ตัวเล็กแต่ยิ่งใหญ่—เอ็กโซโซม ผู้ส่งสารระหว่างเซลล์แบบใหม่ในการเสื่อมของระบบประสาท ตอนที่ 2

การหมุนเหวี่ยงด้วยความเข้มข้นสูงแบบดิฟเฟอเรนเชียล: วิธีการปั่นเหวี่ยงด้วยความเข้มข้นสูงถือเป็น 'มาตรฐานทองคำ' มานานแล้วสำหรับการแยกสารจากภายนอก [10,78] และเป็นวิธีที่ใช้กันมากที่สุด จอห์นสตันและเพื่อนร่วมงานรายงานครั้งแรกว่าการหมุนเหวี่ยงด้วยความเข้มข้นสูงเป็นพิเศษเพื่อแยกเอ็กโซโซมออกจากอาหารเลี้ยงเชื้อเรติคูโลไซต์ [10]

ดูเหมือนจะไม่มีการเชื่อมโยงโดยตรงระหว่างการหมุนเหวี่ยงแบบดิฟเฟอเรนเชียลกับหน่วยความจำ แต่มีการเชื่อมโยงทางอ้อมระหว่างสิ่งเหล่านั้น

ประการแรก การหมุนเหวี่ยงด้วยความเข้มข้นสูงแบบดิฟเฟอเรนเชียลสามารถช่วยให้เรารักษาร่างกายและสมองให้แข็งแรง ซึ่งจะช่วยพัฒนาความจำของเรา การศึกษาพบว่าการออกกำลังกายสามารถส่งเสริมการเชื่อมต่อระหว่างเซลล์ประสาทในสมองและปรับปรุงการทำงานของสมอง รวมถึงความจำด้วย เนื่องจากเป็นวิธีการออกกำลังกายที่มีความเข้มข้นสูง การหมุนเหวี่ยงด้วยความเข้มข้นสูงแบบดิฟเฟอเรนเชียลสามารถส่งเสริมสุขภาพหัวใจและหลอดเลือด ความแข็งแรงของกล้ามเนื้อ และความอดทน ซึ่งสามารถส่งเสริมความจำของเราต่อไปได้

ประการที่สอง การหมุนเหวี่ยงด้วยความเข้มข้นสูงแบบดิฟเฟอเรนเชียลสามารถช่วยให้เราลดความเครียดและปรับปรุงอารมณ์ ซึ่งส่งผลดีต่อความจำด้วย เมื่อเรารู้สึกกังวล วิตกกังวล หรือเครียด สมองจะปล่อยสารเคมีทางอารมณ์เชิงลบออกมา ซึ่งอาจส่งผลต่อความจำและความสามารถทางปัญญาของเรา ด้วยการออกกำลังกายแบบปั่นแยกด้วยความเข้มข้นสูงแบบดิฟเฟอเรนเชียล เราสามารถปลดปล่อยความเครียดในร่างกายและส่งเสริมการหลั่งของสารสื่อประสาทในสมอง ซึ่งจะช่วยปรับปรุงอารมณ์และความสามารถทางปัญญาของเรา

นอกจากนี้ การหมุนเหวี่ยงด้วยการหมุนเหวี่ยงแบบดิฟเฟอเรนเชียลสามารถช่วยให้เราเพิ่มความมั่นใจในตนเองและการรับรู้ความสามารถในตนเอง ซึ่งสามารถสะท้อนให้เห็นได้ด้วยการปรับปรุงความจำของเรา เมื่อเรารู้สึกมั่นใจและประสบความสำเร็จ สมองของเราจะปล่อยสารเคมีทางอารมณ์เชิงบวกออกมา ซึ่งสามารถปรับปรุงความสามารถด้านความรู้ความเข้าใจและความจำของเราได้ ด้วยการออกกำลังกาย เช่น การหมุนเหวี่ยงด้วยความเข้มข้นสูงแบบดิฟเฟอเรนเชียล เราสามารถปรับปรุงระดับนักกีฬาและความสามารถทางกายภาพของเรา เพิ่มความมั่นใจในตนเองและการรับรู้ความสามารถของตนเอง และทำให้มีประสิทธิภาพมากขึ้นในการปรับปรุงความจำ

โดยทั่วไปแล้ว ไม่มีความสัมพันธ์โดยตรงระหว่างการฝึกปั่นแยกด้วยความเข้มข้นสูงแบบดิฟเฟอเรนเชียลกับความจำ แต่จริงๆ แล้วมีความเชื่อมโยงทางอ้อมบางอย่างระหว่างสิ่งเหล่านั้น การออกกำลังกาย ลดความเครียด ปรับปรุงอารมณ์ และเพิ่มความมั่นใจในตนเอง ช่วยให้ความจำและความสามารถในการรับรู้ของเราดีขึ้น ในขณะเดียวกันก็ส่งผลดีต่อสุขภาพร่างกายและจิตใจด้วย ดังนั้น การหมุนเหวี่ยงด้วยความเข้มข้นสูงแบบดิฟเฟอเรนเชียลจึงเป็นวิธีการออกกำลังกายเชิงบวกที่สามารถนำประโยชน์มาสู่สุขภาพร่างกายและจิตใจและความจำของเราได้มากขึ้น จะเห็นได้ว่าเราต้องปรับปรุงความจำ และ Cistanche สามารถปรับปรุงความจำได้อย่างมีนัยสำคัญ เนื่องจาก Cistanche มีฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระ ต้านการอักเสบ และต่อต้านวัย ซึ่งสามารถช่วยลดปฏิกิริยาออกซิเดชั่นและการอักเสบในสมอง จึงช่วยปกป้องสุขภาพของ ระบบประสาท นอกจากนี้ Cistanche ยังสามารถส่งเสริมการเจริญเติบโตและการซ่อมแซมเซลล์ประสาท ซึ่งจะช่วยปรับปรุงการเชื่อมต่อและการทำงานของโครงข่ายประสาทเทียม ผลกระทบเหล่านี้สามารถช่วยปรับปรุงความจำ ความสามารถในการเรียนรู้ และความเร็วในการคิด และยังสามารถป้องกันการเกิดความผิดปกติทางสติปัญญาและโรคทางระบบประสาทได้อีกด้วย

คลิกรู้อาหารเสริมเพื่อเพิ่มความจำ

เทคนิคนี้มีพื้นฐานมาจากการใช้แรงเหวี่ยงเพื่อแยกอนุภาคตามลำดับตามขนาดและความหนาแน่น อนุภาคขนาดใหญ่และหนาแน่นต้องใช้แรงเหวี่ยงต่ำในการตกตะกอนก่อน [44,84]

ขึ้นอยู่กับลักษณะของตัวอย่าง การปั่นแยกด้วยความเร็วต่ำครั้งแรกที่ 300–2000× กลบเซลล์ลอย เดอ โฆษณา และอะพอพโทติก การปั่นแยกด้วยความเร็วสูงกว่าที่ 10,000× กรีดถุงขนาดใหญ่และเศษเซลล์

เอ็กโซโซมถูกอัดเป็นก้อนโดยการหมุนเหวี่ยงแบบพิเศษที่ 100,000× กรัม ประสิทธิภาพของการแยกเอ็กโซโซมขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ รวมถึงการเร่งความเร็ว (g) ประเภทของโรเตอร์ที่ใช้ และคุณลักษณะของโรเตอร์ (ปัจจัย k, รัศมีของการหมุน) และความหนืดสิ้นสุดของตัวอย่างเริ่มต้น ประสิทธิภาพการตกตะกอนที่ยอดเยี่ยมลดลงพร้อมกับความหนืดที่เพิ่มขึ้น

ดังนั้น e การแยกเอ็กโซโซมจากซีรัม/เลือดจึงต้องใช้ขั้นตอนการปั่นแยกด้วยความเร็วสูงกว่าในระยะเวลาที่นานกว่า เมื่อเปรียบเทียบกับการแยกเอ็กโซโซมจากอาหารเลี้ยงเซลล์ ขึ้นอยู่กับโรเตอร์ที่ใช้ สามารถประมวลผลตัวอย่างที่มีปริมาณค่อนข้างมากได้ การหมุนเหวี่ยงด้วยความเข้มข้นสูงสำหรับการแยกออกจากกันแบบเอกโซโซมต้องใช้รีเอเจนต์และวัสดุสิ้นเปลืองเพียงเล็กน้อย และมีความสามารถในการทำซ้ำได้ดี แต่ต้องใช้เวลาและอุปกรณ์ราคาแพงมากกว่า

ศักยภาพของการรวมตัวของโปรตีนที่อัดเป็นก้อนและอนุภาคที่ไม่เอ็กโซโซมอื่นๆ ได้กระตุ้นให้เกิดการใช้การหมุนเหวี่ยงด้วยเกรเดียนต์แบบอัลตร้าเซนติฟิวเจอร์ที่ทำให้เกิดการแยกตัวจากภายนอกโดยอิงตามความหนาแน่นที่ลอยตัวของพวกมัน

โดยทั่วไปแล้ว ซูโครส ไอโอเฮ็กซ์ ออล และไอโอไดซานอลถูกนำมาใช้ในการปั่นแยกด้วยไอโซปิกนิก [85,86] วิธีนี้ใช้เวลานาน โดยต้องใช้ตัวอย่างในปริมาณน้อย เนื่องจากหลอดโรตารีไม่สามารถบรรทุกมากเกินไปได้ และได้การเตรียมเอ็กโซโซมบริสุทธิ์ในปริมาณเล็กน้อย

การกรองแบบอัลตราฟิลเตรชั่น: วิธีการนี้ขึ้นอยู่กับการใช้เมมเบรนที่มีรูพรุนที่ชอบน้ำซึ่งมีขนาดรูพรุนหรือน้ำหนักโมเลกุลที่กำหนดไว้เพื่อดักจับอนุภาคที่มีขนาดหรือมวลจำเพาะ ตัวอย่าง เช่น อาหารเลี้ยงเชื้อหรือของเหลวทางชีวภาพ จะถูกกรองตามลำดับผ่านเมมเบรนที่มีขนาดรูพรุนลดลง ซึ่งช่วยให้สามารถกักเก็บอนุภาคขนาดใหญ่ในแต่ละขั้นตอนการกรองได้ และสารกักขังจะเสริมด้วยขนาดอนุภาคเฉพาะ

เอ็กโซโซมถูกนำกลับคืนมาจากสิ่งกักขังสุดท้ายโดยการหมุนเหวี่ยงแบบพิเศษ ขั้นตอนนี้รวดเร็วและได้รับความนิยม [69] การกรองแบบอัลตราฟิลเตรชันเกี่ยวข้องกับข้อบกพร่องบางประการเนื่องจากการอุดตันของเมมเบรนและการดักจับแบบเอ็กโซโซม ส่งผลให้ได้ผลผลิตเอ็กโซโซมปานกลาง ความเลี่ยงความเครียดจากการกรองอาจสร้างความเสียหายให้กับเอ็กโซโซม โครมาโทกราฟีแบบแยกขนาด: หลักการของวิธีนี้ขึ้นอยู่กับการทำให้โปรตีนบริสุทธิ์โดยโครมาโตกราฟี

คอลัมน์ต่างๆ เต็มไปด้วยเม็ดบีดโพลีเมอร์ที่มีรูพรุนหรือเรซิ่น เช่น Sephacryl S-1000, Sepharose 2B และ Sepharose CL-2B [71,83–89] เมื่อตัวอย่างถูกโหลดไปที่คอลัมน์ มันจะเคลื่อนที่ผ่านเรซิน อนุภาคขนาดใหญ่เดินทางผ่านคอลัมน์เนื่องจากมีขนาดใหญ่เกินกว่าจะเข้าไปในเรซินและเป็นอนุภาคแรกที่ถูกตัดออก (หรือเรียกอีกอย่างว่าการไหลผ่าน)

อนุภาคขนาดเล็กที่เข้าไปในเรซินที่มีรูพรุนจะถูกชะล้างด้วยบัฟเฟอร์ passia ng ผ่านคอลัมน์ การแยกนี้ขึ้นอยู่กับขนาดหรือมวลโมเลกุลอย่างเคร่งครัด และด้วยเหตุนี้ การทำให้ประชากรย่อยของ exosomes ยกเว้นขนาดทั้งหมดบริสุทธิ์โครมาโทกราฟีเป็นวิธีการที่รวดเร็วและทำซ้ำได้ซึ่งไม่รบกวนความสมบูรณ์ของเอ็กโซโซม ข้อแม้เดียวของวิธีนี้ก็คือส่วนเล็กๆ ของคอเลสเตอรอลและโปรตีนไลโปโปรตีนชนิดความหนาแน่นสูงและโปรตีนจะแยกตัวกับ exosomes เพียงเล็กน้อย [87]

การทำให้บริสุทธิ์เพิ่มเติมโดยการปั่นแยกด้วยเกรเดียนต์ของความหนาแน่นจำเป็นต้องกำจัดมวลรวมของโปรตีนและไขมันเพื่อให้ได้การเตรียมเอ็กโซโซมบริสุทธิ์ การจับโดยภูมิคุ้มกันบกพร่อง: วิธีการนี้ขึ้นอยู่กับการใช้แอนติบอดีต่อโปรตีนบนพื้นผิวของเอ็กโซโซม เช่น โปรตีนเตตร้าพานิน [78,90,91] เม็ดบีดแม่เหล็กที่เคลือบด้วยโควาเลนต์ด้วยสเตรปตะวิดินจะถูกบ่มด้วยแอนติบอดีที่ไบโอตินิลเลตต้านโปรตีนที่พื้นผิวของเอ็กโซโซม หรือที่เรียกว่า 'แอนติบอดี้ในการดักจับ'

คอมเพล็กซ์แอนติบอดีจับเม็ดบีดแม่เหล็กจะถูกบ่มโดยนำตัวอย่างที่ไม่มีขอบเขตออกโดยการทำให้เม็ดบีดเป็นแม่เหล็ก เม็ดบีดที่ผ่านการล้างแล้วได้รับการประมวลผลโดยตรงสำหรับการใช้งานขั้นปลายน้ำโดยไม่ต้องชะล้างเอ็กโซโซม นี่เป็นวิธีที่ใช้งานง่ายและให้การเตรียมประชากรย่อยของเอ็กโซโซมอย่างแท้จริง อย่างไรก็ตาม วิธีการนี้อาจไม่ได้ใช้เป็นประจำเนื่องจากแอนติบอดีมีราคาแพงและวิธีการนี้ต้องอาศัยความรู้เดิมเกี่ยวกับโปรตีนพื้นผิวจากภายนอกและขึ้นอยู่กับความพร้อมใช้ของแอนติบอดีที่ต้านพวกมัน

วิธีการนี้มีปัญหาในการชะล้างเอ็กโซโซมที่ยังไม่เสียหาย อย่างไรก็ตาม เมื่อจัดตั้งขึ้นแล้ว ก็สามารถนำมาใช้สำหรับการใช้งานต่างๆ เช่น การตรวจคัดกรองเนื้องอกในพลาสมาได้

นอกจากเม็ดแม่เหล็กแล้ว ยังมีแพลตฟอร์มอื่นๆ อีกหลายแพลตฟอร์ม เช่น ไมโครชิปซิลิกเสาหินที่มีรูพรุนสูง แผ่นพลาสติก ตัวกรองเซลลูโลส ตัวกรองความสัมพันธ์ของเมมเบรน ตัวดูดซับอะกาโรส และอุปกรณ์ไมโครฟลูอิดิกใช้การทำให้บริสุทธิ์จากเอกโซโซมตามความสัมพันธ์ อุปกรณ์ไมโครฟลูอิดิกส์: คุณลักษณะทางฟิสิกส์เคมีและชีวเคมีของเอ็กโซโซมถูกนำมาใช้ประโยชน์ที่ ระดับนาโน

อุปกรณ์ไมโครฟลูอิดิกส์ต้องใช้ตัวอย่างในปริมาณน้อย ตัวอย่างถูกควบคุมให้ไหลผ่านช่องขนาดเล็กและเอ็กโซโซมจะถูกจับโดยใช้วิธีภูมิคุ้มกันหรือการกักขังโดยโครงสร้างที่มีรูพรุน [67] การกรองขนาด การดักจับลวดนาโน การกระจัดด้านข้าง การกรองนาโนแบบอะคูสติก และการเรียงลำดับการไหลแบบวิสโคอีลาสติกล่าสุด [82]

อุปกรณ์เหล่านี้ได้รับความสนใจเป็นอย่างมากว่ารีเอเจนต์ที่ต้องการในปริมาณไมโครลิตร สามารถพกพาได้ และกระบวนการแยกสารจากภายนอกทำได้รวดเร็วและมีประสิทธิภาพมาก ดังนั้นอุปกรณ์ไมโครฟลูอิดิกจึงมีศักยภาพที่จะพัฒนาเพื่อการคัดกรองและวินิจฉัยทางคลินิกอย่างรวดเร็ว ข้อเสียประการเดียวของวิธีนี้คือความจุตัวอย่างต่ำ

Flow cytometry, การแยกส่วนการไหลของสนามแบบอสมมาตร, การเหวี่ยงเหวี่ยงแบบพิเศษแบบไล่ระดับ และการตกตะกอนของโพลีเมอร์เป็นวิธีการเพิ่มเติมบางอย่างที่ได้รับการกำหนดไว้ว่าทำให้บริสุทธิ์ด้วย forexosome [92–94]

เห็นได้ชัดจากการสรุปของวิธีการแยกในปัจจุบันว่าไม่มีแนวทางใดที่เหมาะสมกับข้อกำหนดการแยกจากภายนอกทั้งหมด

การกำหนดมาตรฐานของวิธีการที่จะใช้สำหรับการแยกเอกโซโซมเป็นสิ่งสำคัญ

วิธีการแยกที่เหมาะสมจะขึ้นอยู่กับลักษณะของตัวอย่าง ปริมาณตัวอย่างเริ่มต้น และการใช้งานขั้นปลาย วิธีการแยกที่เหมาะสมที่สุดควรจะเป็นแบบเรียบง่าย และไม่ต้องใช้อุปกรณ์ที่ซับซ้อนหรือมีราคาแพง ในสถานพยาบาล การแยกเอ็กโซโซมจะต้องสามารถปรับขนาดได้ คุ้มค่า และรวดเร็ว

การทำให้บริสุทธิ์จากสมอง: Exosome มีศักยภาพที่ดีเยี่ยมในการเป็นตัวบ่งชี้การวินิจฉัยทางคลินิกสำหรับโรคต่างๆ และเป็นตัวบ่งชี้ทางชีวภาพในการพยากรณ์โรค วิธีการแยกเอ็กโซโซมในปัจจุบันจากของเหลวทางชีวภาพ รวมถึงเลือด ปัสสาวะ และน้ำไขสันหลัง แม้จะไม่ได้ปราศจากความท้าทาย แต่ก็มีการดำเนินการค่อนข้างเป็นประจำ อย่างไรก็ตาม เพื่อควบคุมศักยภาพของเอ็กโซโซมอย่างเต็มที่ จำเป็นต้องพัฒนาวิธีการสกัดเอ็กโซโซมจากเนื้อเยื่อแข็งสำหรับโรคเกี่ยวกับความเสื่อมของระบบประสาท พยาธิวิทยาปฐมภูมิมักจะถูกแปลเป็นภาษาท้องถิ่นไปยังบริเวณสมองที่เฉพาะเจาะจง แต่ต่อมาโปรตีนที่เป็นพิษจะแพร่กระจายไปยังบริเวณอื่นๆ ของสมอง กลไกปัจจุบันของการแพร่กระจายของโปรตีนที่เป็นพิษไปยังส่วนอื่นๆ ของสมองยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างสมบูรณ์ เอ็กโซโซมมีแนวโน้มว่าจะถูกเลือกเนื่องจากเกี่ยวข้องกับการสื่อสารระหว่างเซลล์ สถานการณ์ที่สินค้าจากภายนอกแตกต่างกันไปตามภูมิภาคของสมองมีความเป็นไปได้สูง

ดังนั้น การแยก exosome ออกจากพื้นที่ brai ที่สนใจอาจเป็นข้อมูลได้มาก รายงานแรกสุดฉบับหนึ่งของการแยก exosome ออกจากเนื้อเยื่อสมองมาจาก Perez Gonzalezlez และเพื่อนร่วมงาน [95] พวกเขาทำให้เอ็กโซโซมบริสุทธิ์โดยแยกจากสมองหนูสดและแช่แข็ง และเนื้อเยื่อสมองของมนุษย์ที่ถูกแช่แข็ง

วิธีการแยกประกอบด้วยการรักษาเริ่มต้นปาเปนของเนื้อเยื่อตามด้วยการกรองเพื่อทิ้งเซลล์และเศษซาก ต่อมา โฮโมจีเนตถูกนำไปปั่นแยกด้วยความเร็วต่ำหลายครั้ง ตามด้วยการหมุนเหวี่ยงด้วยความเร็วสูงหลายครั้ง เอ็กโซโซมถูกทำให้บริสุทธิ์เพิ่มเติมโดยการแยกส่วนโดยใช้เกรเดียนต์ของซูโครส เมื่อใช้โปรโตคอลนี้ ผู้เขียนรายงานการแยก ed ของ exosomes ที่สมบูรณ์จากสมอง [95]

เวลลาและเพื่อนร่วมงานใช้วิธีการที่คล้ายกัน ยกเว้นว่าตัวอย่างไม่ได้ถูกกรอง [96] วิธีการที่ใช้โดยกลุ่มวิจัยนี้ส่งผลให้มีการแยกเอ็กโซโซมที่ตรงตามเกณฑ์การกำหนดลักษณะเอ็กโซโซมทั้งหมด ซึ่งเป็นเครื่องมือสำคัญสำหรับนักประสาทวิทยา แนวทางที่น่าสนใจและแตกต่างในการแยกออกจากโซโซมถูกนำโดยกลุ่มวิจัยอื่น

โดยอ้างว่าการปั่นแยกด้วยความเข้มข้นสูงทำให้ "โปรตีนและมวลรวมที่ละลายน้ำได้ที่ไม่ต้องการ" Gallart-Palau และเพื่อนร่วมงานได้ทำให้สมองของหนูสดเป็นเนื้อเดียวกันและกลีบหน้าผากของมนุษย์ที่ถูกแช่แข็งใน 0.1M แอมโมเนียม อะซิเตตบัฟเฟอร์ ที่เสริมด้วยสารต้านโปรตีเอส

ส่วนลอยเหนือตะกอนที่รวมกลุ่มไว้ถูกผสมกับอะซิโตนแช่เย็นสี่ส่วนของเพื่อตกตะกอนโปรตีนที่ชอบน้ำและโมเลกุลขนาดใหญ่ของเนื้อเยื่อที่คล้ายกันโดยปล่อยให้ exosome ที่ไม่ชอบน้ำในสารละลาย [97] ในความเห็นของเรา มีข้อเสียหลายประการสำหรับวิธีนี้ ประการแรก ไม่น่าเป็นไปได้ที่แอมโมเนียมอะซิเตตจะสามารถรักษา pH ที่เป็นกลางได้ เนื่องจาก pKa ของกรดอะซิติกอยู่ที่ประมาณ pH 4.75 และ pKa ของแอมโมเนียมอยู่ที่ประมาณ pH 9.25

ดังนั้นเนื้อเยื่อสมองจึงถูกทำให้เป็นเนื้อเดียวกันโดยใช้บัฟเฟอร์ที่มีค่า pH ที่ไม่เสถียร และอาจส่งผลต่อประจุในโมเลกุลขนาดใหญ่ [98]

ประการที่สอง แม้ว่าอะซิโตนอาจแยกไฮโดรฟิลิกโปรตีนและโมเลกุลที่ชอบน้ำอื่น ๆ ออกจากส่วนเหนือตะกอน แต่ก็อาจเปลี่ยนแปลงฟอสโฟไลปิดไบเลเยอร์ในขณะที่เรา จะเพิ่มการไหลของเมมเบรนในพลาสมาครั้งที่สาม ซึ่งบ่งบอกถึงการรั่วไหลของสารภายนอกโดยสุ่ม [99]

3. บทบาทของ Exosomes ในระบบประสาทส่วนกลาง (CNS)

ปฏิสัมพันธ์ที่ซับซ้อนระหว่างเซลล์ประสาทและ glia เป็นสิ่งที่จำเป็นสำหรับการทำงานปกติของระบบประสาท (รูปที่ 4) [100] การสื่อสารใน CNS ได้รับการอธิบายว่าเป็นแบบ multimodal และแบ่งออกเป็นการส่งผ่านสายไฟ (การส่งผ่านแบบตัวเดียว) และการส่งผ่านปริมาณไปยังหลายการส่งผ่าน) [101]

การส่งสัญญาณแบบใช้สายประกอบด้วยการส่งผ่านประสาทผ่านไซแนปส์ไฟฟ้าและเคมีที่เกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนโมเลกุลและไอออนขนาดเล็กผ่านทางรอยต่อช่องว่าง ในทางกลับกัน การส่งผ่านปริมาตรทำได้โดยการส่งสัญญาณพาราครินผ่านช่องว่างระหว่างหน้าหรือน้ำไขสันหลัง อย่างไรก็ตาม ในช่วงไม่กี่ปีมานี้ เห็นได้ชัดว่าเอ็กโซโซมมีส่วนช่วยในการสื่อสารระหว่างเซลล์ในระบบประสาทส่วนกลาง [102]

เอ็กโซโซมบรรลุบทบาทของตนในฐานะผู้สื่อสารระหว่างเซลล์และเซลล์โดยแสดงผลกระทบผ่านกลไกต่างๆ เอ็กโซโซมสามารถเริ่มต้นการถ่ายทอดสัญญาณแบบลดหลั่นผ่านการกระตุ้นตัวรับที่พื้นผิว หรือโดยการลำเลียงกรดนิวคลีอิก โปรตีน ลิพิด และโมเลกุลขนาดเล็กอื่นๆ ของพวกมัน ซึ่งนำไปสู่ผลที่ตามมาจากการทำงานในเซลล์ผู้รับ

การปลดปล่อยและการดูดซึมจากภายนอกเป็นแบบสองทิศทาง ทำให้สามารถประสานเหตุการณ์ทางชีวภาพได้ เอ็กโซโซมถูกปล่อยออกมาโดยเซลล์ทั้งหมดในระบบประสาทส่วนกลาง รวมถึงไมโครเกลีย โอลิโกเดนโดรไซต์ แอสโตรไซต์ เทส และเซลล์ประสาท โดยทั่วไปการปล่อยเอ็กโซโซมจะถูกควบคุมโดยการส่งสัญญาณของสารสื่อประสาทในสมอง

การสัมผัสกับกลูตาเมตของสารสื่อประสาทที่ถูกกระตุ้นจะช่วยกระตุ้นการหลั่งของเอ็กโซโซมโดยการเพาะเลี้ยงเซลล์ประสาทในเยื่อหุ้มสมองและฮิปโปแคมปัสที่เจริญเต็มที่ในหลอดทดลอง ในทางกลับกัน ตัวรับ AMPA หรือคู่อริของตัวรับ NMDA จะกลับฤทธิ์กระตุ้นด้วยเอาท์พุตเอ็กโซโซมที่ลดลง ข้อมูลเหล่านี้ชี้ให้เห็นว่าการปลดปล่อยเอ็กโซโซมถูกมอดูเลตโดยกิจกรรมไซแนปติกแบบกระตุ้น

นอกจากนี้ การปลดปล่อย exosome ยังอำนวยความสะดวกโดย neuronaldepolarization และการไหลเข้าของแคลเซียมหลังการรักษาด้วยแคลเซียม ionophore, ionomycin [49] อะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต (ATP) ที่ปล่อยออกมาที่ไซแนปส์จะทำหน้าที่เป็นตัวรับ glial purinergic ที่กระตุ้นการส่งสัญญาณร่วม

ATP ส่งเสริมการปลดปล่อยเอ็กโซโซมโดยแอสโตรไซต์และเซลล์ไมโครเกลีย การเชื่อมโยงการปลดปล่อย exosome กับการปล่อยสารสื่อประสาทแสดงให้เห็นว่าอนุภาคนาโนทางชีวภาพเหล่านี้อาจมีการแปลเป็นพิเศษไปยังบริเวณสมองที่มีกิจกรรมของเซลล์ประสาทสูงซึ่งอาจเนื่องมาจากการลดทอนการสื่อสารระหว่างเซลล์และการประสานงานของกิจกรรมของเซลล์ในภูมิภาคเหล่านี้มากขึ้น [100] บทวิจารณ์หลายรายการในหัวข้อนี้ให้อธิบายรายละเอียดการสื่อสารระหว่างเซลล์และเซลล์ผ่าน exosomes [52,53,104–108] ตารางที่ 2 สรุปบทบาทของ exosomes ในการสื่อสารระหว่างเซลล์ในสมองโดยย่อ ด้านล่างนี้เราจะอธิบายโดยย่อเกี่ยวกับการสื่อสารระหว่างเซลล์ที่ใช้สื่อกลางระหว่างเซลล์สมอง

รูปที่ 4 การสื่อสารระหว่างเซลล์แบบ Exosome-mediated ระหว่างเซลล์สมอง เอ็กโซโซมจากเซลล์ต้นกำเนิดอาจมีเซลล์เป้าหมาย (หรือผู้รับ) หลายเซลล์ภายในสมองเพื่อให้แน่ใจว่าจะรักษาสภาวะสมดุล (A) การปล่อยเอ็กโซโซมในระบบประสาทส่วนกลางเกิดขึ้นเพื่อตอบสนองต่อการส่งสัญญาณของสารสื่อประสาท ดังนั้นจึงถูกควบคุมโดยกิจกรรมทางไฟฟ้า

ตัวอย่างเช่น การสัมผัสกับโพแทสเซียมคลอไรด์จะทำให้เซลล์ประสาทเปลี่ยนขั้ว ซึ่งมักเรียกว่าเซลล์ประสาทที่ทำงานด้วยไฟฟ้า เซลล์ประสาทที่มีขั้วดีโพลาไรซ์จะปล่อยกลูตาเมตที่จับกับและกระตุ้นตัวรับ AMPA และ NMDA บน oligodendrocytes การเปิดใช้งานตัวรับกลูตาเมตช่วยเพิ่มระดับแคลเซียมในเซลล์ใน oligodendrocytes การเพิ่มขึ้นของแคลเซียมในเซลล์ทำให้เกิดการปลดปล่อย exosome โดย oligodendrocytes [109]

การกระตุ้นโดยอาศัย ATP ของชนิดย่อย P2 purinoceptor, P2X7 กระตุ้นการปลดปล่อย exosome โดย microglia [110] และ astrocytes [111] Serotonin ยังกระตุ้นการปล่อย xosomemes โดย microglia [112] (B) เซลล์ประสาทควบคุมการทำงานบางอย่างของเซลล์ประสาท แอสโตรไซต์ และเซลล์บุผนังหลอดเลือด ผ่านการปลดปล่อย gh ของเอ็กโซโซม [113]

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง exosome ของเซลล์ประสาทกำจัดไซแนปส์และกระตุ้น phagocytosis โดยเซลล์ microglial [114] exosomes ของเซลล์ประสาทปล่อยการตอบสนองต่อการกระตุ้น synaptic ควบคุมการแสดงออกของบทบาทของกลูตาเมต Transporterastrocytescyte เพื่อควบคุมระดับกลูตาเมตนอกเซลล์ [115] (C) เอ็กโซโซมที่ได้มาจากแอสโตรไซต์จะปรับการทำงานของเซลล์ประสาทและทำหน้าที่ป้องกันระบบประสาท

Astrocyte exosomes กระตุ้น microglia และมีบทบาทสำคัญในการสร้างความแตกต่างของ oligodendrocytes (D) Microglial exosomes ปรับการทำงานของซินแนปติกของเซลล์ประสาทและสื่อสารกับแอสโตรไซต์เพื่อกระตุ้นการอักเสบของระบบประสาท

Microglial exosomes สามารถเป็นสื่อกลางทั้งบทบาทการป้องกันระบบประสาทและการเสื่อมของระบบประสาทที่เกี่ยวข้องกับ microglia (E) Exosomes ที่เจริญเต็มที่ส่งเสริมการขนส่งแอกโซนัลและช่วยรักษาสภาพแวดล้อมจุลภาคที่สะอาดผ่านการสื่อสารผ่าน microglia และแอสโตรไซต์ (F) สารตั้งต้นจากเซลล์ Oligodendrocyte-derivedexosomes ช่วยในการฟื้นฟูระบบประสาท [116]

ดัดแปลงโดยได้รับอนุญาตจาก Schnatz, A., Müller, C.,Brahmer, A. และ Krämer-Albers, E.-M. (2021), ถุงนอกเซลล์ในปฏิสัมพันธ์ของเซลล์ประสาทและสภาวะสมดุลของระบบประสาทส่วนกลาง FASEB BioAdvances, 3: 577–592 [100] ดอย:10.1096/fba.2021-00035; ลิขสิทธิ์© 2022 ผู้เขียน

FASEB BioAdvances จัดพิมพ์โดยสหพันธ์สมาคมอเมริกันด้านชีววิทยาเชิงทดลอง บทความที่เข้าถึงได้แบบเปิดนี้ภายใต้เงื่อนไขของ http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/License (3 มีนาคม 2022) ซึ่งอนุญาตให้ใช้ เผยแพร่ และทำซ้ำในสื่อใดๆ โดยมีเงื่อนไขว่างานต้นฉบับต้องมีการอ้างอิงอย่างถูกต้องและไม่ได้ใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางการค้า

Exosomes ที่ได้มาจากเซลล์ประสาท: เซลล์ประสาทที่เพาะเลี้ยงของหนูและต้นกำเนิดของมนุษย์และเซลล์ประสาทจะปล่อย exosomes [92,117,118]

การสังเกตที่น่าสนใจเกิดขึ้นโดยเพื่อนร่วมงานของ Chivetand ในขณะที่ศึกษา exosome ที่ปล่อยออกมาจากเซลล์ neuroblastoma พวกเขาสังเกตการเคลื่อนตัวของเอ็กโซโซมภายในเฉพาะเซลล์

เอ็กโซโซมจากเซลล์นิวโรบลาสโตมาจะถูกสร้างเซลล์เอนโดไซโตสโดยแอสโตรไซต์และโอลิโกเดนโดรไซต์อย่างง่ายดาย แต่ในระดับที่น้อยกว่ามากโดยเซลล์ประสาทฮิปโปแคมปัส ในทางกลับกัน เอ็กโซโซมที่ปล่อยออกมาจากเซลล์ประสาทเพื่อตอบสนองต่อการทำงานของซินแนปติกนั้น มีเพียงเซลล์ประสาทเท่านั้นที่บ่งชี้ถึงความจำเพาะสูงของการสื่อสารที่ใช้สื่อกลางจากภายนอกระหว่างเซลล์สมอง

exosomes ที่ได้มาจากเซลล์ประสาทได้รับการคาดเดาว่าจะมีส่วนร่วมในความเป็นพลาสติกแบบซินแนปติกโดยการกำจัดโปรตีนและ RNA ที่ล้าสมัย สามารถทำได้โดยการเปิดใช้งานฟังก์ชัน phagocytic ของ microglia [120] neuroblastoma ของมนุษย์ที่เพาะเลี้ยงจะปล่อย exosomes ที่เสริมสมรรถนะในชุดของ miRNAs ที่เกี่ยวข้องกับกิจกรรมและโปรตีน synaptic MAP1b

โปรตีน MAP1b นั้นมีกรวยการเจริญเติบโตของ inaxon และการหมุนของ dendritic อยู่มากมาย และสัมพันธ์กับความเป็นพลาสติกแบบซินแนปติก [121] การสลับขั้วช่วยกระตุ้นการดูดซึมของ soma-dendritic exosomes โดยไซแนปส์ที่อยู่ใกล้เคียง

exosomes ภายในช่วยให้ความแข็งแรงของ synaptic โดยการแปล mRNA ที่เกี่ยวข้องกับกิจกรรม synaptic อย่างรวดเร็วในภูมิภาคหลัง synaptic [121] การสนับสนุนเพิ่มเติมสำหรับบทบาทของเอ็กโซโซมในการปรับการส่งสารสื่อประสาทมีให้โดยการศึกษาโดยใช้เซลล์ประสาทเยื่อหุ้มสมองของตัวอ่อนปฐมภูมิที่ปล่อยเอ็กโซโซมที่มี microRNA สองตัว Let-7c และ miR-21

microRNA เหล่านี้เป็นลิแกนด์ของ Toll-like receptor 7 (Tlr7) การเปิดใช้งาน Toll-likereceptor 7 มีบทบาทเชิงลบในการเจริญเติบโตของแอกซอนและเดนไดรติก การฟักตัวของเซลล์ประสาทด้วย Let -7 c และ miRhurtt ต่อการเจริญเติบโตของ dendritic ในเซลล์ประสาทปกติ และผลกระทบนี้จะหายไปในเซลล์ประสาทจากหนูที่น่าพิศวง Tlr7 (-/−) [122]

ดังนั้นจึงสมเหตุสมผลที่จะสันนิษฐานว่าเอ็กโซโซมของเซลล์ประสาทอาจปรับการส่งผ่านของระบบประสาทโดยควบคุมการเจริญเติบโตของเซลล์ประสาทในระหว่างการพัฒนาทางระบบประสาท Synaptogenesis และการบำรุงรักษาไซแนปส์ก็ได้รับอิทธิพลจากภายนอกเช่นกัน

PRR7 ซึ่งเป็นโปรตีนเมมเบรนที่อุดมด้วยโพรลีน ถูกปล่อยออกมาโดยนิวรอนซินในลักษณะที่ขึ้นกับกิจกรรมผ่านทางเอ็กโซโซม การทำให้ PRR{3}} ที่มีเอ็กโซโซมอยู่ภายในภายในโดยเซลล์ประสาทข้างเคียงจะช่วยลดจำนวนไซแนปส์ที่ถูกกระตุ้น

การลดไซแนปส์ที่กระตุ้นทำได้โดยการเปิดใช้งาน GSk3 กระตุ้นการย่อยสลายโปรตีโอโซมอลของโปรตีน PSD และยับยั้งการหลั่ง exosomal ของ Wnts พร้อมกัน Exosomes จึงมีอิทธิพลในการเล่นการสื่อสารของ rs neuron-neuron และ neuron-glial Exosomes ที่ได้มาจาก Astrocyte: Astrocytes เป็นตัวแทนของประเภทเซลล์ glial ที่มีมากที่สุดในสมอง

พวกเขามีความสำคัญต่อการบำรุงรักษาสภาวะสมดุลของสมองและให้การทำงานที่สำคัญเช่นการสนับสนุน neurotrophic การปรับกิจกรรม synaptic และความเป็นพลาสติก [124,125]

กระบวนการ Astrocytic รักษาการสัมผัสกับเส้นเลือดฝอยในสมองซึ่งมีส่วนช่วยในการรักษาอุปสรรคของเลือดและสมอง [126] นอกเหนือจากการทำหน้าที่สำคัญเหล่านี้แล้ว แอสโตรไซต์ยังทำหน้าที่เป็นเซลล์ที่มีภูมิคุ้มกันบกพร่องในระบบประสาทส่วนกลางอีกด้วย

การทำงานของแอสโตรไซต์อาจทำให้ปฏิกิริยาการอักเสบรุนแรงขึ้นหรือส่งเสริมการกดภูมิคุ้มกันและการซ่อมแซมเนื้อเยื่อ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับบริบท บริเวณที่เกิดความเสียหายของเนื้อเยื่อของระบบประสาทส่วนกลาง แอสโตรไซต์ที่เกิดปฏิกิริยาจะสร้างแผลเป็นซึ่งทำหน้าที่เป็นอุปสรรคต่อการทำงานของเซลล์ที่มีการอักเสบได้อย่างมีประสิทธิภาพ จึงควบคุมการอักเสบของระบบประสาทส่วนกลางได้ แอสโตรไซต์ที่ทำปฏิกิริยาจะปล่อยสารพิษต่อระบบประสาทและโมเลกุลที่ทำให้เกิดการอักเสบ เช่น ไซโตไคน์และคีโมไคน์

ฟังก์ชั่นบางส่วนของแอสโทรไซต์เหล่านี้ได้รับการอำนวยความสะดวกบางส่วนด้วยการปล่อยเอ็กโซโซม นอกจากนี้ หลักฐานที่สะสมมายังให้ความเชื่อถือต่อแนวคิดที่ว่าบทบาทการป้องกันระบบประสาทของแอสโทรไซต์ของเขานั้นถูกสื่อกลางผ่านเอ็กโซโซม astrocytes ของหนูที่เพาะเลี้ยง ในหลอดทดลอง จะปล่อย exosomes ที่มีปัจจัยป้องกันระบบประสาทและ neurotrophic

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง exosomes astrocytic ได้รับการเสริมด้วยปัจจัยการเจริญเติบโตของไฟโบรบลาสต์ 2 และปัจจัยการเจริญเติบโตของหลอดเลือดและหลอดเลือด [128] ทั้งสองเป็นโมเลกุลที่สร้างเส้นเลือดใหม่และเป็นสื่อกลางในการเพิ่มจำนวน การสร้างใหม่ของแอกซอน การสร้างระบบประสาท และความเป็นพลาสติกแบบซินแนปติก [129,130] ความเครียดทำให้เกิดการรวมเอนไซม์ glycolytic aldolase C ไว้ใน exosome ของ astrocytic [131]

ระดับอัลโดเลสซีที่เพิ่มขึ้นไม่เพียงแต่กระตุ้นการแสดงออกของ miR-26a-5p ในแอสโตรไซต์เท่านั้น แต่ยังรวมไปถึงระดับของ miR-26a-5p ที่สูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญในเอ็กโซโซมด้วย การทำให้เป็นภายในของเอ็กโซโซมแอสโทรไซติกที่มีระดับ miR-26a-5p ที่สูงขึ้น ทำให้ระดับโปรตีน MAP2 และ GSk3 ในฮิปโปแคมปัสนิวรอนลดลง ส่งผลให้ความซับซ้อนของเดนไดรต์ลดลง [132]

การได้รับสารเพาะเลี้ยงคอร์ติคาแอสโตรไซต์ของหนูปฐมภูมิต่อไซโตไคน์ที่ทำให้เกิดการอักเสบ I, L1 และ TNF ส่งผลให้มีการปลดปล่อยเอ็กโซโซมที่เสริมสมรรถนะด้วย miRNA ซึ่งกำหนดเป้าหมายโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับการส่งสัญญาณของนิวโรโทรปิน

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง miR-125a-5p และ miR-16-5p กำหนดเป้าหมาย NTKR3 และเอฟเฟกต์ดาวน์สตรีม Bcl2 การลดลงของ Bcl2 ในเซลล์ประสาททำให้การเจริญเติบโตและความซับซ้อนของ dendritic ลดลง [133] ดังนั้นแอสโตรไซต์จึงตอบสนองต่อความท้าทายในการอักเสบโดยการปรับการแสดงออกของโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับความเสถียรของซินแนปติกและความตื่นเต้นง่ายของเส้นประสาท

กิจกรรมของเซลล์ประสาทที่ลดลงอาจส่งผลเชิงบวกต่อการอยู่รอดของเส้นประสาทหลังจากการดูถูก เอ็กโซโซมที่ปล่อยออกมาโดยแอสโตรไซต์เพื่อตอบสนองต่อการฉีด IL{0}} imicese ในสมองเข้าสู่การไหลเวียนบริเวณรอบนอกและส่งเสริมการเพิ่มเม็ดเลือดขาวส่วนปลาย ดังนั้นข้อมูลเหล่านี้แนะนำว่า exosomes เชื่อมโยงการสื่อสารระหว่างพวกมันกับ antheperiphery [134]

เอ็กโซโซมที่ได้มาจากโอลิโกเดนโดรไซต์: การแพร่กระจายของศักยภาพการออกฤทธิ์ที่รวดเร็วและเชื่อถือได้ตามแอกซอนนั้นขึ้นอยู่กับการสร้างไมอีลินของเซลล์ประสาท Oligodendrocytes หุ้มแอกซอนหลายอัน Encanto ต่ออายุเปลือกไมอีลินสามครั้งใน 2 ชั่วโมง ชั่วโมง ชั่วโมง135]ไมอีลินอุดมไปด้วยไขมันเป็นพิเศษ แต่นับโปรตีนหลายชนิดที่เป็นส่วนสำคัญของการก่อตัวของไมอีลิน

โปรตีนไมอีลินหลัก ได้แก่ โปรตีนโปรตีโอลิพิด (PLP), โปรตีนไมอีลินเบสิก (MBP), ไกลโคโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับไมอีลิน (MAG) และ 30-นิวคลีโอไทด์ไซคลิก30-ฟอสโฟไดเอสเทอเรส (CNP) [136] โปรตีน 2 ชนิด ได้แก่ PLP และ MBP มีการกระจายอยู่ภายในเปลือกไมอีลิน และเป็นเครื่องมือในกระบวนการบดอัดซึ่งส่งผลให้มีโครงสร้างหลายชั้นของไมอีลินวางชิดกัน

นอกเหนือจากการทำงานที่สำคัญในการผลิตไมอีลินแล้ว oligodendrocytes ยังให้การสนับสนุนด้านโภชนาการแก่แอกซอนและด้วยเหตุนี้จึงมีความจำเป็นสำหรับความสมบูรณ์ของแอกซอน [137] การสื่อสารระหว่าง oligodendrocytes และ neuronsis มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการบรรลุหน้าที่ที่สำคัญนี้ การศึกษาล่าสุดแสดงให้เห็นว่า oligodendrocyteexosomes ถูกทำให้อยู่ภายในโดยเซลล์ประสาทเพื่อให้สามารถรองรับแอกซอนทางโภชนาการได้

คล้ายกับเซลล์ประสาท การปลดปล่อย exosome จาก oligodendrocytes ขึ้นอยู่กับการไม่ทำงาน สารสื่อประสาทกลูตาเมตที่ปล่อยออกมาจากเซลล์ประสาทที่แอคทีฟจะกระตุ้นการเพิ่มขึ้นของแคลเซียมในเซลล์ inoligodendroglia ผ่านทางตัวรับ NMDA และ AMPA

ไซโตซิลิก Ca ที่เพิ่มขึ้น2+ กระตุ้นการหลั่งของเอ็กโซโซมที่เสริมด้วย CN-P และ PLP โดยโอลิโกเดนโดรไซต์ เมื่อปล่อยออกมา exosomes จะถูกภายในโดยเซลล์ประสาทซึ่งมีปฏิสัมพันธ์โดยตรงแบบสองทางระหว่าง oligodendrocytes และเซลล์ประสาท [109,138]

การศึกษาในหลอดทดลองโดยใช้เซลล์ประสาทที่เพาะเลี้ยงยังแสดงให้เห็นอีกว่า exosomes ที่ปล่อยออกมาจาก oligodendrocytes ช่วยเพิ่มอัตราการรอดชีวิตของเซลล์ประสาทภายใต้สภาวะความเครียดของเซลล์ [109] ในส่วนขยายของการศึกษาเหล่านี้ Frühbeis และเพื่อนร่วมงานได้แสดงให้เห็นว่าหนูที่ขาด CNP และ PLP มีการปล่อยสาร exosome ที่บกพร่องจาก oligodendrocytes [139]

ที่สำคัญ oligodendrocytes ที่แยกและเพาะเลี้ยงจากหนูกลายพันธุ์ CNP หรือหนูกลายพันธุ์ PLP แสดงให้เห็นว่าการปลดปล่อย exosome ลดลงซึ่งทำให้การสื่อสารของ oligodendrocytesneuron ลดลง

การขาดการสื่อสารระหว่าง oligodendrocytes และ neurons ผ่าน exosomes ส่งผลให้เกิดความเสื่อมของ axonal และลดการสนับสนุน metabolite ไปยังเซลล์ประสาท [139] การสังเกตเหล่านี้ชี้ให้เห็นว่า oligodendrocyte exosomes มีส่วนสำคัญในการบำรุงรักษาสภาวะสมดุลของเส้นประสาท

For more information:1950477648nn@gmail.com