基于微流体的外泌体分离和检测技术在疾病诊断中的进展

admin · 发表于 2019-11-8 10:17:42

上海交通大学综述：基于微流体的外泌体分离和检测技术在疾病诊断中的进展

外泌体由大多数细胞类型分泌并在体液中循环。研究表明，外泌体在细胞间通讯中起着重要作用，并且与疾病的发病机理密切相关。但是外泌体总是与体液的其他成分混合在一起，高回收率、高纯度、高通量的外泌体分离方法以及快速、高度灵敏、高特异性、低检测限的外泌体检测技术对于诊断应用十分必要。但是，目前外泌体分离和检测这两种技术是分开执行的，增加了操作复杂性、时间消耗和成本。

近日，来自上海交通大学电子信息与电气工程学院陈迪课题组的研究人员在Small杂志（IF 10.856）上发表综述，概述了用于外泌体分离和检测的常规技术，以及基于微流体的外泌体分离检测技术，并比较了这些技术之间的优缺点。

图：集成的微流控芯片用于外泌体分离和分析示意图

细胞间通讯是多细胞生物中的基本行为。细胞间通讯的方式是通过与邻近细胞的直接相互作用或通过分泌的化学物质的传递来实现的。细胞分泌的多种囊泡通过充当载体在细胞之间转移各种内容物，在细胞间通讯中发挥关键作用。外泌体含有信号蛋白、RNA，最初被认为是细胞碎片，但现在越来越多地被认为是调节细胞生物学行为的重要介质。近年来，外泌体被认为是有前途的生物标志物，可用于糖尿病性心肌病、类风湿性关节炎、皮肤病、癌症、尿路感染、哮喘病理甚至整形外科疾病的诊断和治疗监测。为了了解它们的生理功能，外泌体在细胞培养或体内的生物活性开始被研究。研究表明，外泌体可以在各种体液中发现，例如血液、精液、血浆、唾液。因此，从体液中分离外泌体是外泌体研究领域必不可少的。尽管在外泌体分离领域取得了很大进展，但由于外泌体的复杂性质，在分离上仍然存在重大挑战。

目前有一些常规技术来分离外泌体，包括基于超速离心的分离、免疫学分离、超滤分离、尺寸排阻色谱法和基于聚合物的沉淀分离。其中，基于超速离心的技术分离技术是分离外泌体的最常用技术。一些用于外泌体分离的商业试剂盒能够避免耗时的步骤。同时，已经开发了用于分析和定量外泌体的检测技术，用于研究和临床应用。这些广泛使用的检测技术包括扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、原子力显微镜（AFM）、酶联免疫吸附测定（ELISA）、动态光散射（DLS）和纳米颗粒跟踪分析（NTA）。尽管外泌体检测技术取得了巨大进步，但仍需要更快速、灵敏和低成本检测外泌体的方法。

在过去的几十年中，微流体技术得到了快速发展，在光学、信息技术、化学合成和生物学分析中具有巨大的应用潜力。微流体技术具有许多优势，例如样品和试剂的消耗极少、分离度高、灵敏度高、成本低、化验时间少等。由于这些优势，微流体技术已成功应用于生物医学领域，例如颗粒分离、细胞分离、DNA / RNA操作、聚合酶链反应（PCR）、循环肿瘤细胞（CTC）检测和液滴产生。近年来，基于微流控技术的新的外泌体分离和检测技术的开发越来越受到关注。这些基于微流体的新技术因其简单、快速、省时以及最小的样品和试剂消耗而具有很高的潜在应用前景。目前在外泌体上，大多数微流体技术应用都集中在外泌体领域的特定方面，例如常规外泌体分离或富集技术、外泌体的生物学作用以及外泌体检测技术。

为了更好地了解外泌体在疾病诊断应用领域中的重要性，研究人员在这篇综述里讨论了外泌体的生物发生和内容。一些代表性的外泌体分离和检测技术的进展也进行了综述，特别是将基于微流体的外泌体分离和检测技术及其局限性和挑战进行深入讨论。研究人员期望，通过利用微流体技术，可以更深入地了解外泌体用于疾病诊断。在未来的几十年中，基于微流体的外泌体分离和检测技术的研究可能会变得普遍。

参考文献：Lin S, Yu Z, Chen D, Wang Z, Miao J, Li Q, Zhang D, Song J, Cui D. Progress in Microfluidics-Based Exosome Separation and Detection Technologies for Diagnostic Applications. Small. 2019 Oct 30:e1903916.

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