם זאת, שיטות בידוד קונבנציונאלי (למשל, הטיות) גורמות לאובדן משמעותי ונזק למיקרושלפוחיות ואקסוזומים. שיטות אלה דורשות גם שלבים חוזרים ונשנים מרובים של העברת החומרים, טעינה, ובזבוז של ריאגנטים. מאמר זה מתאר שיטה מפורטת לעיצוב התקן המבוסס על נייר אוריגמי (Exo-PAD) המיועדת להעשרה ולבידוד יעילים של מיקרושלפוחיות ואקסוזומים באופן פשוט. העיצוב הייחודי של ה-Exo-PAD, המורכב משכבות רב-אקורדיון הכוללות שכבות משולבות משולבות עם שטחים לדוגמה מתכנסת, משולבים עם טכניקת הקיטוב של ריכוז היונים, ובכך מאפשרת לעשרת העשרה של המיקרושלפוחיות והאקסוזומים על שכבות ספציפיות. כמו-כן, המיקרושלפוחיות והאקסוזומים המועשרת מבודדים על-ידי התגלגלות בפשטות של ה-Exo-PAD.
Introduction
שלפוחיות ואקסוזומים הן ממברנות קטנים מדידת מדידה 0.2-1 מיקרומטר ו 30-200 ננומטר, בהתאמה. הם מופרשים לתוך סביבת החילוץ על ידי כמה סוגי תאים שונים1,2,3,4,5. הם מכילים מידע תא הורים בצורה של תת קבוצות של DNA, mrna, mirna, חלבונים, ושומנים, ולזרום ברחבי הגוף באמצעות נוזלי גוף שונים כגון סרום, פלזמה, שתן, נוזל שדרתי, נוזל שפיר, ורוק6,7,8,9. לכן, טכניקות לבידוד יעיל של מיקרושלפוחיות ואקסוזומים מנוזלים ביולוגיים יכולים לספק הזדמנויות נרחבות בתחומים של אבחון, פרוגנוזה, ניטור בזמן אמת של מחלות, כמו גם בפיתוח של therapeutics חדש.
עם זאת, שיטת הבידוד המקובלת למיקרו-שלפוחית ואקסוזומים המבוססת על הארכה היא זמן רב וגורמת לאובדן וזיהום משמעותיים של המדגם. זה בגלל שהוא כרוך מספר pipetting מסורבלת וטעינה שלבים ומהשליך של ריאגנטים שונים עם חוזר ונשנה5,6,10,11,12. יתר על כן, את המתח להטות גבוה הנגרמת על ידי מעקב (~ 100,000 x g) יכול לגרום לפירוק הפיזי של מיקרושלפוחיות ו אקסוזומים, מניב שיעורי התאוששות גרועה (5-כ 23%)6,13,14. לכן, יש לפתח טכניקת בידוד יעילה ובעלת משקל למיקרו-שלפוחיות ואקסוזומים כדי להפחית את הנזק וההפסד, ובכך להשיג שיעורי התאוששות גבוהים יותר.
התקן המבוסס על נייר אוריגמי (Exo-PAD) פותח לבידוד פשוט, עדין ויעיל מאוד של מיקרושלפוחיות ואקסוזומים6. העיצוב של ה-Exo-PAD הוא נייר רב-מקופל, עם שטחים לדוגמה המחוברים באופן סדרתי היורדים בהדרגה בקוטר. טכניקת ההפולריזציה (הקאמרי), שהיא תופעה ננו-אלקטרוקינטית הטעונה בbiomolecules, משולבת בעיצוב ייחודי זה. השימוש ב-Exo-PAD הביא להעשרת העשרה של המיקרושלפוחיות ואקסוזומים בשכבות מסוימות ובבידוד שלהם על ידי התפתחות המכשיר. מאמר זה מתאר את ה-Exo-PAD בפירוט, החל מייצור ההתקן ומהפעולה הכוללת לניתוח השימוש בו, כדי להמחיש את השיטה ולהציג את תוצאות הנציגים6.
Protocol
Representative Results
Discussion
למרות Exo-PAD שימש בהצלחה עבור העשרה ובידוד של מיקרושלפוחיות ו אקסוזומים, מספר נקודות קריטיות צריך להיחשב בזהירות: 1) הדגירה של התנור זמן וטמפרטורה במהלך הכנת המכשיר, 2) זמן עיבוד, 3) יישום של מתח עם מספרי שכבות משתנות, שטח לדוגמה קטרים, ו 4) הישימות
זמן הדגירה והטמפרטורה הניתנים בפ…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה היה נתמך על ידי הקרן הלאומית למחקר של קוריאה, גרנט NRF-2018R1D1A09084044. י. ה. לי היה נתמך על ידי מלגת מחקר מאוניברסיטת Kwangwoon בשנת 2019. הייארין קים נתמכת על-ידי תוכנית הפיתוח של מומחי התעשייה של המשרד הקוריאני למסחר, תעשייה ואנרגיה (MOTIE), מופעל על ידי מכון קוריאה לקידום טכנולוגיה (KIAT) (לא. P0002397, תוכנית HRD להתכנסות תעשייתית של התקנים חכמים לבישים).
Materials
| Ag/AgCl electrodes | A-M Systems, Inc. | 531500 | 0.15" diameter |
| Albumin from Bovine Serum (BSA), Alexa Fluor 594 conjugate | Thermo Fisher Scientific | A13101 | BSA conjugated with Alexa Fluor 594 (Ex/Em: 590/617 nm) |
| Carbonate-Bicarbonate Buffer | Sigma-Aldrich | C3041-50CAP | Carbonate buffer |
| CorelDraw software (Coral Co., Canada) | Corel Corporation | Printer software to define wax printing region | |
| ColorQube 8870 | Xerox Corporation | Wax printer | |
| Chromatography paper grade 1 | Whatman | 3001-861 | Cellulose paper, dimension: 20 * 20 cm |
| Fluorescent-labeled exosome standards | HansaBioMed Life Sciences, Ltd. | HBM-F-PEP-100 | Exosome labeled with FITC (Ex/Em: 490/520 nm) |
| Keithley 2410 current/voltage source-meter | Keithley Instruments, Inc. | Current–voltage source measurement system | |
| Nafion perfluorinated resin solution | Sigma-Aldrich | 31175-20-9 | Permselective membrane, 20 wt.% in the mixture of lower aliphatic alcohols and water; contains 34% water |
| NanoSight LM10 | NanoSight Technology | Nanoparticle tracking analysis (NTA) machine | |
| Phosphate-buffered saline (PBS, pH7.4) | Thermo Fisher Scientific | 10010001 |
References
- Edgar, J. R. Q & A: What are exosomes, exactly. BMC Biology. 14 (1), 1-7 (2016).
- Contreras-Naranjo, J. C., Wu, H. J., Ugaz, V. M. Microfluidics for exosome isolation and analysis: Enabling liquid biopsy for personalized medicine. Lab on a Chip. 17 (21), 3558-3577 (2017).
- Simons, M., Raposo, G. Exosomes – vesicular carriers for intercellular communication. Current Opinion in Cell Biology. 21 (4), 575-581 (2009).
- Ståhl, A. L., Johansson, K., Mossberg, M., Kahn, R., Karpman, D. Exosomes and microvesicles in normal physiology, pathophysiology, and renal diseases. Pediatric Nephrology. 34 (1), 11-30 (2019).
- Chen, C., Lin, B. R., Hsu, M. Y., Cheng, C. M. Paper-based devices for isolation and characterization of extracellular vesicles. Journal of Visualized Experiments. (98), e52722 (2015).
- Kim, H., et al. Origami-paper-based device for microvesicle/exosome preconcentration and isolation. Lab on a Chip. 19 (23), 3917-3921 (2019).
- Raposo, G., Stoorvogel, W. Extracellular vesicles: Exosomes, microvesicles, and friends. Journal of Cell Biology. 200 (4), 373-383 (2013).
- Lee, Y., El Andaloussi, S., Wood, M. J. A. Exosomes and microvesicles: Extracellular vesicles for genetic information transfer and gene therapy. Human Molecular Genetics. 21, 125-134 (2012).
- Liu, C., et al. Field-Free Isolation of Exosomes from Extracellular Vesicles by Microfluidic Viscoelastic Flows. ACS Nano. 11 (7), 6968-6976 (2017).
- Marczak, S., et al. Simultaneous isolation and preconcentration of exosomes by ion concentration polarization. Electrophoresis. 39 (15), 2029-2038 (2018).
- Livshts, M. A., et al. Isolation of exosomes by differential centrifugation: Theoretical analysis of a commonly used protocol. Scientific Reports. 5, 1-14 (2015).
- Chiriacò, M. S., et al. Lab-on-chip for exosomes and microvesicles detection and characterization. Sensors. 18 (10), 3175 (2018).
- Lobb, R. J., et al. Optimized exosome isolation protocol for cell culture supernatant and human plasma. Journal of Extracellular Vesicles. 4 (1), 1-11 (2015).
- Taylor, D. D., Shah, S. Methods of isolating extracellular vesicles impact down-stream analyses of their cargoes. Methods. 87, 3-10 (2015).
- Han, S., et al. Electrokinetic size-based spatial separation of micro/nanospheres using paper-based 3d origami preconcentrator. Analytical Chemistry. 91 (16), 10744-10749 (2019).
- Yeh, S. H., Chou, K. H., Yang, R. J. Sample pre-concentration with high enrichment factors at a fixed location in paper-based microfluidic devices. Lab on a Chip. 16 (5), 925-931 (2016).
