Extracellular vesicles (EVs), through their complex cargo, can reflect the state of their cell of origin and change the functions and phenotypes of other cells. These features indicate strong biomarker and therapeutic potential and have generated broad interest, as evidenced by the steady year-on-year increase in the numbers of scientific publications about EVs. Important advances have been made in EV metrology and in understanding and applying EV biology. However, hurdles remain to realising the potential of EVs in domains ranging from basic biology to clinical applications due to challenges in EV nomenclature, separation from non-vesicular extracellular particles, characterisation and functional studies. To address the challenges and opportunities in this rapidly evolving field, the International Society for Extracellular Vesicles (ISEV) updates its 'Minimal Information for Studies of Extracellular Vesicles', which was first published in 2014 and then in 2018 as MISEV2014 and MISEV2018, respectively. The goal of the current document, MISEV2023, is to provide researchers with an updated snapshot of available approaches and their advantages and limitations for production, separation and characterisation of EVs from multiple sources, including cell culture, body fluids and solid tissues. In addition to presenting the latest state of the art in basic principles of EV research, this document also covers advanced techniques and approaches that are currently expanding the boundaries of the field. MISEV2023 also includes new sections on EV release and uptake and a brief discussion of in vivo approaches to study EVs. Compiling feedback from ISEV expert task forces and more than 1000 researchers, this document conveys the current state of EV research to facilitate robust scientific discoveries and move the field forward even more rapidly.

ABSTRACT Nonvesicular extracellular RNAs (nv-exRNAs) constitute the majority of the extracellular RNAome, but little is known about their stability, function and potential use as disease biomarkers. Herein, we measured the stability of several naked RNAs when incubated in human serum, urine and cerebrospinal fluid (CSF). We identified extracellularly produced tRNA-derived small RNAs (tDRs) with half-lives of up to three hours in CSF. Contrary to widespread assumptions, these intrinsically stable small RNAs are full-length tRNAs containing broken phosphodiester bonds (i.e., nicked tRNAs). Standard molecular biology protocols, including phenol-based RNA extraction and heat, induce the artifactual denaturation of nicked tRNAs and the consequent in vitro production of tDRs. Broken bonds are roadblocks for reverse transcriptases, preventing amplification and/or sequencing of nicked tRNAs in their native state. To solve this, we performed enzymatic repair of nicked tRNAs purified under native conditions, harnessing the intrinsic activity of phage and bacterial tRNA repair systems. Enzymatic repair regenerated an RNase R-resistant tRNA-sized band in northern blot and enabled RT-PCR amplification of full-length tRNAs. We also separated nicked tRNAs from tDRs by chromatographic methods under native conditions, identifying nicked tRNAs inside stressed cells and in vesicle-depleted human biofluids. Dissociation of nicked tRNAs produces single-stranded tDRs that can be spontaneously taken up by human epithelial cells, positioning stable nv-exRNAs as potentially relevant players in intercellular communication pathways.

microRNAs (miRNAs) are often highly conserved across species, but species-specific sequences are known. In addition, miRNA isomiRs arise from the same precursor molecule but differ in post-processing length and modification, usually at the 3-prime end. A recently published feeding study reported the intriguing result that two bovine milk-specific miRNAs were taken up into human circulation after ingestion of bovine milk. Unfortunately, this interpretation is based on annotation errors in a public microRNA database. Reanalysis using databses including the MirGeneDB database reveals that the miRNAs in question, miR-21-5p and miR-30a-5p, arise from 100% identical 5-prime precursor sequences in human and bovine, and the putative bovine-specific isomiRs appear to be depleted, not enriched, in bovine milk. Thus, enrichment of these isomiRs in human blood is inconsistent with uptake of xenomiRs and likely betrays endogenous miRNA regulation in response to diet or technical artifact.

Abstract Interest in using nanoparticles for delivery of therapeutic RNA has been steadily growing, provoking a need to precisely understand their structure and contents. Single-particle and single-molecule analysis techniques provide snapshots of single biological nanoparticles, including viruses, liposomes, and extracellular vesicles (EVs). While existing methods primarily focus on protein detection, RNA delivery is becoming increasingly prevalent. A method to simultaneously detect protein and internal RNA in the same particle would reveal variability in size, structure, and RNA packaging efficiency, enabling optimization of nanoparticle delivery. Here, we introduce SPIRFISH, a high-throughput method for single-particle protein and RNA analysis, combining single particle interferometric reflectance imaging sensor (SP-IRIS) with single-molecule fluorescence in-situ hybridization (smFISH). Using SPIRFISH, we detect HIV-1 envelope protein and genomic RNA within single infectious virions, allowing resolution against EV background and noninfectious virions. We further show that SPIRFISH can be used to detect specific RNA within EVs. SPIRFISH should enable single particle analysis of a broad class of RNA-containing nanoparticles. Teaser: A new single particle analysis technique simultaneously detects specific RNA and protein in biological nanoparticles.

Autoimmune diseases are chronic inflammatory pathologies that are characterized by the presence of antibodies against own epitopes in serum (autoantibodies). Systemic lupus erythematosus (SLE) is a common autoimmune pathology, characterized by the presence of antinuclear antibodies (ANAs). These include anti-dsDNA (α-dsDNA) antibodies, which are widely used for diagnosis and disease monitoring. Their determination is carried out by traditional techniques such as Indirect Immunofluorescence (IFI) or Enzyme Linked Immunosorbent Assay (ELISA), which are time consuming, require qualified technicians, and are not compatible with decentralized analysis outside a laboratory facility. Here, we show a sandwich-format electrochemical biosensor-based method for α-dsDNA determination in a rapid and simple manner. Total assay time is only 30 minutes and the sensor is capable of detecting 16 ng (8 μg / mL) of α-dsDNA antibodies. Using the current derived from the detection limit of the method as a cut-off, we could discriminate positive from negative serum samples with 90% sensitivity and 100% specificity. By using monoclonal antibodies for calibration curves, our results are presented in absolute scale (i.e., concentration instead of serum title) what will help to perform comparisons between methods and further improvements of this protocol. In an effort to render the sensor compatible with automation, we minimized manipulation steps without compromise of the analytical performance, even in complex samples such as serum.

ABSTRACT We compared four orthogonal technologies for sizing, counting, and phenotyping of extracellular vesicles (EVs) and synthetic particles. The platforms were: single-particle interferometric reflectance imaging sensing (SP-IRIS) with fluorescence, nanoparticle tracking analysis (NTA) with fluorescence, microfluidic resistive pulse sensing (MRPS), and nanoflow cytometry measurement (NFCM). EVs from the human T lymphocyte line H9 (high CD81, low CD63) and the promonocytic line U937 (low CD81, high CD63) were separated from culture conditioned medium (CCM) by differential ultracentrifugation (dUC) or a combination of ultrafiltration (UF) and size exclusion chromatography (SEC) and characterized by transmission electron microscopy (TEM) and Western blot (WB). Mixtures of synthetic particles (silica and polystyrene spheres) with known sizes and/or concentrations were also tested. MRPS and NFCM returned similar particle counts, while NTA detected counts approximately one order of magnitude lower for EVs, but not for synthetic particles. SP-IRIS events could not be used to estimate particle concentrations. For sizing, SP-IRIS, MRPS, and NFCM returned similar size profiles, with smaller sizes predominating (per power law distribution), but with sensitivity typically dropping off below diameters of 60 nm. NTA detected a population of particles with a mode diameter greater than 100 nm. Additionally, SP-IRIS, MRPS, and NFCM were able to identify at least three of four distinct size populations in a mixture of silica or polystyrene nanoparticles. Finally, for tetraspanin phenotyping, the SP-IRIS platform in fluorescence mode was able to detect at least two markers on the same particle, while NFCM detected either CD81 or CD63. Based on the results of this study, we can draw conclusions about existing single-particle analysis capabilities that may be useful for EV biomarker development and mechanistic studies.

Gastrotrichs - hairy bellies - are microscopic free-living animals inhabiting marine and freshwater habitats. Based on morphological and early molecular analyses, gastrotrichs were placed close to nematodes, but recent phylogenomic analyses have suggested their close relationship to flatworms (Platyhelminthes) within Spiralia. Small non-coding RNA data on e.g. microRNAs (miRNAs) and PIWI-interacting RNAs (piRNA) may help to resolve this long-standing question. MiRNAs are short post-transcriptional gene regulators that together with piRNAs play key roles in development. In a multi-omics approach we here used small-RNA sequencing, available transcriptome and genomic data to unravel the miRNA- and piRNA complements along with the RNAi protein machinery of Lepidodermella squamata (Gastrotricha, Chaetonotida). We identified 52 miRNA genes representing 35 highly conserved miRNA families specific to Eumetazoa, Bilateria, Protostomia, and Spiralia, respectively, with overall high similarities to platyhelminth miRNA complements. In addition, we found four large piRNA clusters that also resemble flatworm piRNAs but not those earlier described for nematodes. Congruently, transcriptomic annotation revealed that the Lepidodermella protein machinery is highly similar to flatworms, too. Taken together, miRNA, piRNA and protein data support a close relationship of gastrotrichs and flatworms.

A major proportion of extracellular RNAs (exRNAs) do not co-isolate with extracellular vesicles (EVs) and remain in ultracentrifugation supernatants of cell-conditioned medium or mammalian blood serum. However, little is known about exRNAs beyond EVs. We have previously shown that the composition of the nonvesicular exRNA fraction is highly biased toward specific tRNA-derived fragments capable of forming RNase-protecting dimers. To solve the problem of stability in exRNA analysis, we developed RI-SEC-seq: a method based on sequencing the size exclusion chromatography (SEC) fractions of nonvesicular extracellular samples treated with RNase inhibitors (RI). This method revealed dramatic compositional changes in exRNA population when enzymatic RNA degradation was inhibited. We demonstrated the presence of ribosomes and full-length tRNAs in cell-conditioned medium of a variety of mammalian cell lines. Their fragmentation generates some small RNAs that are highly resistant to degradation. The extracellular biogenesis of some of the most abundant exRNAs demonstrates that extracellular abundance is not a reliable input to estimate RNA secretion rates. Finally, we showed that chromatographic fractions containing extracellular ribosomes can be sensed by dendritic cells. Extracellular ribosomes and/or tRNAs could therefore be decoded as damage-associated molecular patterns.