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近日，一項新的微流控技術(shù)在從人體血液中提取微小細(xì)胞外囊泡（sEVs）方面取得了重要突破。這項研究由瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的科學(xué)家們領(lǐng)導(dǎo)，他們開發(fā)了一種簡單的基于粘彈性的微流控平臺，能夠高效、無標(biāo)記地從人體血液中分離出sEVs。該方法具有出色的分離效果，并且與超速離心相比，能夠顯著增加sEVs的產(chǎn)量。在臨床實用性方面，研究團隊從癌癥患者和健康供體的血樣中分離出sEVs，并證明了癌癥患者的血液中存在較高的sEVs濃度。相關(guān)內(nèi)容以“Direct isolation of small extracellular vesicles from human blood using viscoelastic microfluidics”為題發(fā)表于10月6日國際知名學(xué)術(shù)期刊Science Advances上。

細(xì)胞外囊泡（EVs）存在于所有種類的體液中，包括血液、唾液和尿液。它們是一類由細(xì)胞產(chǎn)生的異質(zhì)性的基于脂質(zhì)的囊泡，含有生物活性的載荷，如核酸、蛋白質(zhì)和代謝物，并根據(jù)其大小通常被分為三個亞型：小型（sEVs；<200nm）、中型（mEVs；200到800nm）和大型（lEVs；>800nm）EVs。sEVs存在于所有體液中，因此作為非侵入性診斷和預(yù)后生物標(biāo)志物的優(yōu)秀來源。然而，傳統(tǒng)的sEVs分離方法，如超速離心、梯度離心/或微濾離心，存在一系列限制，包括處理時間長、產(chǎn)量低（5-40%）、分離的sEVs完整性低以及設(shè)備成本高。

在過去的十年里，由于微流體技術(shù)具有精確和可控地操作微米和納米級物體的能力，它們越來越被用作sEV處理和分離的基本工具。根據(jù)分離方式，sEV分離的微流體策略可以被分類為被動或主動的方式。被動的分離方法不需要施加外部力，而是通過使用尺寸相關(guān)的流體動力學(xué)力或復(fù)雜的通道結(jié)構(gòu)（如納米孔膜和納米柱陣列）來分離sEVs。相反，主動分離方法需要施加外部力場，最常見的是聲學(xué)、電場和磁場來操縱sEVs。

主動微流體方法已成功用于分離來源于血液的sEVs，并具有高分離效率。

通過基于芯片的電泳技術(shù)，科學(xué)家已經(jīng)成功地從全血中捕獲了尺寸小于500納米的sEVs，并隨后進(jìn)行了芯片上的免疫熒光測定以檢測捕獲的sEVs。雖然該方法能夠分離sEVs，但不能在較長時間內(nèi)分離sEVs，因為電極陣列上捕獲的sEVs數(shù)量隨時間增加，導(dǎo)致分離效率降低。功能化抗體的磁性Fe3O4納米顆?？梢詮娜胁东@sEVs，雖然能夠分離源自胰腺癌的外泌體，但免疫捕獲分離涉及抗體修飾和偶聯(lián)步驟，需要額外的步驟來從功能化表面釋放完整的sEVs，因此在臨床環(huán)境中難以執(zhí)行。

被動微流體系統(tǒng)，結(jié)合物理過濾，也已成功用于從全血中分離sEVs。

例如多層膜集成的微流體裝置，能夠從少量全血中分離sEVs（<200納米），其中聚碳酸酯膜用于通過攪拌增強過濾來分離sEVs。盡管該方法有用，但復(fù)雜的多層設(shè)備結(jié)構(gòu)和需要氣動驅(qū)動的“微型攪拌器”（防止設(shè)備堵塞）顯著限制了其廣泛的適用性。在臨床環(huán)境中，迫切需要開發(fā)廉價、簡便操作、無需專業(yè)技能、涉及最少樣本處理、并能提供高分離純度和回收率、以及具有一致性和可重復(fù)性結(jié)果的外泌體（或EV）分離系統(tǒng)。從全血中分離sEVs的被動微流體方法在成本、易用性和可重復(fù)性方面表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢，但它們并非沒有局限性。例如，基于過濾的平臺容易受到膜阻塞的影響，而其他基于慣性和粘彈微流體的被動技術(shù)在回收率和純度方面表現(xiàn)更優(yōu)。在臨床背景下，迫切需要高效、簡單和低成本的微流體工具，能夠以迅速、可重復(fù)和高效的方式從全血中分離sEVs。該研究團隊利用微流控技術(shù)開發(fā)了一種基于粘彈性的微流控裝置，能夠高效地從人體血液中提取sEVs。

該綜合系統(tǒng)包括兩個模塊：細(xì)胞去除模塊和sEV分離模塊。

在第一個模塊中，特別是白細(xì)胞（WBCs）、紅細(xì)胞（RBCs）和血小板（PLTs）等微米級的血液成分被有效地從血液樣本中去除。隨后 “無細(xì)胞”的血液被順暢地引入第二個模塊，其中sEVs與其他EV亞組分離和分離。研究結(jié)果顯示，該裝置的分離性能優(yōu)異，從全血中分離出的熒光標(biāo)記的sEVs純度和回收率分別達(dá)到97%和87%。與傳統(tǒng)的超速離心法（UC）相比，該微流控方法提高了sEVs的產(chǎn)量，并且經(jīng)過蛋白質(zhì)組學(xué)分析，兩種方法提取的sEVs的蛋白質(zhì)組成相似。為了驗證該技術(shù)在臨床應(yīng)用中的實用性，研究團隊從20名癌癥患者和20名健康捐贈者的血樣中提取了sEVs，并將其濃度和大小與通過金標(biāo)準(zhǔn)超速離心獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。結(jié)果顯示，癌癥患者的血液中sEVs的濃度明顯高于健康捐贈者。這項研究的突破為sEVs的提取和應(yīng)用提供了新的解決方案。該技術(shù)具有簡單、高效、無標(biāo)記的特點，有望在臨床診斷和治療中發(fā)揮重要作用。

參考文獻(xiàn)：Direct isolation of small extracellular vesicles from human blood using viscoelastic microfluidics. Science Advances, 2023, 9(41): eadi5296.?

外泌體資訊網(wǎng) Sci Adv丨新微流控技術(shù)實現(xiàn)從人體血液中高效提取小細(xì)胞外囊泡