Anal. Chem.｜苏州大学张海洋/汪维鹏团队：一种DSPE功能化三维有序大孔结构ZIF-8材料用于细胞外囊泡分离分析

学术 2024-11-13 17:00 江苏

细胞外囊泡（Extracellular vesicles，EVs）与供体细胞的生物信息保持着高度相似性。因此，EVs常作为非侵入性诊断的潜在肿瘤生物标志物，在疾病筛查以及预后评估中发挥着重要作用。目前，很多材料已经被开发出用于EVs的分离，虽然材料中存在许多孔径，但是其孔径范围均在微孔范围（< 2 nm），而EVs（50-200 nm）无法渗透到材料的微孔中。不仅无法发挥出其大比表面积的优势，而且小颗粒杂质会吸附在材料的微孔或中孔（2-50 nm）之中，对EVs的分离分析产生影响。

苏州大学张海洋副教授、汪维鹏教授团队与西北大学卫引茂教授团队合作在Analytical Chemistry杂志上发表题为“Functional Three-Dimensional Zeolitic Imidazolate Framework with Order Macroporous Structure for Isolation of Extracellular Vesicles”的论文，主要介绍了一种基于SOM-ZIF-8-DSPE材料的EVs捕获方法，可从细胞培液以及临床血浆样本中快速地捕获EVs。相比于传统分离方法，该方法大大节省了捕获分离EVs所需的时间，且捕获的EVs在疾病探究领域具有很大的应用前景，从而解决了EVs捕获分离中成本高，步骤冗杂、以及回收率低等问题，在疾病无创监测和疾病早期筛查中提供了新途径。论文第一作者为硕士研究生徐放、博士研究生陈梦茜，通讯作者为张海洋副教授、卫引茂教授、汪维鹏教授。

该研究工作主要是以SOM-ZIF-8为基础框架材料，并通过氨基修饰后实现DSPE分子功能化得到SOM-ZIF-8-DSPE材料。其中，SOM-ZIF-8材料以单分散聚苯乙烯微球为模板，加入ZIF-8前驱体后在氨水作用下使其在模板上原位结晶形成多面体结构，将内部的微球模板溶蚀后，便制备出具有大孔结构的中空骨架的SOM-ZIF-8材料。SOM-ZIF-8材料中的大孔结构与囊泡尺寸匹配，为EVs提供更大的捕获空间，减少囊泡与材料之间的空间位阻，同时连续的孔道结构可以提高液相传质速率，实现EVs的快速捕获。借助SOM-ZIF-8材料提供广阔的金属螯合位点和DSPE分子的脂质锚定位点的协同作用，从而实现生物样本中高效、快速地分离出EVs。此外，基于SOM-ZIF-8-DSPE材料捕获方法分离出的EVs可以用于下游核酸分析，这为发现潜在的疾病生物标志物提供了有力的工具。

图1. SOM-ZIF-8-DSPE材料的制备及其捕获EVs的示意图

为了将捕获EVs效果可视化，作者从捕获效率、捕获稳定性以及与其他捕获方法进行比较来考察SOM-ZIF-8-DSPE材料捕获EVs的效果。如图2（A）所示，共聚焦图像表明成功地对UC法制备得到的EVs进行了绿色荧光标记，并且经SOM-ZIF-8-DSPE材料与荧光标记的EVs共孵育后，材料表面捕获了大量绿色荧光的EVs，同时在捕获后的剩余的上清体系中几乎没有观察到荧光EVs。

在此基础上，作者通过WB实验对该捕获方法的回收率进行量化。如图2（B）所示，该方法对UC法制备的EVs样本的回收率仅有48%，同时上清液中也检测到许多EVs的蛋白残留。然而，对未经UC法处理的细胞培养液得到的样本回收率高达79.8%。这是因为使用UC法制备得到的EVs常常会彼此聚集，EVs团聚后导致样本里存在较多大尺寸的EVs，大尺寸的EVs被排阻于SOM-ZIF-8-DSPE材料之外，无法进入材料的大孔之中，导致材料难以与其产生有效的相互作用来实现EVs的捕获，因此回收率较低。相反，细胞培养液的EVs尺寸分布广，较少会产生颗粒间聚集，因此回收率较高。如图2（C-D)所示，作者借助扫描电镜也观察到材料能够捕获大量EVs。以上结果证实，EVs通过SOM-ZIF-8-DSPE材料的孔径进入内部大孔结构，并借助材料的螯合和DSPE的锚定作用将EVs富集于孔洞之中。

图2. EVs捕获效率考察。（A）SOM-ZIF-8-DSPE材料捕获荧光标记EVs的荧光共聚焦图，（B）SOM-ZIF-8-DSPE材料捕获EVs回收率的WB图，（C-D）SOM-ZIF-8-DSPE材料捕获EVs前后的SEM图像

此外，越来越多的证据表明miRNA在CRC的增殖和转移中有重要的作用。作者采用了微小RNA高通量测序（MicroRNA sequencing，miRNA-seq）对EVs的中miRNA进行检测分析。以3例正常志愿者、3例原发结直肠癌（Primary colorectal cancer，pCRC）以及3例mCRC（Metastatic colorectal cancer，mCRC）患者血浆为样本进行miRNA-seq分析。主成分分析结果如图3（A）所示，正常志愿者（N）血浆EVs的miRNA表达模式与pCRC（T）和mCRC（M）之间存在显著差异；同时，如图3（B-C）所示，在N、T以及M三组样本中分别检测到了168、139和106个miRNA，并且从聚类分析图中可以观察到3种不同类型EVs中miRNA的差异表达。

图3. EVs的miRNA-seq结果。（A）主成分分析，（B）样本总miRNA维恩图，（C）差异表达基因的聚类分析图。其中N为正常志愿者；T为pCRC；M为mCRC。

总结来说，作者开发了一种基于SOM-ZIF-8-DSPE材料的EVs捕获方法，可从细胞培液以及临床血浆样本中快速地捕获EVs。SOM-ZIF-8-DSPE材料中有序且互联互通的大孔结构增强了液体样本的渗透性以及内部的扩散性，使它们在捕获EVs时可以充分暴露活性位点从而进一步提高捕获效率。相比于传统分离方法，该方法大大节省了捕获分离EVs所需的时间，且捕获的EVs在疾病探究领域具有很大的应用前景，从而解决了EVs捕获分离中成本高，步骤冗杂、以及回收率低等问题，为疾病无创监测和疾病早期筛查提供了新途。

参考文献：

Functional Three-Dimensional Zeolitic Imidazolate Framework with an Ordered Macroporous Structure for the Isolation of Extracellular Vesicles, Anal Chem. 2024 Oct 23. doi: 10.1021/acs.analchem.4c03566.

【科研成长加油站】

商务合作、投稿
请联系exosomes@163.com

http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI2MTAzMTI4MQ==&mid=2651878855&idx=2&sn=500067e6958d4196b92fb6464d7180f3

外泌体之家

外泌体（exosome）及细胞外膜泡（EVs）领域核心平台，为外泌体研究的同行们提供专业的科研资讯；播报精准医学前沿资讯，服务广大生命科学及医学工作者和大众。

J Nanobiotechnology｜田卫东教授/闫征斌主任团队：抗菌微针贴片通过控释脂肪组织凋亡囊泡促进感染创面的功能性愈合

【2024-45期】This Week in Extracellular Vesicles

Analytical Chemistry｜厦门大学朱志教授团队：曲率和抗原介导的双参数识别特定尺寸肿瘤来源外泌体

Biomaterials｜四川大学华西医院生物治疗全国重点实验室解慧琪研究员团队：低氧诱导尿源性干细胞外泌体促糖尿病创面愈合

Nano Letters｜西南交通大学周绍兵/赵静雅团队：多功能外泌体通过促进铁死亡改善cGAS-STING介导的肿瘤免疫治疗

细菌外囊泡：下一代生物治疗技术突破口？

ANGEW CHEM INT EDIT｜厦门大学化学化工学院颜晓梅团队：红细胞来源的小细胞外囊泡通过表面展示的唾液酸抑制流感病毒

Int J Nanomedicine｜吉林大学白求恩第三医院李秀英/杨昭颖：磁化外泌体作为关键载体靶向递送阿霉素治疗小鼠乳腺癌

Anal. Chem.｜苏州大学张海洋/汪维鹏团队：一种DSPE功能化三维有序大孔结构ZIF-8材料用于细胞外囊泡分离分析

STTT｜赵春华教授团队：脂肪和脐带间充质干细胞衍生的细胞外囊泡减轻光老化

Cardiovasc Diabetol｜中南大学湘雅二医院袁凌青教授/刘军教授：ECHG-EVs促进糖尿病性血管钙化

Int J Nanomedicine｜吉林大学孔宁教授团队：干细胞衍生的外泌体：治疗糖尿病视网膜病变的多机制天然细胞间信使

Science Bulletin｜上海交大医学院附属新华医院苏佳灿教授团队：骨衰老与细胞外囊泡：从分子机制到创新治疗的前沿探索

【2024-44期】This Week in Extracellular Vesicles

Theranostics｜南京医科大学附属脑科医院刘宏毅团队：乏氧驱动的M2型TAMs通过微囊泡促进胶质母细胞瘤上皮-间质转化

Nature Protocols发表胡良海教授课题组在外泌体研究领域的重要进展

Biomaterials｜空军军医大学张瑞/西北大学武国军:活化 gasdermin D 的基因修饰EV抑制PSMA阳性前列腺癌

破界·突围|国自然中标率暴跌，外泌体创新性研究强势赋能

Science Bulletin｜上海交通大学医学院附属新华医院苏佳灿团队：骨衰老与细胞外囊泡：从分子机制到创新治疗的前沿探索

国内外泌体领域进展总结（2024年10月）

Adv Sci丨周祥团队合作揭示通过工程化外泌体诱导肿瘤细胞核仁应激的分子机制与策略

号外｜王初课题组与林坚课题组、顾晋课题组合作发展了一种高效的EVs蛋白质组学分析流程用于结直肠癌的早筛早诊

Biosens.Bioelectron｜湖北中医药大学张国军：邻位连接场效应晶体管生物传感器特异性检测肿瘤来源外泌体PD-L1

Adv Healthcare Mater|首都医科大学附属北京朝阳医院陶勇:细胞外囊泡原位结晶氧化铈纳米颗粒用于眼内炎症疾病治疗

Int J Biol Macromol｜华南农业大学张永亮/习欠云：妊娠后期肝脏来源EV调节催乳素受体介导的信号通路促进乳腺发育

【2024-43期】This Week in Extracellular Vesicles

Apoptosis｜南开大学医学院李宗金/解放军总医院第三医学中心陈小鸟：肝细胞磷脂酰丝氨酸介导的EVs内化改善肝缺血再灌注损伤

Biomaterials｜深圳市中医院邢宇锋教授团队：ROS响应性水凝胶负载miR-4500外泌体逆转肝纤维化

Materials Today Bio｜哈医大附二院潘海乐/湘雅医院吕红斌：脱细胞华通氏胶负载UCSCs外泌体调节半月板损伤修复

J ORTHOP TRANSL｜湘雅医院吕红斌：低强度脉冲超声预处理的BMSC-Exos促进纤维软骨再生及肌腱-骨骼界面修复

Trends in Pharmacological Sciences｜南京工业大学刘冠楠团队：用于诊断和治疗的工程细胞外囊泡

Clin Transl Med｜中山大学附属第七医院李志刚/向熙课题组：血浆细胞外囊泡携带eccDNA在肝衰竭中的潜在作用

AFM | 国家纳米科学中心朱凌、杨延莲/重庆医科大学何朝晖：ICAM-1高表的小细胞外囊泡逐步打破药物递送屏障抑制胶质瘤干细胞

JEV｜中山大学丁鑫团队：基于杂化膜囊泡的多抗原纳米疫苗对抗铜绿假单胞菌感染

Food Science & Nutrition|青海大学杨惠/乌仁塔娜团队：乳源外泌体在调节营养和免疫功能方面的潜在作用

J Nanobiotechnology｜谭宁/何鹏程/刘远辉：心肌细胞源EV诱导心脏中性粒细胞N1极化参与心肌缺血/再灌注损伤

Int J Nanomed｜中南大学湘雅二医院代谢内分泌科袁凌青教授研究员团队：寒冷暴露通过血浆来源的细胞外囊泡缓解2型糖尿病

【2024-42期】This Week in Extracellular Vesicles

【Innovation Discovery】综述：溶瘤病毒：从基础到创新挑战

Chem Eng J｜苏大附一院嵇富海/王旭/施麦青/南京邮电大学丁显光：EV在肺部感染中的机制和在新型诊疗技术中的潜在应用

Nat. Nanotechnol. | 深圳湾实验室饶浪/新加坡国立大学陈小元：机器学习辅助纳米诊疗

Anal Chem｜吉林大学马强教授课题组：基于金纳米环/二氧化钛纳米粒子混合超构表面和磁镜调控的ECL 策略用于细胞外囊泡检测

Biosens.Bioelectron | 厦大朱锦锋教授团队：等离激元外泌体传感进展-器件集成策略与人工智能辅助诊断

10月29日应用研讨会：解锁单外泌体成像表征全新技术！

Int J Nanomedicine | 四川大学华西医院杨丽/刘敬平团队：干细胞来源EV通过代谢重编程T细胞治疗自身免疫性肝炎

Extracellular Vesicle｜复旦大学附属华山医院：细胞外囊泡作为药物输送系统在癌症治疗中的应用

Cardiovasc Diabetol｜中南大学湘雅二院袁凌青/廖晓波：AT-EX富集miRNA-132/212促进动脉粥样硬化

Bioact. Mater｜军事医学研究院郑爱萍：经Fc功能蛋白修饰的EV具有卓越肺上皮层穿透和肺部分布能力的肺部载体疫苗

Theranostics｜中国医学科学院放射医学研究所刘强：揭示间充质干细胞来源的细胞外囊泡通过STAT3通路治疗放射性肠损伤

分类

时事

民生

政务

教育

文化

科技

财富

体娱

健康

情感

旅行

百科

职场

楼市

企业

乐活

学术

汽车

时尚

创业

美食

幽默

美体

文摘

原创标签

时事社会财经军事教育体育科技汽车科学房产搞笑综艺明星音乐动漫游戏时尚健康旅游美食生活摄影宠物职场育儿情感小说曲艺文化历史三农文学娱乐电影视频图片新闻宗教电视剧纪录片广告创意壁纸头像心灵鸡汤星座命理教育培训艺术文化金融财经健康医疗美妆时尚餐饮美食母婴育儿社会新闻工业农业时事政治星座占卜幽默笑话独立短篇连载作品文化历史科技互联网

发布位置

广东北京山东江苏河南浙江山西福建河北上海四川陕西湖南安徽湖北内蒙古江西云南广西甘肃辽宁黑龙江贵州新疆重庆吉林天津海南青海宁夏西藏香港澳门台湾美国加拿大澳大利亚日本新加坡英国西班牙新西兰韩国泰国法国德国意大利缅甸菲律宾马来西亚越南荷兰柬埔寨俄罗斯巴西智利卢森堡芬兰瑞典比利时瑞士土耳其斐济挪威朝鲜尼日利亚阿根廷匈牙利爱尔兰印度老挝葡萄牙乌克兰印度尼西亚哈萨克斯坦塔吉克斯坦希腊南非蒙古奥地利肯尼亚加纳丹麦津巴布韦埃及坦桑尼亚捷克阿联酋安哥拉