解锁单外泌体水平内容物分析新进展
发布日期：2021-09-16
外泌体内容物包含蛋白质、RNA、DNA和脂类，可以被设计用于药物传递系统与疾病的新型诊断标志物，具有重要的研究意义。但传统的技术方法如Western Blot，ELISA，无法获得单个外泌体的蛋白表型，更不能将检测内容物与粒径分析、浓度分析、计数等联系起来，地制约了外泌体内容物的相关研究。
单外泌体表征分析（Exoview）是将免疫学与光学结合的一种新技术[1]。首先利用免疫识别将特定的外泌体进行捕获分离，然后再对目标外泌体的表面标志物及内容物（如携带的蛋白质、RNA、DNA及细胞因子）进行定量分析，从而更加全面地反映外泌体内容物的特性。相对于传统的手段主要优势有：
☛ 无论是尿液、血清、血浆、组织液、细胞液均无需纯化，即可检测；
☛ 检测灵敏度高，单外泌体水平探测；
☛ 一次性输出指标丰富，单次检测即可输出外泌体的：粒径、技术、表面标志物（CD9/CD63/CD81）、荧光表达及亚群分布；
本文选取了部分单外泌体表型分析技术在内容物方向的新进展，供大家参考。
J Extracell Vesicles：单外泌体水平的蛋白内容物检测与定量
外泌体的内容物可以通过生物工程手段修饰。其中，将选择的蛋白内容物与外泌体的EV-sorting proteins通过细胞工程融合是常用的方法。这种方法既可以在腔内储存可输送到靶细胞的内容物，也可以让内容物与靶细胞表面受体结合来增强它们的治疗信号特性或靶向能力。因此，Silva等[2]在单外泌体水平上，通过分析工程化外泌体技术对不同外泌体的EV-sorting proteins在促进蛋白内容物的装载效率进行了评估。
研究人员分别将含有7种EV-sorting proteins（GFP偶联）的质粒分别转染Expi293F细胞，分离纯化了细胞分泌的外泌体后检测外泌体的表型并进行蛋白定量。ExoView芯片上包被的CD63/CD81/CD9抗体捕获外泌体后，使用带红色荧光的CD63/CD81/CD9荧光抗体标记所有外泌体，带绿色荧光的GFP荧光抗体标记表达GFP的外泌体（图1a）。图1b是外泌体的荧光扫描图像，可以确认每个荧光标记了GFP外泌体同时也被CD63/CD81/CD9标记，由此可以计算出含目标蛋白外泌体占总数的比例（图1c）。ExoView还可以检测单个外泌体的荧光强度，进而得到样品荧光强度的均值（图1d），可以表示GFP的相对含量。以上结果表示，CD63，TSPAN14和CD81TM能够使目的蛋白内容物高效地装载外泌体。
图1. ExoView检测外泌体表型与相对含量
Lab on a Chip：细胞外囊泡介导的母胎之间HMGB1信号诱导早产
早产（PTB，小于37周的妊娠）每年影响了全球约11％的孕妇，造成100万新生儿的死亡。高迁移率族蛋白B1（HMGB1）是一种警报素，是衰老羊膜细胞通过细胞外囊泡释放的炎症信号之一。羊水、脐带血和孕妇血液中的HMGB1水平升高与足月和早产有关。Enkhtuya Radnaa等[3]通过电穿孔把正常羊膜上皮细胞的外泌体改造为装载HMGB1的外泌体（eHMGB1）并对其进行表征。结果显示导致PTB的装载HMGB1的外泌体（eHMGB1）与增加的母-胎界面（FMi）炎症有关。该研究证明了胎儿外泌体介导的旁分泌信号传导可以产生炎症并诱导分娩。
其中，研究人员使用单个外泌体表型分析技术( ExoView )检测了电穿孔法向外泌体载入HMGB1的效率。ExoView的芯片上包含了CD63/CD81/CD9抗体，分别捕获了未装载（eCTRL）和装载HMGB1的外泌体（eHMGB1），使用试剂盒自带的穿膜试剂对外泌体进行处理后，再使用荧光抗体分别标记HMGB1/CD63/CD9，进行粒径检测和表型分析。
图2粒径检测结果显示，eCTRL和装载HMGB1的外泌体（eHMGB1）的粒径分布没有显著差异，表示电穿孔处理没有改变外泌体的粒径。
图2. ExoView检测未装载（eCTRL）和装载HMGB1的外泌体（eHMGB1）的粒径分布
图3荧光计数结果显示，装载HMGB1的外泌体（eHMGB1）中HMGB1阳性外泌体数量明显高于eCTRL，而CD9和CD63阳性的外泌体在两个样本中数量接近，这表明HMGB1已成功装载到eHMGB1中（图3）。
图3 ExoView检测未装载（eCTRL）和装载HMGB1的外泌体（eHMGB1）的表型
在以上的研究中，ExoView系统能够以的灵敏度和特异性精准地检测到外泌体的内容物，同时对外泌体的表型进行准确全面的表征。外泌体内容物的研究、编辑和外源分子导入，是当今外泌体研究的重点，在临床诊断和生物治疗方面具有巨大的潜力。
作为外泌体表征分析的倡导者，美国NanoView Biosciences于2018年推出了全自动外泌体荧光检测分析系统ExoView，该系统一经推出，便引起了外泌体领域科研工作者的广泛关注，凭借其稳定、出色的性能，短短几年在全球已有近百个客户，发表文献100多篇。ExoView的精准表征，能够帮助科学家更深入地了解外泌体与疾病之间的关系，助力疾病诊断和新药开发。
参考文献：
[1] Radnaa, E., Richardson, L. S., Sheller-Miller, S., Baljinnyam, T., de Castro Silva, M., Kammala, A. K., ... & Menon, R. (2021). Extracellular vesicle mediated feto-maternal HMGB1 signaling induces preterm birth. Lab on a Chip, 21(10), 1956-1973.
[2] Silva, A. M., Lázaro‐Ibáñez, E., Gunnarsson, A., Dhande, A., Daaboul, G., Peacock, B., ... & Dekker, N. (2021). Quantification of protein cargo loading into engineered extracellular vesicles at single‐vesicle and single‐molecule resolution. Journal of Extracellular Vesicles, 10(10), e12130.
全自动外泌体荧光检测分析系统（ExoView R100）简介
Nanoview所开发的全自动外泌体荧光检测分析系统（ExoView R100）采用单粒子干涉反射成像传感器（SP-IRIS）技术，是一款无需纯化的全自动的新型外泌体表征设备。该设备能够提供全方位的外泌体表征信息，包括颗粒大小、计数、表型与生物标志物共定位等，提供多层次和全面的外泌体测量解决方案。
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