淺談外泌體:開啟細胞間通訊的新篇章
近年來,外泌體作為一種天然的納米級物質(zhì)傳遞載體,在細胞間通訊中扮演著至關重要的角色。外泌體蘊含著豐富的生物信號物質(zhì),在疾病診斷、治療和藥物遞送等方面展現(xiàn)出了巨大的應用潛力。本文將帶您深入了解外泌體的基本概念、作用原理、應用場景、制備工藝及挑戰(zhàn),并結合實例展現(xiàn)英賽斯能為您提供的助力。
Part1
外泌體的基本概念與原理
外泌體是細胞分泌的大小約為30-150nm的納米物質(zhì),屬于細胞外囊泡的一種。它們具有類似細胞的結構,磷脂雙分子層表面鑲嵌著多種特異性膜蛋白,內(nèi)部搭載著蛋白質(zhì)、RNA、DNA等重要生物信號物質(zhì)。外泌體廣泛分布于血液、尿液、腦脊液、唾液、乳汁、膽汁等各種體液中,幾乎所有細胞在正常生理狀態(tài)或受到外界刺激時,都能分泌這類具有膜結構的囊泡。
圖1:外泌體結構示意圖(來源:Yu D,Li Y,Wang M, et al. Exosomes as a newfrontier of cancer liquid biopsy. Mol Cancer. 2022:21(1):56. )
外泌體的形成起始于細胞質(zhì)膜內(nèi)陷形成的分泌內(nèi)體,細胞溶質(zhì)蛋白、核酸和脂質(zhì)等被選擇性地包裹在外泌體中,使其能夠繼承親本細胞的許多特定生物分子。這種特性使得外泌體在細胞間通訊中發(fā)揮著重要作用,通過表面分子與其他細胞受體靶向結合,將內(nèi)含物傳遞至受體細胞,引起相應的功能改變。
Part2
外泌體的應用場景
外泌體的獨特結構和功能使其在多個領域展現(xiàn)出廣泛的應用前景:
疾病診斷與檢測
外泌體攜帶的物質(zhì)與其來源的細胞密切相關,這種異質(zhì)性為疾病的診斷與監(jiān)測提供了可能。例如,腫瘤細胞來源的外泌體在腫瘤發(fā)生的分子機制、診斷和治療中發(fā)揮重要作用,已證明能促進癌細胞的遷移及侵襲,增加腫瘤轉(zhuǎn)移的風險。
疾病治療
外泌體作為載體綜合了細胞藥物遞送和納米技術的優(yōu)勢,具有生物相容性好、免疫原性低、幾乎無毒性等特點。它們能夠跨越血腦屏障、胎盤屏障等生物屏障,實現(xiàn)復雜系統(tǒng)部位的遞藥。例如,在心血管疾病治療中,間充質(zhì)干細胞釋放的外泌體能夠發(fā)揮抗凋亡、抗炎和抗纖維化等作用,是MSCs移植治療的關鍵機制。
藥物遞送
外泌體作為藥物遞送載體,具有優(yōu)異的穩(wěn)定性和豐富的內(nèi)含物,能夠裝載多種藥物分子并精確靶向病變細胞。國家納米科學中心聶廣軍團隊使用細菌來源的外泌體作為mRNA遞送平臺,并通過基因工程進行表面修飾,試驗結果表明這種外泌體載體能夠顯著抑制腫瘤進展,誘導長期免疫記憶,有望在mRNA疫苗中得到廣泛應用。
Part3
外泌體制備工藝
英賽斯系列設備可以為您外泌體制備生產(chǎn)深度賦能。外泌體的制備工藝主要包括上游生產(chǎn)、外泌體分離和純化、外泌體分析以及凍干外泌體等步驟。下面將結合實例進行詳細說明。
上游生產(chǎn)
上游生產(chǎn)主要用于外泌體制造的細胞系的培養(yǎng)和擴增。選擇特定的細胞系進行傳代培養(yǎng)和擴增,以產(chǎn)生大量用于外泌體生產(chǎn)的細胞。通常,規(guī)模化擴培可以使用生物反應器進行分批補料培養(yǎng),細胞培養(yǎng)時采用無血清培養(yǎng)基,以減少污染并有助于外泌體純化。
外泌體分離和純化
當前外泌體的分離方法主要包括差速離心法、TFF切向流過濾法、密度梯度離心、空間排阻色譜法(SEC)、聚合物沉淀和復合層析等方法。為了提高外泌體的濃度和質(zhì)量,超速離心、微濾法、空間排阻色譜(SEC)法和免疫親和等技術多用于外泌體純化。其中,TFF切向流過濾法和復合層析法是目前可供后續(xù)放大生產(chǎn)及穩(wěn)定重復的較好工藝路線。
TFF切向流過濾法:
1. 處理過程:照順序?qū)⒅锌绽w維安裝在切向流系統(tǒng)上,進端流速:100~130LMH,TMP:2~5 psi,剪切力:2000S-1~6000S-1。
在濃縮10~20倍后料液濾完后,開始換液,使用緩沖液換液,換液體積為濃縮后體積的6~8倍,之后收集濃縮系統(tǒng)所有液體至干凈的離心管或者儲液瓶內(nèi),此為初始濃縮液。頂洗:關閉透過端,向濃縮系統(tǒng)中加入與初始濃縮液等量的緩沖液,開始沖洗濃縮系統(tǒng),沖洗2min。在將這部分沖洗液加入初始濃縮液中,混勻,記錄濃縮液終體積或重量。
2. 英賽斯設備優(yōu)勢:AutoTFF配備先進的數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng),能夠?qū)崿F(xiàn)與泵組模塊、天平模塊的數(shù)據(jù)交互,實時監(jiān)控過濾過程中的各項參數(shù);提供多種自動化的方法,如濃縮模塊、透析模塊等,可根據(jù)需求靈活選擇,降低了人工干預的頻率和操作難度;自動化和智能化的特點確保了過濾過程的穩(wěn)定性和可靠性。
復合層析
1. 處理過程:上樣,將上一步濃縮產(chǎn)物接入層析系統(tǒng),設置流速,0.2-0.5 CV/mL,開始上樣,觀察紫外吸收,待紫外吸收值為0~50 mAu時,開始收集流穿。平衡,樣品上完后,使用緩沖液開始平衡層析柱,直至紫外吸收值為0~50 mAu,停止停止收樣,如果紫外吸收在下降時出現(xiàn)拖尾,可以提前結束收樣。
2. 設備優(yōu)勢:可以設置固定的方法,確保重現(xiàn)性和解放人力。自動化的系統(tǒng)。可以實時記錄各項參數(shù),確保數(shù)據(jù)完整性。
外泌體分析
為了清楚了解外泌體的質(zhì)量、大小、形態(tài)、特點,還需要對外泌體進行進一步分析研究。在外泌體表征中,通常會使用FACS流式細胞(FACS)多色分析、凝膠電泳W(wǎng)estern blot(WB)、ELISA等標記分析和組織學分析。外泌體質(zhì)量大小、形態(tài)分析主要使用的實驗設備包括納米粒度儀、透射電子顯微鏡(TEM)、納米粒子跟蹤分析儀(NTA)等。
凍干外泌體
雖然實驗室中常規(guī)的外泌體存儲條件為4℃、-20℃、-80℃,但外泌體存儲在-80℃將不利于其運輸及應用。采用外泌體凍干技術不僅可以在室溫條件下穩(wěn)定保存,還可以改善藥物遞送載體脂質(zhì)體的長期穩(wěn)定性。
Part4
外泌制備過程中的挑戰(zhàn)
制備工藝復雜
外泌體的分離和純化需要多步操作,工藝復雜且耗時。
質(zhì)量控制
外泌體的質(zhì)量和濃度直接影響其應用效果,因此需要嚴格的質(zhì)量控制。
規(guī)模化生產(chǎn)
如何實現(xiàn)外泌體的大規(guī)模生產(chǎn),以滿足臨床應用需求,是當前面臨的挑戰(zhàn)之一。
Part5
結語
外泌體作為細胞間通訊的重要媒介,在疾病診斷、治療和藥物遞送等方面展現(xiàn)出巨大的應用潛力。隨著生物技術的不斷發(fā)展,外泌體制備工藝也在不斷完善和優(yōu)化。然而,外泌體制備工藝仍面臨一些挑戰(zhàn),如制備工藝復雜、質(zhì)量控制難度大以及規(guī)模化生產(chǎn)等問題。英賽斯NestoBR、NestoPure、AutoTFF等系列產(chǎn)品為外泌體上下游工藝開發(fā)提供了有利工具。同時英賽斯為客戶提供強大的工藝開發(fā)支持,助力外泌體研發(fā)和生產(chǎn)企業(yè)優(yōu)化工藝,提升效率和質(zhì)量。
未來,隨著技術的不斷進步和創(chuàng)新,相信這些挑戰(zhàn)將逐漸得到解決,外泌體將在更多領域發(fā)揮重要作用,為人類健康事業(yè)做出更大貢獻。
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