Exosomes as tools for biomarker discovery

Abstract

Os exossomas são pequenas vesículas extracelulares envolvidas em vários processos fisiológicos e patológicos. O potencial dos exosomas como fontes de biomarcadores para o diagnóstico, prognóstico e mesmo para a terapêutica tem intensificado a investigação nesta área, apoiando o potencial dos exosomas na descoberta de biomarcadores. A centrifugação diferencial é o método mais usado, mas é demorado, requer grandes volumes de amostra e as altas velocidades de centrifugação podem comprometer a integridade dos exossomas. Apesar das várias opções disponíveis, nenhum consenso foi atingido quanto à melhor metodologia para isolar exossomas. Neste estudo, dois métodos baseados em precipitação e um método baseado em colunas foram comparados para a isolação de exosomas a partir de soro, plasma e líquido cefalorraquidiano humano (LCR). Foi realizada uma completa caracterização dos exosomas isolados, incluindo a análise do tamanho e estabilidade das partículas, análise da morfologia por microscopia eletrónica de transmissão, incluindo métodos de quantificação de partículas e proteína. Todos os métodos isolaram exosomas a partir dos três biofluidos, contudo apresentaram performances diferentes em termos de rendimento exossomal. Estes dados apoiam a hipótese de que para além da ultracentrifugação outros métodos podem ser aplicados para isolar exosomas no contexto da investigação clínica e translacional. Neste estudo foi também explorado o potencial dos exosomas derivados do soro humano como transportadores de biomarcadores candidatos para a Doença de Alzheimer (DA). Estes podem representar métodos menos invasivos do que o atual diagnóstico neuroquímico para a DA, baseado no LCR. Neste caso, foi monitorizado o potencial de sAPPα e sAPPβ nos exosomas extraídos de soro de indivíduos com demência moderada, severa e casos de DA diagnosticados. Foi observada uma diminuição nas médias de sAPPα e sAPPβ dos exosomas neuronais derivados do soro, suportando o potencial dos exosomas na descoberta de biomarcadores para a DA.

Exosomes are small extracellular vesicles involved in various physiological and pathological processes. The potential of exosomes as biomarker resources for diagnostics, prognostics and even for therapeutics has intensified research in the field supporting the potential of exosomes in AD biomarker discovery. Differential centrifugation is the most used method but is time-consuming, requires larger volumes of sample, and the high centrifuge speed compromise exosome integrity. Despite the various approaches available, no consensus on which is the best methodology to isolate exosomes have been reached thus far. Thus, in this study, two precipitation-based methods and one column-based method were compared for exosome isolation from human serum, plasma and cerebrospinal fluid. A complete exosome characterization was carried out, including size and particle stability analysis, morphological assessment by transmission electron microscopy and yield quantification methods. All methods isolated exosomes from the three biofluids although in terms of exosome yield they performed differently. These data support the notion that other methods than ultracentrifugation can be successfully applied to isolate exosomes, that can be further used in the context of translational and clinical research. It was also explored the value of serum-derived exosomes as carriers of candidate Alzheimer’s disease (AD) biomarkers. These may represent less invasive approaches than CSF-based neurodegenerative diagnostic currently used for AD. In this case, the potential of serum-derived exosome sAPPα and sAPPβ was monitored, in cognitive demented individuals including AD diagnosed cases. A decrease in sAPPα and sAPPβ levels of serum-derived neuronal exosomes was obtained in individuals with moderate, severe dementia and AD confirmed from respective controls, supporting the potential of exosome in AD biomarker discovery.