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2021-03-16 作者:現代工程與應用科學學院 來源:科學與技術處

現代工學院宋玉君課題組開發了一種細胞外囊泡快速分離分析新技術

近日,現代工學院宋玉君教授課題組製備了一種用於小細胞外囊泡(sEV)分離的磁性膠體抗體,並將其應用於sEV的快速分離及卵巢癌的診斷當中。

小細胞外囊泡(sEV)是一種由磷脂雙分子層膜包裹的,直徑介於30–200 nm的細胞外囊泡,包括腫瘤細胞、內皮細胞、免疫細胞、血小板等多種細胞均可分泌。越來越多的研究表明,細胞外囊泡作為體內細胞間遠程通信的一種手段,內包含豐富的DNA、RNA和蛋白質等物質。尤其對腫瘤細胞分泌的細胞外囊泡而言,其中包含多種癌症特異性的蛋白質及核苷酸(mRNA,microRNA,以及 DNA 片段),可作為癌症早期診斷、預後和治療監測的循環生物標誌物,是液體活檢重要的研究對象。然而,現有的sEV純化手段,包括超速離心法、超濾和尺寸排阻色譜法、聚乙二醇沉澱法和免疫磁珠分離法等,均存在不同程度的回收率低、耗時長及價格昂貴等問題,極大的限制了sEV在臨牀診斷中的應用。

1.A)核殼結構磁性印記材料(MCAs)的製備流程圖;(BMCAs用於細胞外囊泡的識別及可視化分析流程圖

為了提高sEV的分離檢測效率,該研究工作利用表面印跡法制備了一種sEV人工磁性膠體抗體(artificial magnetic colloid antibodiesMCAs),並將其用於細胞培養液及血漿中sEV的快速識別及分離(如圖1)。sEV人工抗體制備簡單,使用方便且可重複利用,具有很高的實用價值。以磁性納米粒子(Fe3O4@SiO2MNPs)為載體內核,以sEV為模板,通過有機硅烷單體聚合,構建識別殼層(如圖2)。製備得到的MCAs表面具有sEV三維印跡凹槽,可通過形狀和大小高效識別及結合sEV。在細胞培養基和稀釋血漿中,MCAs在均表現出與sEV良好的親和力。同時,有機二氧化硅識別層優良的穩定性,賦予了MCAs重複利用的能力,大大降低了sEV的分離分析成本。此外,sEVMCAs表面的富集,有助於進一步對sEV表面的蛋白標誌物進行分析。通過將MCAs分離與體積條形圖芯片技術(MV-chip)結合,可對sEV表面的蛋白標誌物進行定量,並用於疾病的診斷當中。


2. MCAs製備流程圖。MNPsA)和sEVB)的透射電鏡圖;(CsEV粒徑分析;(DMNPs,(EsEV-MNPs複合物,(F)在sEV-MNPs複合物表面形成一層二氧化硅識別層,(G)超聲除去模板sEV,得到MCAs

使用MV-chip對人卵巢癌(OvCa)異種移植小鼠模型血漿中的sEV進行檢測,發現sEV表面蛋白標誌物物的表達與腫瘤體積表現出極強的相關性(Pearson's r=0.906CD63)、r=0.915CD24)和r=0.926EpCAM))。通過研究卵巢癌患者和健康人來源血漿中sEV表面蛋白標誌物的表達,發現OvCa患者血漿樣本中sEV表面EpCAMCD24水平顯著高於健康人對照組。受試者工作特徵(ROC)曲線分析結果顯示,使用MV-chip檢測多個特異性sEV標誌物可有效區分OvCa患者,為促進OvCa的牀邊診斷髮展提供有力的支持。

3. 集成微流控芯片(MV-chip)對sEV的分析

 相關成果以“Magnetic Colloid Antibodies Accelerate Small Extracellular Vesicles Isolation for Point-of-Care Diagnostics”為題發表在Nano Letters雜誌上。南京大學現代工程與應用科學學院的宋玉君教授為該研究工作的通訊作者,博士生楊婧婧為本論文的第一作者,南京市第一醫院何幫順教授提供了醫學支持。該研究工作得到了國家自然科學基金,國家重點研發計劃,江蘇省雙創計劃等項目的資助。