Urine Extracellular Vesicles: Waste or a Powerful Tool?

Abstract

According to the World Health Organization, ischemic heart disease is the leading cause of death worldwide with 17.7 million deaths in 2015. Acute myocardial infarction (AMI), an ischemic heart disease, is caused by the blockage of blood flow (nutrients and oxygen) to a specific area of the heart thus culminating in irreversible cell death and impaired cardiac function. The availability of diagnostic and therapeutic tools is still limited. Extracellular vesicles (EVs), small vesicles release by the cells, can be found in several biological fluids, such as blood, urine, breast milk, amongst others. Interestingly, they have been used for therapeutic and diagnosis purposes, inclusive in ischemic heart disease, with promising results.The work herein described had two main aims: (i) isolate EVs from urine with high yield and purity and (ii) evaluate their bioactivity on endothelial cells (ECs).Using an isolation protocol based on dilution of urine with Tris-EDTA (TEDTA) we were able to isolate EVs with higher yield in 5 of 6 urine samples (ranging between 35% of decrease and 465% of increase) when compared to undiluted urine. Regarding the purity, upon dilution, we had an increase in all the samples, ranging from 178% and 969% when compared to undiluted urine. Furthermore, we characterized the obtained EVs using transmission electron microscopy, zeta potential, nanoparticle track analysis and flow cytometry.Urine EVs from healthy donors and AMI patients were isolated and their bioactivity assessed on ECs. We showed that EVs from healthy donors only induced an increase on ECs proliferation whereas urine EVs from AMI patients induced an increase both in proliferation as well as migration of ECs, although in a donor dependent-manner.Taking together, our results suggest that EVs from urine can be used as a therapeutic tool, in particular urine EVs derived from AMI patients.

De acordo com a Organização Mundial de Saúde (OMS), a cardiopatia isquémica é a principal causa de morte em todo o mundo, resultando em 17.7 milhões de mortes em 2015. O enfarte agudo do miocárdio (EAM), uma cardiopatia isquémica, é causado pelo bloqueio do fluxo sanguíneo (bloqueio de nutrientes e oxigénio) para uma área específica do coração, culminando em morte celular e num comprometimento da função cardíaca. A disponibilidade de ferramentas diagnósticas e terapêuticas ainda é limitada. Vesículas extracelulares (VEs), pequenas vesículas libertadas pelas células, podem ser encontradas em diversos fluídos, como o sangue, urine, leite materno, entre outros. Curiosamente, têm sido utilizadas para fins terapêuticos e diagnósticos, inclusive na cardiopatia isquémica, com resultados interessantes.Este trabalho pode ser dividido em dois objetivos: (i) isolar VEs da urina com maior rendimento e pureza e (ii) avaliar a sua bioatividade em células endoteliais (CEs).Utilizando um protocolo de isolamento baseado na diluição da urina com Tris-EDTA (T-EDTA) fomos capazes de isolar VEs com maior rendimento em 5 de 6 amostras de urina (variando entre 35% de redução e 465% de aumento) quando comparado à urina não diluída. Em relação à pureza, apósdiluição da urina, tivemos aumento em todas as amostras, variando entre 178% e 969% de aumento quando comparado à urina não diluída. Além disso, as VEs foram caraterizadas por microscopia eletrónica de transmissão, potencial zeta, nanoparticle tracking analysis e citometria de fluxo.Nós usamos VEs da urina de dadores saudáveis e de pacientes com EAM em HUVECs para avaliar a sua bioatividade em CEs. Nós mostramos que as VEs de dadores saudáveis apenas induziram um aumento da proliferação de CEs, enquanto que as VEs da urina de pacientes com EAM induziram um aumento tanto da proliferação como da migração de CEs, no entanto, a intensidade do seu efeito foi dependente do dador.Assim, os nossos resultados sugerem que VEs da urina podem ser utilizadas como uma ferramenta terapêutica, em especial as VEs isoladas de pacientes com EAM.