The release of RNA-containing extracellular vesicles (EV) into the extracellular milieu has been demonstrated in a multitude of different in vitro cell systems and in a variety of body fluids. RNA-containing EV are in the limelight for their capacity to communicate genetically encoded messages to other cells, their suitability as candidate biomarkers for diseases, and their use as therapeutic agents. Although EV-RNA has attracted enormous interest from basic researchers, clinicians, and industry, we currently have limited knowledge on which mechanisms drive and regulate RNA incorporation into EV and on how RNA-encoded messages affect signalling processes in EV-targeted cells. Moreover, EV-RNA research faces various technical challenges, such as standardisation of EV isolation methods, optimisation of methodologies to isolate and characterise minute quantities of RNA found in EV, and development of approaches to demonstrate functional transfer of EV-RNA in vivo. These topics were discussed at the 2015 EV-RNA workshop of the International Society for Extracellular Vesicles. This position paper was written by the participants of the workshop not only to give an overview of the current state of knowledge in the field, but also to clarify that our incomplete knowledge - of the nature of EV(-RNA)s and of how to effectively and reliably study them - currently prohibits the implementation of gold standards in EV-RNA research. In addition, this paper creates awareness of possibilities and limitations of currently used strategies to investigate EV-RNA and calls for caution in interpretation of the obtained data.

ABSTRACT Extracellular vesicles (EVs) are small, heterogeneous and difficult to measure. Flow cytometry (FC) is a key technology for the measurement of individual particles, but its application to the analysis of EVs and other submicron particles has presented many challenges and has produced a number of controversial results, in part due to limitations of instrument detection, lack of robust methods and ambiguities in how data should be interpreted. These complications are exacerbated by the field's lack of a robust reporting framework, and many EV‐FC manuscripts include incomplete descriptions of methods and results, contain artefacts stemming from an insufficient instrument sensitivity and inappropriate experimental design and lack appropriate calibration and standardization. To address these issues, a working group (WG) of EV‐FC researchers from ISEV, ISAC and ISTH, worked together as an EV‐FC WG and developed a consensus framework for the minimum information that should be provided regarding EV‐FC. This framework incorporates the existing Minimum Information for Studies of EVs (MISEV) guidelines and Minimum Information about a FC experiment (MIFlowCyt) standard in an EV‐FC‐specific reporting framework (MIFlowCyt‐EV) that supports reporting of critical information related to sample staining, EV detection and measurement and experimental design in manuscripts that report EV‐FC data. MIFlowCyt‐EV provides a structure for sharing EV‐FC results, but it does not prescribe specific protocols, as there will continue to be rapid evolution of instruments and methods for the foreseeable future. MIFlowCyt‐EV accommodates this evolution, while providing information needed to evaluate and compare different approaches. Because MIFlowCyt‐EV will ensure consistency in the manner of reporting of EV‐FC studies, over time we expect that adoption of MIFlowCyt‐EV as a standard for reporting EV‐ FC studies will improve the ability to quantitatively compare results from different laboratories and to support the development of new instruments and assays for improved measurement of EVs.

Extracellular vesicles (EV), including exosomes and microvesicles, are nano-sized intercellular communication vehicles that participate in a multitude of physiological processes. Due to their biological properties, they are also promising candidates for the systemic delivery of therapeutic compounds, such as cytokines, chemotherapeutic drugs, siRNAs and viral vectors. However, low EV production yield and rapid clearance of administered EV by liver macrophages limit their potential use as therapeutic vehicles. We have used a hollow-fiber bioreactor for the efficient production of bioactive EV bearing the heterodimeric cytokine complex Interleukin-15:Interleukin-15 receptor alpha. Bioreactor culture yielded ∼40-fold more EV per mL conditioned medium, as compared to conventional cell culture. Biophysical analysis and comparative proteomics suggested a more diverse population of EV in the bioreactor preparations, while serum protein contaminants were detectable only in conventional culture EV preparations. We also identified the Scavenger Receptor Class A family (SR-A) as a novel monocyte/macrophage uptake receptor for EV. In vivo blockade of SR-A with dextran sulfate dramatically decreased EV liver clearance in mice, while enhancing tumor accumulation. These findings facilitate development of EV therapeutic methods.

Abstract Extracellular vesicles (EVs), including exosomes and microvesicles, are 30–800 nm vesicles that are released by most cell types, as biological packages for intercellular communication. Their importance in cancer and inflammation makes EVs and their cargo promising biomarkers of disease and cell-free therapeutic agents. Emerging high-resolution cytometric methods have created a pressing need for efficient fluorescent labeling procedures to visualize and detect EVs. Suitable labels must be bright enough for one EV to be detected without the generation of label-associated artifacts. To identify a strategy that robustly labels individual EVs, we used nanoFACS, a high-resolution flow cytometric method that utilizes light scattering and fluorescence parameters along with sample enumeration, to evaluate various labels. Specifically, we compared lipid-, protein-, and RNA-based staining methods and developed a robust EV staining strategy, with the amine-reactive fluorescent label, 5-(and-6)-Carboxyfluorescein Diacetate Succinimidyl Ester, and size exclusion chromatography to remove unconjugated label. By combining nanoFACS measurements of light scattering and fluorescence, we evaluated the sensitivity and specificity of EV labeling assays in a manner that has not been described for other EV detection methods. Efficient characterization of EVs by nanoFACS paves the way towards further study of EVs and their roles in health and disease.

ABSTRACT Extracellular vesicles (EVs) mediate targeted cellular interactions in normal and pathophysiological conditions and are increasingly recognised as potential biomarkers, therapeutic agents and drug delivery vehicles. Based on their size and biogenesis, EVs are classified as exosomes, microvesicles and apoptotic bodies. Due to overlapping size ranges and the lack of specific markers, these classes cannot yet be distinguished experimentally. Currently, it is a major challenge in the field to define robust and sensitive technological platforms being suitable to resolve EV heterogeneity, especially for small EVs (sEVs) with diameters below 200 nm, i.e. smaller microvesicles and exosomes. Most conventional flow cytometers are not suitable for the detection of particles being smaller than 300 nm, and the poor availability of defined reference materials hampers the validation of sEV analysis protocols. Following initial reports that imaging flow cytometry (IFCM) can be used for the characterisation of larger EVs, we aimed to investigate its usability for the characterisation of sEVs. This study set out to identify optimal sample preparation and instrument settings that would demonstrate the utility of this technology for the detection of single sEVs. By using CD63eGFP‐labelled sEVs as a biological reference material, we were able to define and optimise IFCM acquisition and analysis parameters on an Amnis ImageStreamX MkII instrument for the detection of single sEVs. In addition, using antibody‐labelling approaches, we show that IFCM facilitates robust detection of different EV and sEV subpopulations in isolated EVs, as well as unprocessed EV‐containing samples. Our results indicate that fluorescently labelled sEVs as biological reference material are highly useful for the optimisation of fluorescence‐based methods for sEV analysis. Finally, we propose that IFCM will help to significantly increase our ability to assess EV heterogeneity in a rigorous and reproducible manner, and facilitate the identification of specific subsets of sEVs as useful biomarkers in various diseases.

To develop a map of cell-cell communication mediated by extracellular RNA (exRNA), the NIH Extracellular RNA Communication Consortium created the exRNA Atlas resource (https://exrna-atlas.org). The Atlas version 4P1 hosts 5,309 exRNA-seq and exRNA qPCR profiles from 19 studies and a suite of analysis and visualization tools. To analyze variation between profiles, we apply computational deconvolution. The analysis leads to a model with six exRNA cargo types (CT1, CT2, CT3A, CT3B, CT3C, CT4), each detectable in multiple biofluids (serum, plasma, CSF, saliva, urine). Five of the cargo types associate with known vesicular and non-vesicular (lipoprotein and ribonucleoprotein) exRNA carriers. To validate utility of this model, we re-analyze an exercise response study by deconvolution to identify physiologically relevant response pathways that were not detected previously. To enable wide application of this model, as part of the exRNA Atlas resource, we provide tools for deconvolution and analysis of user-provided case-control studies.

Melanoma is a relatively immunogenic tumor, in which infiltration of melanoma cells by T lymphocytes is associated with a better clinical prognosis. We hypothesized that radiation-induced cell death may provide additional stimulation of an anti-tumor immune response in the setting of anti-CTLA-4 treatment.In a pilot melanoma patient, we prospectively tested this hypothesis. We treated the patient with two cycles of ipilimumab, followed by stereotactic ablative radiotherapy to two of seven hepatic metastases, and two additional cycles of ipilimumab.Subsequent positron emission tomography-computed tomography scan indicated that all metastases, including unirradiated liver lesions and an unirradiated axillary lesion, had completely resolved, consistent with a complete response by RECIST.The use of radiotherapy in combination with targeted immunotherapy as a noninvasive in vivo tumor vaccine strategy appears to be a promising method of enhancing the induction of systemic immune responses and anti-tumor effect.

Extracellular vesicles (EVs) can be harvested from cell culture supernatants and from all body fluids. EVs can be conceptually classified based on their size and biogenesis as exosomes and microvesicles. Nowadays, it is however commonly accepted in the field that there is a much higher degree of heterogeneity within these two subgroups than previously thought. For instance, the surface marker profile of EVs is likely dependent on the cell source, the cell's activation status, and multiple other parameters. Within recent years, several new methods and assays to study EV heterogeneity in terms of surface markers have been described; most of them are being based on flow cytometry. Unfortunately, such methods generally require dedicated instrumentation, are time-consuming and demand extensive operator expertise for sample preparation, acquisition, and data analysis. In this study, we have systematically evaluated and explored the use of a multiplex bead-based flow cytometric assay which is compatible with most standard flow cytometers and facilitates a robust semi-quantitative detection of 37 different potential EV surface markers in one sample simultaneously. First, assay variability, sample stability over time, and dynamic range were assessed together with the limitations of this assay in terms of EV input quantity required for detection of differently abundant surface markers. Next, the potential effects of EV origin, sample preparation, and quality of the EV sample on the assay were evaluated. The findings indicate that this multiplex bead-based assay is generally suitable to detect, quantify, and compare EV surface signatures in various sample types, including unprocessed cell culture supernatants, cell culture-derived EVs isolated by different methods, and biological fluids. Furthermore, the use and limitations of this assay to assess heterogeneities in EV surface signatures was explored by combining different sets of detection antibodies in EV samples derived from different cell lines and subsets of rare cells. Taken together, this validated multiplex bead-based flow cytometric assay allows robust, sensitive, and reproducible detection of EV surface marker expression in various sample types in a semi-quantitative way and will be highly valuable for many researchers in the EV field in different experimental contexts.

Genome-wide DNA methylation profiling has recently been developed into a tool that allows tumor classification in central nervous system tumors. Extracellular vesicles (EVs) are released by tumor cells and contain high molecular weight DNA, rendering EVs a potential biomarker source to identify tumor subgroups, stratify patients and monitor therapy by liquid biopsy. We investigated whether the DNA in glioblastoma cell-derived EVs reflects genome-wide tumor methylation and mutational profiles and allows noninvasive tumor subtype classification.DNA was isolated from EVs secreted by glioblastoma cells as well as from matching cultured cells and tumors. EV-DNA was localized and quantified by direct stochastic optical reconstruction microscopy. Methylation and copy number profiling was performed using 850k arrays. Mutations were identified by targeted gene panel sequencing. Proteins were differentially quantified by mass spectrometric proteomics.Genome-wide methylation profiling of glioblastoma-derived EVs correctly identified the methylation class of the parental cells and original tumors, including the MGMT promoter methylation status. Tumor-specific mutations and copy number variations (CNV) were detected in EV-DNA with high accuracy. Different EV isolation techniques did not affect the methylation profiling and CNV results. DNA was present inside EVs and on the EV surface. Proteome analysis did not allow specific tumor identification or classification but identified tumor-associated proteins that could potentially be useful for enriching tumor-derived circulating EVs from biofluids.This study provides proof of principle that EV-DNA reflects the genome-wide methylation, CNV, and mutational status of glioblastoma cells and enables their molecular classification.