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干貨:MISEV2023指南解讀(一):EV的表征

閱讀:452      發(fā)布時間:2024-9-26
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期盼已久的最新MISEV終于千呼萬喚始出來了!細(xì)胞外囊泡 (EV) 自發(fā)現(xiàn)以來就引起了人們的廣泛興趣,相關(guān)科學(xué)研究的數(shù)量也逐年穩(wěn)定增長。EV 的計量以及在理解和應(yīng)用 EV中取得了重要進展。然而,由于 EV 命名、非囊泡細(xì)胞外顆粒的分離、EVs的表征和功能研究的挑戰(zhàn),實現(xiàn) EV 從基礎(chǔ)生物學(xué)到臨床應(yīng)用等領(lǐng)域仍然存在障礙。
為了應(yīng)對這一快速發(fā)展領(lǐng)域的挑戰(zhàn)和機遇,國際細(xì)胞外囊泡學(xué)會 (ISEV) 更新了《細(xì)胞外囊泡研究的最少信息指南 (MISEV) 》,該指南于 2014 年第一次發(fā)布 (MISEV2014) ,并在2018年進行了一版更新(MISEV2018),對于EV的表征建議了一些實驗方法,并在2014版的基礎(chǔ)上進行了更深入和批判性的評估。原本四年一期的行業(yè)寶典由于“口罩"事件等原因雖然有些姍姍來遲,但是還是在甲辰龍年之際騰云而出,為EV領(lǐng)域新的一年指明了方向。

最新發(fā)布的 MISEV2023,第一次以position paper (立場意見書)的形式發(fā)表在JEV期刊中,旨在為研究人員提供可用方法的最新建議及其在生產(chǎn)、分離和表征各種來源EV 方面的優(yōu)點和局限性。除了介紹EV研究基本原理的新技術(shù)之外,還涵蓋了目前該領(lǐng)域前沿先進的技術(shù)和方法。且讓我們一睹為快:



圖片

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關(guān)于EV的表征


估計 EV的 數(shù)量、確定 EV 的存在以及評估EV 制備中非 EV 組分的份額和影響等都需要對EV進行表征。EV的表征面臨著小粒徑、尺寸異質(zhì)性和分子異質(zhì)性、缺乏通用 EV 識別方法以及許多測量技術(shù)的非 EV 特異性的挑戰(zhàn)。沒有任何一種測量或方法能夠滿足所有 EV 表征的要求,因此建議使用正交方法(即沒有相同測量限制的方法)彼此驗證,也就是說EV的表征參數(shù)作為關(guān)鍵質(zhì)量屬性 (CQA) 推薦采用兩種或兩種以上不同原理的方法檢測同一指標(biāo)。

EV 的總體組成(蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、核酸和其他生物分子等的含量及比例)因 EV 來源而異。雖然這些單個分子類別的測量可用于估計 EV 豐度,但這些值不一定與 EV 濃度全部相關(guān),而且源材料之間也不存在普遍性;因此,它們不應(yīng)用作 EV 濃度的衡量標(biāo)準(zhǔn)。
正如沒有單一分子的檢測可以量化所有 EV 一樣,也沒有 EV 或 EV 亞型的通用分子標(biāo)記。必須根據(jù)來源特異性和類型特異性的證據(jù)來選擇特定的標(biāo)記。目前,尚無已知的通用標(biāo)記可以識別所有EV,無論其來源如何。對于所謂的外泌體,這些標(biāo)記的普遍性尚不清楚或不被接受。請注意,涉及四次跨膜蛋白 CD9、CD63 和 CD81 的基于親和力的方案對于作為 EV 亞型的外泌體并不具有特異性;使用針對這些四次跨膜蛋白中的某一個的抗體富集的EV群體并不能不全面覆蓋所有的分子組成。此外,并非所有 EVs都表達(dá)這些蛋白標(biāo)志物,因此四次跨膜蛋白富集并不能捕獲所有 EVs。

檢測同一表征參數(shù)的正交方法(不止一種原理的方法)不太可能具有相同的偏差;例如,同時通過光學(xué)方法與非光學(xué)方法分別推導(dǎo)和檢測EV的直徑。使用正交方法對 EV 樣本進行表征,對于證明共分離物與生物標(biāo)志物或功能發(fā)現(xiàn)無關(guān)也至關(guān)重要。由于許多EV表征方法不是特定適用于EV的,或者無法檢測所有的EV,因此需要將方法和結(jié)果透明公布以確保EV數(shù)據(jù)的可重復(fù)性。

一、顆粒濃度的定量

EV 的數(shù)量和體積測量一同定義了數(shù)濃度(以particles/mL 為單位),這是一種被廣泛報道并使用的指標(biāo)。然而,它通常不可靠,因為許多技術(shù)缺乏對EV的特異性和對所有EV的敏感性。
ISEV 嚴(yán)格和標(biāo)準(zhǔn)化EV參考材料工作組最近概述了測量技術(shù)的考慮因素,以及該領(lǐng)域在面對可追溯測量、開發(fā)和報告良好表征的EV參考材料方面所面臨的挑戰(zhàn)。這項工作的一個關(guān)鍵亮點是需要公布檢測方法的 LOD,從而允許其他人驗證結(jié)果,而不管靈敏度限制如何。通過使用正交方法可以提高 EV 濃度測量的可信度,每種方法都具有確定的 LOD,例如檢測光散射強度(如NTA)、熒光強度(如FCM)和物理大小(如RPS),因為正交方法沒有相同的測量限制。例如,電阻脈沖感應(yīng) (RPS) 技術(shù),就可以用粒徑來表示 LOD。對于流式細(xì)胞術(shù)等光學(xué)技術(shù),LOD 可以用源自光散射光學(xué)模型的直徑或源自熒光強度的等效可溶性熒光團 (MESF) 分子來報告。這些方法可以在不同儀器和靈敏度之間產(chǎn)生一致的數(shù)據(jù)。由于顆粒檢測涉及的變量較多,因此目前尚無方法為納米顆粒跟蹤分析 (NTA)、動態(tài)光散射 (DLS) 或成像流式細(xì)胞術(shù)得出可追溯的 LOD。
對于無法區(qū)分 EV 與其他潛在共分離物或污染物的技術(shù),無論上游分離步驟如何,都建議將濃度報告表示為“顆粒濃度或 EP 濃度"而不是“EV 濃度"。
【ISEV建議】
  • 公布每個檢測實驗的 LOD,或說明其不可量化,或是未知。
  • 如果可能,需要公布樣本連續(xù)稀釋的濃度結(jié)果,以證明所得濃度數(shù)據(jù)處于系統(tǒng)測量的線性區(qū)間內(nèi)。
  • 如果可能,使用正交方法來確定顆粒數(shù)量。
  • 除非某種方法對EVs具有高度針對性,否則檢測的輸出結(jié)果應(yīng)表述為“顆粒"或“EP"。

二、顆粒大小的定量

EV 大?。ㄒ约{米半徑或直徑為單位)的測量依賴于球形度或遷移率等假設(shè),并且輸出結(jié)果可能受到上游變量的影響。常見的高通量方法,包括流式細(xì)胞術(shù)、NTA、RPS、多角度光散射和動態(tài)光散射 (DLS) 都假設(shè) EV 是球形的。雖然“大小"和“直徑"經(jīng)常在測量方法之間互通使用,但它們的推導(dǎo)方式也可能導(dǎo)致測量技術(shù)間的一致差異。例如,依賴于顆粒布朗運動的技術(shù)(如 NTA 或 DLS)測量的是流體動力學(xué)直徑,與冷凍電鏡等成像方法相比,會導(dǎo)致顆粒大小估計過高。而很少有方法能夠在整個EV可能的直徑范圍內(nèi)(從幾十納米到微米)精確測量 EV 尺寸。例如,雖然冷凍電鏡的高分辨率成像是最準(zhǔn)確的方法之一,但它的檢測通量相對較低,而且許多較大的 EV 往往數(shù)量較少而可能無法量化。定量低于 100 nm 的低對比度 EV 的能力也可能是一個限制因素。

隨著越來越多的研究人員使用靈敏度更高的專用單顆粒分析技術(shù),越來越清楚的是,許多 EV 制劑表現(xiàn)出不對稱的右偏分布,例如對數(shù)正態(tài)分布,其中大多數(shù) EV 直徑 <100 nm。大多數(shù)單顆粒分析技術(shù)無法解析全部的 EV 群體,因此研究者應(yīng)共享檢測到的 EV 直徑分布而不僅僅是平均大小、集中大小或中位值大小等匯總指標(biāo),這些指標(biāo)很容易由于 LOD 和不對稱大小分布而傾斜。請注意,擬合大小統(tǒng)計數(shù)據(jù),例如通過 NTA 對低折射率顆粒進行測量,可能更接近儀器的 LOD而不是 EV 群體的真實模態(tài)直徑。使用具有專有算法的軟件來確定粒徑的技術(shù)也可能導(dǎo)致軟件版本或軟件平臺之間的差異,因此也應(yīng)該提供軟件及其版本。從折射率假設(shè)推導(dǎo)出大小的技術(shù)可能會由于不同的樣本成分和裝載物而導(dǎo)致變化。從熒光探針(例如膜嵌入染料)推導(dǎo)的大小則可能會由于基于不同膜脂成分的不同染料嵌入而導(dǎo)致變化。對于無法區(qū)分 EV 和共分離物/污染物的技術(shù),無論上游分離步驟如何,建議將直徑報告表述為“顆粒"或“EP"直徑,而不是“EV 直徑"。

【ISEV建議】
  • 如果可能,使用正交測量來增加大小分布結(jié)果的可信度。
  • 應(yīng)該分享 EV群體的直徑分布,而不僅僅是平均大小、集中大小或中位值大小。
  • 考慮所選方法的 LOD 以及這可能對數(shù)據(jù)造成的影響。
  • 公布儀器設(shè)置、軟件平臺和版本以及檢測試劑(尤其是嵌入染料)可能產(chǎn)生的影響。

三、EV表征技術(shù)特定報告的注意事項

隨著 EV 檢測實驗和儀器的使用和專家知識的拓展,相關(guān)表征報告尺度的確定也在不斷增加,以確保數(shù)據(jù)的可靠性和可重復(fù)性。MISEV2023指南詳細(xì)列出了最小實驗和儀器特定報告的注意事項列表。無論實驗設(shè)計如何,這些通常都適用。這里列出的技術(shù)并不詳盡,許多檢測技術(shù)正在開發(fā)或正在積極研究。然而,所列出的技術(shù)都是商業(yè)上可獲得的,并且有來自多個研究人員的發(fā)表文獻。(由于篇幅限制,筆者在此只列出當(dāng)前常用的幾種EV粒徑和濃度表征工具的描述及其主要觀點)
【基于微珠的流式細(xì)胞術(shù)】
ISEV建議,對照組應(yīng)包括作為檢測抗體的同型抗體,或同型偶聯(lián)的捕獲微珠,以及僅含有檢測抗體的捕獲微珠(用于抗體包被的捕獲珠);應(yīng)使用多個 EV上樣濃度來展示信號的滴定;如果制備微珠,應(yīng)公布其試劑和化學(xué)成分;商業(yè)捕獲微珠試劑的目錄和批號也應(yīng)公布;公布標(biāo)準(zhǔn)化微珠的中位熒光強度值;公布來自單態(tài)圈定微珠的等效可溶性熒光團 (MESF) 分子的數(shù)據(jù)和中位熒光強度值統(tǒng)計(與單 EV 流式細(xì)胞術(shù)一樣);應(yīng)公布完整且詳細(xì)的方法學(xué)。
【單EV流式細(xì)胞術(shù)】
2023年,經(jīng)由國際細(xì)胞外囊泡學(xué)會(ISEV)、國際細(xì)胞計數(shù)進步學(xué)會、國際血栓與止血學(xué)會組成的三學(xué)會工作組(EV流式細(xì)胞術(shù)工作組)倡議,出版了《單EV流式細(xì)胞術(shù)綱要》,全面解決開發(fā)單 EV 流式細(xì)胞術(shù)檢測的注意事項。
樣本體積、熒光和光散射參數(shù)的校準(zhǔn)對于單 EV 流式結(jié)果的解釋和復(fù)制至關(guān)重要。如果使用單 EV 流式細(xì)胞儀報告顆粒濃度,請確定LOD的上限和下限,以允許使用正交方法或其他人來重復(fù)和驗證該結(jié)果。目前,成像細(xì)胞儀使用動態(tài)觸發(fā)方法,這使得較低 LOD 的確定難以定義,因此難以標(biāo)準(zhǔn)化。
【動態(tài)光散射】
DLS,也稱為光子相關(guān)光譜 (PCS) 和準(zhǔn)彈性光散射 (QELS),是一種能夠確定稀釋水溶液分散體中充分單分散顆粒的流體動力學(xué)直徑的技術(shù)。DLS 測量溶液中多個顆粒散射的激光強度的自相關(guān)函數(shù)。自相關(guān)函數(shù)攜帶有關(guān)顆粒擴散系數(shù)的信息,該信息通過斯托克斯-愛因斯坦布朗運動理論與流體動力學(xué)直徑相關(guān)。
可以使用多種算法從測量的自相關(guān)函數(shù)導(dǎo)出擴散系數(shù)。最常見的方法是累積量分析,但是它假設(shè)樣本都是單分散的大小分布,而 EV 樣本是不具備這種分布的。對于 EV 樣本的多分散大小分布,擴散的推導(dǎo)自相關(guān)函數(shù)的系數(shù)分布成為一個不適定的數(shù)學(xué)問題。這意味著 DLS 不應(yīng)用于確定 EV 樣品的定量屬性,除非 DLS 應(yīng)用于 EV 的具有單分散尺寸的某一部分。另一方面,DLS 可用于定性確認(rèn) EV 樣品中可能存在的亞微米顆粒和可能的聚集體的存在。
【電子顯微鏡】
各種電子顯微鏡 (EM) 是少數(shù)能夠檢測EV(無論大小如何)的技術(shù)之一。然而,電鏡的通量也意味著與較小的EVs相比,較大的EVs在統(tǒng)計上會被低估。SEM、TEM和Cryo-EM都是高分辨率的EV表征方法,它們也不必互相切換或能夠提供具有質(zhì)量可比的圖像。例如,Cryo-EM可以清楚地顯示脂質(zhì)雙層結(jié)構(gòu),比TEM用于固定樣品的脫水條件更好地保持了 EV 形態(tài),并且可能更加準(zhǔn)確定量(大小),因為一定體積中的所有顆粒都可以成像,而不僅僅是那些粘附在載網(wǎng)表面上的顆粒。
為確定低報告要求而對 EM 方法進行的標(biāo)準(zhǔn)化研究非常有限。對于 TEM,應(yīng)公布三個主要參數(shù):固定、吸附和負(fù)染色方法。固定包括:使用的固定劑及其濃度和孵育時間;吸附包括載網(wǎng)材料、載網(wǎng)尺寸、薄膜類型、涂層、孵育時間和清洗細(xì)節(jié);負(fù)染色的詳細(xì)信息應(yīng)包括底物、濃度和孵育時間。并且,應(yīng)公布低倍率和高倍率圖像以及圖像的選擇標(biāo)準(zhǔn)。
【納米顆粒跟蹤分析】
NTA,也認(rèn)為是一種單顆粒跟蹤,是 EV 領(lǐng)域廣泛使用的一種光學(xué)技術(shù),用于估計顆粒尺寸和濃度。NTA 通常采用減少直徑分布變化的算法,通過測量顆粒的擴散系數(shù)得出流體動力學(xué)直徑。值得注意的是,某些NTA設(shè)備上使用的 FTLA 算法是為了更好地表示單分散混合物而開發(fā)的,而 EV 則不然,這可能會導(dǎo)致人為的多種擬合分布。并且,目前沒有方法可以確定或公布 NTA 設(shè)置 的LOD。很多學(xué)者已經(jīng)進行了幾項標(biāo)準(zhǔn)化研究來比較用戶和儀器之間的結(jié)果。使用 NTA 測量復(fù)雜生物流體樣本的直徑分布和濃度應(yīng)謹(jǐn)慎解釋,因為它會對脂蛋白和大蛋白復(fù)合物等共分離物進行計數(shù),并且NTA難以量化直徑在幾百納米以上的 EV
對于 NTA 的公布信息,應(yīng)包括儀器型號、相機類型、相機設(shè)置、激光波長、激光功率、軟件版本、分析設(shè)置和每幀粒子。如果已知,則應(yīng)公布用于生成直徑分布的算法,因為根據(jù)所使用的算法可能會產(chǎn)生不同的結(jié)果。在光散射或熒光檢測模式的情況下,建議使用空白緩沖液作為對照。對于熒光 NTA,報告光散射模式下的總顆粒數(shù)以及熒光模式下的標(biāo)記顆粒數(shù),以及標(biāo)記去除方法和緩沖液/試劑控制從而評估標(biāo)記的偽彩情況。如果使用了流體上樣裝置也應(yīng)將其設(shè)置公布。
【電阻脈沖感應(yīng)】
這是MISEV第一次將電阻脈沖感應(yīng) (RPS) 技術(shù)作為與基于流式的方法(包括基于微珠的流式和單EV流式)和基于顯微鏡的方法(包括原子力顯微鏡、電鏡、DLS、NTA、超分辨顯微鏡等)并列推薦的常用EV顆粒表征方法。也是為數(shù)不多的非光學(xué)原理的EV表征技術(shù)之一。
RPS利用庫爾特原理來確定顆粒的濃度和直徑,以及某些設(shè)備還具備zeta 電位功能。目前 RPS 的直徑LOD低至 ~50 nm。文獻報道,RPS 測量結(jié)果確實與 TEM 數(shù)據(jù)具有非常高的一致性。報告 RPS 數(shù)據(jù)時,建議公布儀器型號、孔徑、校準(zhǔn)微珠直徑和來源以及軟件版本。如之前所述(顆粒大小的定量),對于 EV 數(shù)據(jù),推薦公布RPS的直徑分布而不是單一直徑統(tǒng)計數(shù)據(jù)。并且建議納入空白緩沖液的對照來識別背景,以及相同濃度的去污劑裂解后的樣品以確定標(biāo)記事件。由于 RPS 技術(shù)很容易被較大顆粒堵塞,因此可以使用離心或過濾等分析前步驟來去除較大顆粒。由于這些方法可能會改變正在分析的 EV 群體并影響與正交方法的比較,因此應(yīng)明確說明任何分析前處理程序。
【蛋白質(zhì)印跡法】
需提供蛋白質(zhì)富集和定量的詳細(xì)信息;如果可能,需包括抗原的陽性和陰性對照 ;如果聲稱蛋白質(zhì)與 EV 相關(guān),需要包括 EV 制劑的純度測量。報告標(biāo)準(zhǔn)化上樣、凝膠電泳、轉(zhuǎn)膜方法、探針和成像/分析的所有詳細(xì)信息(包括但不限于抗體信息、樣品變性和還原條件、轉(zhuǎn)膜方法、膜類型、緩沖液以及成像設(shè)備和參數(shù));提供所有WB的未裁剪圖像(如果在期刊上發(fā)表,則需要作為補充信息)。
該指南在以上各章節(jié)中,分別討論了 EV 表征的不同方法,并提供了具體建議。無論采用何種方法,表征的總體建議總結(jié)如下:
  • 每種 EV 制劑應(yīng)通過 EV 來源的定量測量來定義(例如,分泌細(xì)胞的數(shù)量、生物流體的體積、組織的質(zhì)量等)。
  • 應(yīng)估算 EV 的豐度(包括顆粒數(shù)量、蛋白質(zhì)和/或脂質(zhì)含量)。
  • 應(yīng)檢測 EV 制劑是否存在與 EV 亞型或EV 相關(guān)的成分,具體取決于實驗?zāi)康乃璧奶禺愋浴?/span>
  • 確定非囊泡、共分離成分的存在程度。
  • 當(dāng)使用定量指標(biāo)表征 EV 時,需提供儀器或方法的檢測限 (LOD) 。



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