Biosens Bioelectron：基于磁性粒子的液体活检芯片用于EV分离...

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Biosens Bioelectron：基于磁性粒子的液体活检芯片 用于细胞外囊泡的分离和基因扩增表征

​细胞外囊泡 (EVs) 是细胞衍生的囊泡，在细胞间通讯和疾病进展中起着关键作用。这些囊泡含有来自其原始细胞的物质，提供了良好的生物标志物来源。现有的 EV 分离方法耗时、缺乏产量和纯度，而且价格昂贵。来自加拿大康考迪亚大学的研究人员提出了一种基于磁性粒子的液体活检芯片，使用了一种合成肽分离 EV，并通过磁性粒子进行辅助沉降，分离捕获的EV在后续实验中也得到了验证。该研究发表于Biosensors and Bioelectronics杂志。

以DNA、RNA和细胞为代表的有关人类健康的重要信息已成为生物科学领域的主要关注点。具体来说，DNA、蛋白质等生理标志物已被证明是有助于致癌突变的检测和诊断。这些生物分子中的生物标志物被认为是一个可量化的实体，它揭示了人类健康的一些生物学状态。因此，这些生物标志物的识别和量化对于早期诊断和个性化治疗具有巨大的潜力。由于生物标志物还提供有关潜在医疗状况的信息，正常人和患病人样本之间的分析结果将快速提供疾病、亚临床状态和其他必要的生物学信息。

细胞外囊泡 (EV) 是30-1000 nm 范围内的膜封闭结构，从体内几乎所有细胞中释放出来。EV也称为脱落囊泡，是癌症、其他病理状况（如炎症和神经退行性疾病）以及临床诊断的重要生物标志物来源。EV主要分为外泌体、微泡和凋亡小体，它们的大小、生物发生、膜组成、货物和功能各不相同。作为包含生物分子（如 RNA、DNA、蛋白质和脂质）的纳米级通信细胞器，EV将其亲代细胞的信息传递给其他细胞。因此，EV的分离和分析在癌症的早期诊断和预后方面具有巨大的潜力。

快速和早期的诊断方法在改进癌症治疗并控制疾病的进展上至关重要。分离和量化 EV 的常规步骤是高速离心、过滤、最后超速离心。由于该方法耗时且产量低，因此研究人员正在开发适用于快速即时 (POC) 应用的新诊断方法。在定量分析血液或其他液体（如唾液或尿液）中的特定蛋白质和遗传生物标志物时，芯片实验室 (Lab-on-a-chip，LoC) 或微流体技术在过去二十年中引起了生物医学应用研究人员和行业的广泛关注。LOC 设备的主要优点是样品量少、分析时间短、通量高和多重检测。

目前已经开发了几种基于微流体的平台，用于EV生物分子的分离和量化。大多数微流体平台都基于诸如通过修饰内表面或使用珠子捕获EV，或基于EV的特定大小和密度的免疫亲和捕获。一些研究人员开发了多种捕获和分离EV的方法，例如，采用具有“人字形沟槽”的表面修饰微流体通道、抗体包被的云母聚合物表面、“ExoChip”平台等。随着纳米技术的不断进步，微流体装置的特异性得到了显著提高。基于捕获珠的微流体的分离步骤包括捕获珠结合EV，然后洗涤和分离珠子以分离EV以进行分析。与内表面修饰相比，基于捕获珠的微流体的主要优势在于其相对方便的后续分析。

随着 LoC 设备和微流体技术在科学界的兴起，纳米颗粒和各种纳米材料越来越受到关注。特别是，一类磁性颗粒由嵌入非磁性基质（例如聚合物或石英）中的铁磁性颗粒组成。以这种方式产生的具有超顺磁性的微型颗粒通常呈球形，因此称为磁珠，在磁场中这些超顺磁性颗粒表现出磁性行为。磁性颗粒的显著特点是可以通过磁力结合样品，而不受微流体、生物或化学过程的影响。磁性颗粒的表面改性可以与目标分子的化学键合，迄今为止，已经开发了几种功能化方法，包括通过改变生物相容性、反应性、粗糙度、亲水性或表面电荷等特性来对其表面进行改性。由于磁性粒子的多功能特性，一些研究人员报告说使用磁性粒子来分离EV。

在这项研究里，研究人员开发了一种从MCF7细胞培养基中捕获和分离 EV 的方法，提出了一种基于磁性粒子的液体活检芯片，芯片使用Vn96 的小合成多肽，并集成了一个 3D混合器以及一个沉降单元，该单元使磁性粒子捕获EV并通过重力辅助沉降。最后捕获的EV并进行洗脱和验证，在该设备中对分离的EV通过NTA、AFM和液滴数字PCR基因扩增进行验证。结果表明，该芯片可以在不影响其形态的情况下捕获和分离 EV。

参考文献：Bathini S, Pakkiriswami S, OuelletteRJ, Ghosh A, Packirisamy M. (2021) Magnetic particle based liquid biopsy chipfor isolation of extracellular vesicles and characterization by geneamplification. Biosens Bioelectron 194:113585.