东南大学柴人杰/赵远锦/陶纬国合作开发细胞外囊泡富集新方法

细胞外囊泡(EVs)是一种具有磷脂的双层囊泡结构,来源于几乎所有类型的细胞,它能将蛋白质、microRNA等多种生物活性分子直接转移到受体细胞,参与细胞通讯、细胞迁移,免疫应答和肿瘤细胞生长。鉴于这些前提,EVs的分离和分析在生物标记物的发现和疾病诊断方面具有巨大的潜力。

近年来,人们设计了多种方法来实现EVs的分离,如超离心法、超滤法、免疫磁珠法、试剂盒法等,但这些方法仍存在耗时长、成本高、膜完整性差、效率低、纯度低等缺点。微流控芯片以其高通量、低材料消耗、低污染、分析所需样品少等优点受到了广泛的关注,这些特性使其适合于生物医学研究。然而,传统的微流控器件仅以层流和单轴流的形式出现,导致了微流控器件在流道中的分子扩散受到限制。这种不充分的混合导致了与通道腔体表面的相互作用较低和EVs分离效率低问题,这就限制了它们在EVs分离中的实际应用。因此,迫切需要一种新的微流控方法来产生充分的微涡流并提高分离效率。

2020年2月7日东南大学生命科学研究院柴人杰课题组、生物科学与医学工程学院赵远锦课题组和陶纬国课题组合作在期刊Biosensors and Bioelectronics上发表题为 Isolation and analysis of extracellular vesicles in a Morpho butterfly wing-integrated microvortex biochip 的研究。该研究首次利用蝶翼集成微通道生物芯片的纳米探针系统来提高富集胞外囊泡的效率。

 

蝶翼集成微通道生物芯片具有由一系列相交点连接的自然三维(3D)微槽结构。这些微槽在蝶翼表面平行排列,脊线之间的距离在0.5~5μm之间。在本研究中这种微通道结构首次被用于EVs的分离。此外,作为一种天然的光子晶体,蝶翼可以增强荧光强度,在生物检测方面具有明显的优势。由于EVs膜具有脂质双层结构,我们用脂质纳米探针对蝶翼进行了修饰,使其能够更有效地被插入到EVs中。本实验数据显示,此生物芯片可以实现对EVs的高通量富集,分离效率可达70%左右;通过提取RNA、基于CD9生物标志物的westernblotting等多种检测方法证实了这种基于蝶翼集成微通道生物芯片的纳米探针系统能够对捕获的EVs中的核酸和蛋白质进行下游生物分析;此生物芯片可以有效分离少量细胞的EVs,因此可应用于包括内耳细胞在内的只能得到少量细胞的组织的EVs提取和分析。

 

细胞外囊泡富集流程示意图

柴人杰教授、赵远锦教授、陶纬国教授为共同通讯作者,东南大学生物科学与医学工程学院博士生韩善颍、东南大学医学院病理学系徐月霜为本文的共同第一作者。

原文链接:https://doi.org/10.1016/j.bios.2020.112073

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