封面論文報道最新胞外囊泡分離技術

BioArt按：目前越來越多的證據表明，胞外囊泡(extracellular vesicles, EVs)能以旁分泌或自分泌的方式來完成胞間通訊，涉及多種生理和病理學過程，並且與許多疾病的發生密切相關，特別值得注意的是腫瘤細胞釋放的胞外囊泡EVs與腫瘤的發生、轉移、放化療耐受密切相關。近期的研究表明EVs包裹的核酸、蛋白還可以可用於腫瘤的診斷，然而目前並沒有十分便捷有效的方法來分離EVs。近日，來自賓夕法尼亞大學生物醫學工程系鄭斯揚課題組以封面論文的形式在Nature Biomedical Engineering雜誌上發表了題為「Rapid magnetic isolation of extracellular vesicles via lipid-based nanoprobes」的論文，該研究採用了一種全新的分離策略，利用脂質分子探針去標記EVs，僅需15分鐘就可以對EVs進行快速有效地富集。並且，該技術有望為腫瘤的體液診斷的樣品前期處理提供一個強有力平台。

論文解讀：

目前的研究表明，幾乎所有類型的哺乳動物細胞中都能可以產生並釋放胞外囊泡(extracellular vesicles, EVs)，其中腫瘤細胞表現得尤為明顯。一般認為，EVs主要起源於內吞體或質膜, 包括外泌體(exosome)、 微體(microvesicle)和凋亡小體(apoptotic body)（下圖）。每一種EVs均可從正常或癌變細胞產生,向鄰近或遠處細胞運輸生物活性物質, 調控生理學或病理學相關的細胞行為, 包括腫瘤的發生和發展。因此, EVs實際上代表了一種十分重要的細胞間通訊的模式, 而腫瘤微環境中的EVs參與的一系列活動對於疾病的進展或演化尤為重要。EVs中的內含物非常豐富，僅以外泌體為例，截 止 到2016年3月30日, 已有9 769種蛋白質、3 408種mRNA和2 838種miRNA在外泌體中相繼被發現（引自：韓柳，孫宇，《胞外囊泡與癌症》，中國細胞生物學學報, 2016(4):347-355）。

目前，越來越多研究證實腫瘤細胞釋放的胞外囊泡（extracellular vesicles，EVs）與腫瘤的發生、轉移、放化療耐受密切相關。最近兩年的研究則提示這些EVs包裹的核酸、蛋白亦可用於腫瘤的診斷。但以上相關研究面臨的最大掣肘是如何有效的從樣品中分離出這些nEVs（nanoscale EVs）。目前主要有四類方法，即超高速離心法、過濾法、沉澱法和免疫富集法。其分別利用了nEVs的物理特性如，密度、大小和溶解度，以及表面抗原這一生物特性。但這些方法往往面臨，處理樣品耗時長久，蛋白污染嚴重，樣品處理通量低等問題，嚴重影響了相關科研及臨床轉化。

最新發表在Nature Biomedical Engineering上的封面文章（上圖），採用了一種全新的分離策略，利用脂質分子探針去標記EVs。原理在於EVs是磷脂雙分子層包裹的，而脂質分子可以自動、瞬間整合到囊泡的膜上。利用該特點，賓夕法尼亞州立大學的研究人員，將脂質分子探針的一端修飾上生物素，標記EVs後，外露的生物素可以和親和鏈黴素包被的磁性小球結合，再利用磁場可以將這些EVs加以富集，整個過程僅需15分鐘。通過對樣品的DNA、RNA測序及蛋白質譜分析，證明該方法的分離效率和分離所得的囊泡成分上，和超高速離心方法接近、甚至優異於後者。該方法還和後續多種分子分析相銜接，如RNA表達、DNA突變分析、蛋白質譜分析、EV數量半定量分析等等。

鄭斯揚課題組在後續臨床診斷應用中，還成功地從IV期肺癌患者血清中分離到了EVs，並在4例患者中檢測到的DNA突變信息，證實了EV攜帶的DNA也可用於腫瘤體液活檢。該技術有望為腫瘤的體液診斷的樣品前期處理提供一個強有力平台。

鄭斯揚博士簡介

鄭斯揚，賓夕法尼亞州立大學生物醫學工程系副教授。於1996年，在清華大學取得生物科學及生物技術專業學士，2000年在賓州立取得電子工程碩士學位。2007年在加州理工取得了電子工程博士學位，並在加州理工完成了一年的博士後研究。獲得多項科研資助，其中包括2012年獲得的美國國立衛生研究院的Director』s New Innovator獎。

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