細胞外囊泡（EV）參與許多疾病和病理生理過程，已成為腫瘤診斷的潛在生物標志物。然而，EV的有效分離和檢測仍然是一大挑戰。來自東南大學生物科學與醫學工程學院的劉宏、趙超課題組的研究人員在Lab on a Chip雜志（IF 6.914）發表文章，報告了一種新的分離EV的集成芯片ExoIDchip，可以實現EV的高效提取和超靈敏檢測并用于腫瘤預測。

圖1：該裝置的原理和示意圖

        近幾十年來，活組織檢查一直是腫瘤診斷的黃金標準。然而，大多數患者已經錯過了早期治療的黃金時間，因為目前一般是通過醫學成像手段發現腫瘤后才進行活組織檢查，而這時候癌癥已經進展到中晚期。為了解決這個問題，基于生物流體（例如細胞外囊泡EV）的生物標記物的分析的液體活組織檢查已經用于癌癥的早期診斷。包括外泌體和其他囊泡在內的EV由細胞內源性分泌，富含細胞來源的蛋白質、脂質和核酸信息。細胞外囊泡具有生物活性，可以被受體細胞吸收，能實現細胞間的物質和信息傳遞。此外，腫瘤細胞可以釋放攜帶致癌性生物分子并促進腫瘤轉移的EV。因此，EV的定性定量是液體活檢中用于癌癥的早期診斷、治療和預后監測的關鍵。

        EV可以直接從各種體液中獲得，包括血液、尿液、唾液、腹水和胸腔積液。然而，EV的有效分離和準確定量仍然是一個重大挑戰。目前，EV分離技術主要依靠超速離心、基于試劑的沉淀法、親和層析以及基于大小尺寸的分離法。在這些技術中，超速離心是最流行的分離方法，但其耗時且效率低。基于聚合物的沉淀法經常由于存在許多雜質（例如聚乙二醇PEG）的干擾而影響隨后的EV檢測。免疫親和層析獲得的EV具有更高的純度，但純化過程效率低下使得提取量很低且容易受到污染。基于大小尺寸的過濾、聲學或側向位移的EV分離法由于不需要復雜的儀器并且提取效率高，因此引起了研究人員的關注。膜過濾是分離EV的最直接和最低成本的方法，但它會消耗大量樣品。為了克服這些限制，微流體技術已被用于EV的分離和檢測，其具有獨特的優點，例如高通量、低能耗和功能集成。此外，與基于抗體法的EV檢測一起，具有高特異性和高效率的微流體平臺促進了即時檢驗診斷（POCT）和臨床環境中液體活檢的快速發展。然而，同時實現EV的高效分離和高靈敏度檢測仍然難度很大。

        在這項研究中，研究人員發明了一種集成的微流控芯片，名為ExoIDChip，用于EV的高效分離和高靈敏度檢測。該裝置是通過使用雙重過濾法分離EV，并通過光子晶體（PC）納米結構進行高靈敏度檢測。通過兩個納米濾膜過濾，研究人員分離出尺寸范圍為20至200nm的EV，并在基于尺寸排阻的過濾膜上富集。然后將分離的EV與靶向CD63的過量適體（AptCD63）組合，并通過競爭性免疫測定法定量。在具有熒光增強效應的PC納米結構的硝酸纖維素膜上檢測到過量的AptCD63。由于靈敏度高，EV的檢測限可以低至8.9×103 EVs / mL，樣品消耗量僅為20μL。最后，研究人員使用ExoID-Chip成功區分了乳腺癌病例和健康對照的血清樣品。這些結果證實，ExoIDchip裝置能夠用于癌癥的預測和篩選。

圖2：ExoID-Chip提取EV用于腫瘤預測

參考文獻：Dong X, Chi J, Zheng L, Ma B, Li Z, Wang S, Zhao C, Liu H. Efficient isolation and sensitive quantification of extracellular vesicles based on an integrated ExoID-Chip using photonic crystals. Lab Chip. 2019 Jul 31. doi: 10.1039/c9lc00445a.

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