外泌體通常被認(rèn)為是細(xì)胞間信號(hào)分子,包含許多蛋白質(zhì)、核酸、細(xì)胞因子、轉(zhuǎn)錄因子和其他細(xì)胞來(lái)源的顆粒。外泌體不僅可以向局部環(huán)境傳遞信息,還可以向距離很遠(yuǎn)的細(xì)胞和組織傳遞信息。這可能作為一般信號(hào)和通信通路,但也可能參與致癌基因擴(kuò)散和惡性腫瘤進(jìn)一步惡化。迄今為止,已證實(shí)外泌體存在于體液中,例如羊水、血清、母乳、附睪液、唾液、尿液、腹水和胸腔積液、支氣管肺泡灌洗液、滑液和體外細(xì)胞培養(yǎng)上清液中 。細(xì)胞排出的外泌體也可作為去除不必要的蛋白質(zhì)和核酸的一種方式,例如,在細(xì)胞成熟(網(wǎng)織紅細(xì)胞)或排泄系統(tǒng)(腎的內(nèi)臟和小管 )期間的外泌體。
為了正確使用外泌體作為 DDS,我們必須考慮外泌體的成分和它們的形成途徑。然后,還應(yīng)描述外泌體親和力和細(xì)胞攝取的特征。外泌體載體表現(xiàn)出不同的目的和功能,這要?dú)w功于外泌體作為基本的轉(zhuǎn)運(yùn)體本身就具有出色的特性。這可以用于細(xì)胞靶向,也可以作為藥物的額外增強(qiáng)。迄今為止,ExoCarta 在外泌體中發(fā)現(xiàn)了大約 10,000 種蛋白質(zhì)、3500 種 mRNA 和超過(guò) 1100 種不同的脂質(zhì)。 對(duì)于系統(tǒng)審查,出現(xiàn)了許多很棒的數(shù)據(jù)庫(kù),例如Vesiclepedia和 ExoCarta,其中描述了外泌體分離程序和來(lái)源以及已識(shí)別的載體.
外泌體蛋白質(zhì)特征是:膜結(jié)合四跨膜蛋白(CD9、CD63、 CD81 和 CD82),以及常規(guī)用于分離的 EpCAM 和 Rab5 。其他蛋白質(zhì)是受體(CD46 和 CD55)、熱休克蛋白(HSP ;Hsc70、Hsp70 和 Hsp90)、參與外泌體形成的蛋白質(zhì)( Alix、TSG101)和負(fù)責(zé)融合和轉(zhuǎn)運(yùn)的膜蛋白(GTP 酶、膜聯(lián)蛋白和 flotillin;ATP7A、ATP7B、MRP2 、SLC1A4 、SLC16A1 和 CLIC1)等。使用 ELISA法檢測(cè)這些標(biāo)記蛋白可以用于確認(rèn)外泌體的存在。
也有相關(guān)研究稱外泌體含有其他顆粒,如膽固醇(B 淋巴細(xì)胞來(lái)源)、鞘脂、磷酸甘油酯和神經(jīng)酰胺等。外泌體還運(yùn)輸形態(tài)發(fā)生素(Hedgehog、 Wingless 和 Wingless-like),參與黑腹果蠅所描述的組織模式發(fā)育。
核酸是在外泌體中發(fā)現(xiàn)的另一組主要顆粒,即 DNA 和 RNA,它們可以在細(xì)胞中發(fā)揮功能作用。在源自小鼠和人類肥大細(xì)胞的外泌體中發(fā)現(xiàn)了約 1300 種 mRNA、121 種 miRNA 和 >100 種小 RNA,但未檢測(cè)到 DNA 和 rRNA 。 在外泌體中發(fā)現(xiàn)的其他 miRNA 是 lin-4 和 let-7 ,以及母乳中的 miR-181a 和 miR-155。
一些外泌體 miRNA 可用作診斷中的生物標(biāo)志物( 表 2)。
小鼠外泌體對(duì)人類細(xì)胞的刺激可以導(dǎo)致人類細(xì)胞中小鼠蛋白質(zhì)的合成。此外,外泌體和受體細(xì)胞的 mRNA 譜不同,表明 mRNA 被主動(dòng)分選為 MVB。
外泌體的分離方法
目前,有許多可用的外泌體分離方法( 表 1)。比較傳統(tǒng)的外泌體分離方法是超速離心,許多人將其視為金標(biāo)準(zhǔn)。其他技術(shù)主要基于大小排阻或抗體介導(dǎo)的標(biāo)記外泌體分離。每種分離方法在純度、數(shù)量、效率和通量方面都不同。超速離心法分離法 的缺點(diǎn)是外泌體結(jié)構(gòu)容易發(fā)生改變,造成外泌體的結(jié)構(gòu)不一致性甚至?xí)?dǎo)致外泌體受損。
表 1. 外泌體分離方法。
1.超速離心法:
超速離心基于顆粒的大小(重量)及其在離心力(100,000–110,000× g)下的離心沉降。至于去除的細(xì)胞碎片和不需要的顆粒可以通過(guò)稱為差速離心的幾步慢速離心來(lái)獲得。外泌體的純化可以采用蔗糖梯度密度離心純化法:即:在蔗糖梯度 (1.13–1.19 g/mL) 或緩沖液中進(jìn)行,以實(shí)現(xiàn)更高的富集、產(chǎn)量和純度增加。
2.超濾法:
超濾法使用的是微孔過(guò)濾器;因此,較大的顆粒將從濾液中排除。它可以與離心結(jié)合使用,通過(guò)初步去除細(xì)胞碎片等大顆粒來(lái)加速外泌體的純化。不過(guò)使用此方法需要防止孔隙堵,不適合大規(guī)模的樣本處理。
3.尺寸排阻層析法
尺寸排阻層析法也被稱為凝膠過(guò)濾層析法,這種方法是基于凝膠孔的大小和外泌體的大小,大于凝膠孔徑的顆粒被洗脫;反之,小于凝膠孔徑的顆粒將被抑制。凝膠過(guò)濾層析 分離法總體上能獲得較高的純度和產(chǎn)量。建議與超濾相結(jié)合,這種方法可提供更少的蛋白質(zhì)污染和更高的外泌體回收率。 凝膠過(guò)濾層析分離法的缺點(diǎn)是凝膠的成本過(guò)高。
4.沉淀分離方法:
基于聚合物的沉淀分離方法是利用超親水聚合物來(lái)增強(qiáng)小尺寸顆粒(如外泌體)的沉淀。聚乙二醇的常用濃度在 8% 到 15% 之間變化。使用這種方法,將含有外泌體的溶液與聚合物一起孵育過(guò)夜,并在約 10,000× g下進(jìn)一步離心。
5.免疫學(xué)分離方法
免疫學(xué)分離法是利用受位于外泌體膜中的選定蛋白質(zhì)標(biāo)記物影響的抗體對(duì)外泌體進(jìn)行標(biāo)記。這些標(biāo)記的外泌體可以進(jìn)一步輕松處理和純化,例如,使用微芯片或磁珠。磁分離后,外泌體被純化,磁珠被溶解和去除。通過(guò)這種簡(jiǎn)單快速的方法,就可以獲得較高純度提取物,但不會(huì)分離出缺乏磁性標(biāo)記抗體識(shí)別的表面標(biāo)記的外泌體,這可能導(dǎo)致外泌體池表現(xiàn)效果 不佳。這種方法雖然既省時(shí)又直接,輸出純度較高,但也需要較為昂貴的試劑。
6.親和層析分離法
在親和層析分離法方面,主要使用凝集素和合成 Vn (venceremin) 肽。凝集素將結(jié)合存在于外泌體表面的糖基化蛋白質(zhì),從而使 外泌體沉淀。Vn 肽分離技術(shù)基于其對(duì)含有 HSP 的細(xì)胞外顆粒的高親和力。然而,這種方法比較容易使提取物被膜表面上含有上述標(biāo)記物的細(xì)胞和其他顆粒污染。
7.微流控分離法
微流控分離法主要是在微芯片上進(jìn)行的,這里我們需要提及的是,微流控分離法法可用于外泌體分離(免疫結(jié)合和磁結(jié)合、過(guò)濾),效率相對(duì)較高(約 90%)。
8.FFF分離法
FFF 目前是一種很少使用但前景不錯(cuò)的一種外泌體分離方法。分離由橫流力驅(qū)動(dòng),并基于顆粒的分子量或流體動(dòng)力學(xué)直徑。它包括高純度、高效率和短時(shí)間處理,但迄今為止,F(xiàn)FF 在外泌體分離中的使用案例較少 ,還有待進(jìn)一步開發(fā) 。
9.聲學(xué)流體分離
聲學(xué)流體分離技術(shù)利用聲場(chǎng)根據(jù)粒子的大小、密度和可壓縮性來(lái)分離粒子。生物樣品在此過(guò)程中不會(huì)受到損壞,并且分離的本身是非接觸式、高效的和無(wú)標(biāo)記的。
10.納米粒徑分析法
確定性橫向位移依賴于顆粒流動(dòng)路徑的變化,而顆粒流動(dòng)路徑取決于顆粒尺寸。這種方法雖然比較簡(jiǎn)單,但是需要使用掃描電鏡技術(shù)、動(dòng)態(tài)光散射技術(shù)、納米粒子跟蹤分析技術(shù)、單粒子干涉反射成像傳感器(SP-IRIS)技術(shù)等。對(duì)于外泌體大小、形態(tài)、外泌體的 濃度、zeta電位等分析也可以使用Nanocoulter粒度分析儀。
11.介電泳分離法:
介電泳分離法主要利用不同大小的粒子在不均勻電場(chǎng)中的位置差異。外泌體被吸引到高電區(qū)域,而較大的顆粒將位于低電區(qū)域。該方法速度快,適合用于高通量篩選,但缺點(diǎn)是需要加熱。
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