细胞外囊泡的单颗粒分析技术

细胞外囊泡（Extracellular vesicles,EVs）是细胞分泌到细胞外基质中的纳米尺度的脂质小膜泡,携带着母细胞来源的各种生物活性分子,如蛋白质、核酸、脂质等,是细胞间沟通交流的信使。EVs参与免疫调控、血管新生、疾病发生、肿瘤转移等生理病理过程,广泛存在于各种体液中,在液体活检、疾病治疗中显示出巨大的应用前景,也因此成为生命科学领域炙手可热的前沿研究方向。然而EVs在粒径、生化组成等方面具有高度的个体差异性和多样性。因此,迫切需要发展EVs的单颗粒分析技术以精准表征EVs亚群的分子组成,深入了解其生物学功能,促进EVs临床诊断与治疗应用的发展。该文针对近年来发展的EVs的单颗粒分析技术进行综述,从检测原理、性能和应用范围等方面对这些技术进行讨论,并对单颗粒表征技术未来的发展趋势进行了展望。     

基于微流控芯片的细胞外囊泡分离技术研究进展

细胞外囊泡（extracellular vesicles，EVs）是脂质双分子层包绕形成的半球状囊泡。研究表明EVs存在重要的生物学功能，同时EVs排放的数量、种类以及内含蛋白质、脂质或RNA等构成变化与疾病密切相关。EVs的研究将有助于理解其生物学功能和作用机制，同时也有望用于疾病的诊断和治疗，因此拥有巨大的临床应用前景。从复杂的体液样品中分离捕获EVs是实现基于EVs开展医学研究以及临床诊断的前提，但是目前绝大多数的EVs分离捕获仍然是采用传统分离手段，纯度低、效率差，迫切需要高效和高选择性的EVs分离手段。先进的微流控芯片技术具有微型化、集成化和自动化的优势，利用微流控芯片的EVs分离技术研究已成热点，本文围绕相关研究的最新进展进行了综述。     

胞外囊泡异质性无标记表征技术研究进展

胞外囊泡(extracellular vesicles, EVs)是细胞在信息传递和环境调控时产生的磷脂双分子层膜包裹的囊泡(尺寸为30～1000 nm).近十五年,其生物及临床相关研究发展迅猛,已被视为是细胞间信息传递、癌宿主调节等动态过程的关键因素之一.尽管胞外囊泡具有重要的生物学功能,但其尺寸小、结构脆弱且易聚集,传统生化分析和检测技术难以对其实现精准表征.目前, EVs相关的大多数表征技术采用“批量分析”形式,仅提供大量外泌体的平均结果.为了加深对胞外囊泡异质性的认识,以单个EVs为目标的表征技术将成为新的趋势.本文概述了单颗粒水平胞外囊泡表征的光学和非光学的无标记表征方法,包括拉曼显微、等离激元技术、原子力显微和电子显微技术等.相比于传统整体分析方法,单颗粒水平胞外囊泡表征能够提供更加丰富的信息,在生物医药基础研究领域有着广阔前景.     

尿液细胞外囊泡的单颗粒水平多参数定量表征

尿液来源细胞外囊泡(Urinary extracellular vesicles, uEVs)作为新一类液体活检标志物,在疾病诊断、治疗监控领域具有广阔的应用前景。然而,由于缺乏相应的表征技术,研究者对于纳米尺度uEVs的粒径分布、颗粒浓度以及生化表型等均缺乏了解。EVs具有高度个体差异性和多样性,因此迫切需要发展高通量、多参数的单颗粒检测技术。基于本研究组前期工作中结合瑞利散射和鞘流单分子荧光检测技术研制的纳米流式检测装置(Nano-flow cytometer, nFCM),本研究对超速离心法纯化得到的uEVs的纯度、浓度、粒径、DNA、RNA和蛋白标志物在单颗粒水平进行多参数定量表征,其中EVs的检测限低至40 nm。结果表明,uEVs的纯度高达92%,10位健康受试者uEVs的颗粒浓度主要分布在3.0×10⁹～8.9×10¹⁰个/mL之间,粒径主要分布在40～120 nm之间。DNA和RNA主要位于较大粒径的uEVs的内部,且颗粒之间的丰度存在很大的异质性。此外,使用nFCM对蛋白标志物CD9、CD63、CD81和CD24的阳性比率进...     

基于工程化细菌的活性生物材料研究及其医学应用

细菌由于具有高度生物相容性、运动性和可自主感应生理信号，基于细菌的疗法和递送系统已经被广泛应用于医学领域，包括生物成像、疾病治疗以及组织修复与再生等.本文从工程化细菌的构建、生物医学应用以及临床转化三方面总结和评述了生物医用工程化细菌领域的研究进展.重点介绍了通过化学工程化策略对细菌进行改造，在维持细菌自主性和动态功能的同时赋予其新的功能，提高疾病诊断效率，改善治疗效果.此外，还探讨了工程化的细菌在医学领域上的最新进展和应用前景，最后对工程化细菌未来在医学应用上的挑战进行了简要的展望.     

邻近标记方法表征细胞-细胞相互作用

细胞-细胞相互作用在多种生理过程中有重要意义,针对这些相互作用的研究是化学与生命科学交叉领域的前沿热点.基于对酶的功能改造、定向进化和精准的时空调控,酶介导的邻近标记方法在分析细胞-细胞相互作用方面具有广泛的应用前景.本文重点描述了现有邻近标记方法的原理、效果、优缺点及潜在应用.     

肿瘤外泌体的分析检测

肿瘤外泌体是由肿瘤细胞释放到细胞外环境的微小囊泡,其直径约为30~150 nm,主要存在于血液、尿液、唾液等多种体液中,是早期肿瘤诊断的标志物之一。肿瘤外泌体具有较好的稳定性且含量丰富,因此是液体活检标志物的研究热点。肿瘤外泌体携带母细胞相关的蛋白、脂质和核酸等生物活性物质,为生物检测提供了多种特征标志物。本文就肿瘤外泌体的生成、分离、表征及分析检测进行了论述,重点讨论了肿瘤外泌体检测的研究进展。     

外泌体分离及其蛋白质组学分析的研究进展

外泌体是一种由细胞分泌的膜性囊泡小体,直径通常为30~100 nm,密度为1.10~1.18 kg/L。外泌体广泛存在于各种体液中,可携带脂类、蛋白质、信使RNAs（mRNAs）、microRNAs（miRNAs）、非编码RNAs（ncRNAs）等多种重要的生物功能分子。许多证据表明,外泌体形成了一种特殊的细胞间信息传递系统,不仅影响细胞的生理状态,而且与多种疾病的发生与发展密切相关。该文简要综述了近年来在外泌体的分离和纯化方面取得的研究进展,并对蛋白质组学技术在外泌体分析中的应用进行了概述。此外,还对外泌体蛋白质组学研究的发展前景进行了展望。     

外泌体分离技术及其临床应用研究进展

外泌体是细胞通过胞吐过程分泌的一类粒径为30~200 nm的囊泡，其组成包括脂质双分子层以及其内部包裹的细胞来源的蛋白质、核糖核苷酸（RNA）和脱氧核糖核苷酸（DNA）等生物分子。作为一种细胞间交流的重要方式，外泌体在一系列生理和病理过程中起着至关重要的作用。由于体液环境复杂，加之自身体积小、密度低，外泌体的富集与分离对于其后续分析和功能研究至关重要。该文介绍了外泌体的研究策略、表征手段及生物学功能和临床应用研究进展，特别对外泌体的提取方法进行了详细介绍，并加以系统评述。     

基于适体识别及杂交链式反应放大信号检测细胞外囊泡

利用在细胞外囊泡表面高度表达的特定蛋白作为靶标识别细胞外囊泡,可用于检测癌症相关的细胞外囊泡。基于此,提出了一种同时捕获和定量细胞外囊泡的检测方法。将核酸适配体修饰在单分散聚苯乙烯微球上,可特异性捕获细胞外囊泡;通过适配体触发的杂交链式反应放大荧光信号,可提高检测灵敏度。优化条件下,将本方法用于检测MCF-7细胞衍生的细胞外囊泡,体系的荧光强度变化值与细胞外囊泡浓度的对数在1.7×10³～1.7×10⁶ particle/μL范围内呈良好的线性关系,相关系数(R²)为0.9984,相对标准偏差(RSD)为1.6%。     

循环肿瘤细胞及细胞外囊泡的纳米检测技术

肿瘤液体活检通过对体液中生物标志物的检测实现疾病的精准诊断,对于恶性肿瘤的早期诊断和动态监测至关重要。循环肿瘤细胞(CTC)是肿瘤组织释放到血液中的肿瘤细胞,细胞外囊泡(EV)是由细胞分泌的膜囊泡,二者都携带肿瘤分子信息,并与肿瘤进展和转移密切相关,是重要的液体活检生物标志物,并且在检测方法和临床意义方面也有很多共性。纳米材料由于其高比表面积、独特的光、电、磁等物理化学特性以及易于功能化修饰等特点,被广泛用于CTC和EV的检测,以提高检测灵敏度和特异性,提供肿瘤形成、进展、转移和治疗反应的信息,具有很好的应用前景。本文回顾了在CTC和EV的特异性识别、高效捕获或分离、目标CTC或EV的鉴定等三方面的纳米技术进展,包括提高分子识别特异性的纳米材料表面识别探针功能化修饰以及捕获、鉴定的纳米材料和纳米技术的最新进展,总结了基于功能化纳米材料的液体活检技术的优势及挑战,为液体活检纳米技术的发展提供信息。     

肿瘤特异性多肽探针及其在生物成像中的应用

肿瘤是由细胞、细胞外基质及微环境等多因素组成的复杂系统,不同因素在肿瘤的发生和发展中发挥关键作用.肿瘤细胞、细胞外基质及微环境的特异性分析对于肿瘤的精准诊断和靶向治疗至关重要.多肽探针具有特异性高、生物相容性好、组织穿透能力强和易于制备等优点,已被广泛用于肿瘤的特异性成像研究.本文综述了多肽探针对肿瘤细胞、免疫细胞等细胞靶点的特异性成像;并介绍了以胶原蛋白、纤维蛋白等外基质蛋白为靶点的肿瘤特异性多肽探针的成像研究.本文还总结了对肿瘤微环境中弱酸性、高酶活性等因素响应的肿瘤特异性多肽探针及其生物成像应用.最后,本文总结并讨论了肿瘤特异性多肽探针所面临的挑战与机遇,展望了其在肿瘤精准诊断和个性化治疗领域的前景.     

外泌体分离与纯化技术研究进展

外泌体是所有真核细胞分泌到细胞外的直径介于30～150 nm的一种膜性纳米囊泡,参与细胞间生物信号的传递。大量实验证据表明,外泌体参与多种生物功能并发挥重要作用,包括蛋白质、RNA和脂质等生物分子的转移及多种疾病生理和病理过程的调节,被认为是疾病诊断、治疗和预后的重要的生物标志物和药物载体,因此发展简单、高效、经济的外泌体分离与纯化技术将有助于疾病的早期诊断和精准治疗。目前,利用外泌体的物理化学和生物化学特性已开发出多种分离外泌体的技术,但仍缺乏标准化和规模化临床级外泌体的分离方法,从而限制了其临床应用。另外,对分离出的外泌体的特征、纯度和数量的鉴定是判断外泌体分离纯化方法优劣的重要指标。本文综述了外泌体分离与纯化技术以及鉴定方法的研究进展,主要讨论分离技术的机制、性能、挑战和前景以及外泌体的鉴定方法,以期为外泌体的分离纯化提供新的思路和解决策略。     

微生物和含铁矿物之间的电子交换

含铁矿物常见于土壤中和地表下.在那里,它们以多种形式支撑微生物的生长和代谢,如作为微生物厌氧呼吸的电子受体、微生物自养生长的电子供体和能量来源、微生物细胞之间的电子导体和电子储存介质.微生物细胞膜套的物理化学性质决定其既不具有矿物渗透性,也不具备导电性.因此,微生物需要进化出特定的机制同胞外矿物交换电子（即胞外电子传导）.微生物胞外电子传导与常见的,用于有氧呼吸的微生物细胞电子传递链有着诸多本质区别.本文中,我们概述了微生物与胞外含铁矿物之间电子传导的分子机理,以及相关的微生物在生物修复污染物、生产新型纳米材料、生物采矿和生物能源中的应用.     

不同金属/适配体双功能复合磁性纳米材料的制备及其对外泌体的富集性能

外泌体作为一种细胞外囊泡,其内容物可以反映亲代细胞的重要信息,而自身也具有独特的结构,能够执行特征的生物学功能。基于外泌体的表面化学和生物学特征,制备了不同类型的金属/适配体(Apt)双功能复合磁性纳米材料,并将其应用于外泌体的富集纯化。将适配体和外泌体表面目标膜蛋白的特异性结合性能与以钛、锆为代表的金属氧化物和外泌体磷脂双层膜的特异性亲和作用结合,可极大地提高分离材料对外泌体的分离选择性和富集容量。分别以Fe₃O₄@Zr-MOFs、Fe₃O₄@Zr-Ti-MOFs和Fe₃O₄@TiO₂等金属有机框架(MOFs)/金属氧化物磁性纳米材料为基底,制备对应的双功能MOFs/金属氧化物-适配体复合磁性纳米材料Fe₃O₄@Zr-MOFs-Apt、Fe₃O₄@Zr-Ti-MOFs-Apt和Fe₃O₄@TiO₂-Apt,并进一步对不同材料的外泌体富集性能加以评价。以超速离心法提取的模型外泌体以及尿液为样品,对修饰相同质量适配体和不同含量金属氧化物的双功能材料的富集性能加以对比。将3种双功能磁性纳米材料应用于尿液外泌体的富集,得到的外泌体裂解后经质谱鉴定,分别得到233、343和832个外泌体蛋白。这一结果也表明双功能磁性纳米材料可以充分结合核酸适配体亲和的高选择性和金属氧化物的高富集容量优势,对于复杂生物样品中外泌体的快速、高效分离纯化具有潜在的应用价值,而针对材料制备和分离纯化方法的设计也为新型外泌体富集材料的设计提供了一条可行的新思路。     

透明质酸

HA在1934年首次发现和制备以来,经多年的研究和开发,取得了重大的进展和广泛的应用。目前基础研究已表明其在体内的生理功能除了大分子网状结构及黏弹性等物理机械功能外,还通过与受体的结合,发挥调节细胞的功能,从而在许多生理活动中扮演重要角色。不同用途的HA制剂已广泛应用于医药及生活各方面。     

水凝胶材料在类器官研究中的应用进展

类器官指通过干细胞自组织在体外三维(3D)培养条件下分化形成的功能性细胞组织复合体,能够反映人体来源组织或器官的部分关键结构和功能特征,是一种极具前景的体外模型体系.目前,多数类器官的形成和培养都依赖复杂的动物来源细胞外基质(如Matrigel),该类基质的肿瘤源性和批次差异性影响了类器官培养的重现性,难以满足生物医学研究的需求.相比之下,各种天然和合成基水凝胶成分明确,具有高度可调的物理和化学特性,已广泛用于各种细胞的3D培养.本文概述了类器官的形成与培养现状,重点介绍了各种已用于类器官研究的水凝胶材料及其设计与工程化策略,讨论了功能化水凝胶材料在类器官基础研究和转化应用方面的潜力,并对其未来的发展趋势与面临挑战进行了展望.     

基体辅助激光解吸电离飞行时间质谱法测定钙调素的分子量

近几年来，由于各种“软”电离技术的发展和应用「‘，’‘，为利用质谱分析生物大分子提供了一条十分有效的途径［‘j，其中基体辅助激光解吸电离飞行时间质谱法（MALDI－TOF－MS）是最有前途的技术之一D‘．钙调素（CaM）是动植物中普遍存在的多功能的胞内钙受体蛋白，参与调控许多生理反应［”．最近几年也在细胞外区域发现了钙调素及其功能［”．钙调素分子量的准确、快速测定是钙调素性质、结构和功能研究的首要问题．目前CaM分子量的测定大多采用SDS－PAGE、凝胶过滤和沉淀平衡等方法，例如对牛脑CaM分子量的SDS－PAGE测…     

糖超分子水凝胶在组织工程领域的研究进展

组织工程的一般策略是使用生物支架作为人工基质替代天然细胞外基质(ECM)支持细胞的生存和各项功能,从而形成新的组织.作为一类重要的生物大分子,糖质(glycan)是ECM的主要组分,其所承载的基质和信息功能使其成为一种极有潜力的制备组织工程支架的原材料.与此同时,基于可逆非共价相互作用的水凝胶,因其可以实现对水凝胶时空结构的精确操纵,从而模拟细胞所需的生存环境,促进组织的再生修复,近年来得到了重视和研究.本文从模拟ECM的结构和功能切入,将糖质功能与非共价作用结合起来,介绍多种糖动态超分子水凝胶的设计思路和构筑原理,讨论其在组织工程应用中需要实现的关键性能,并对其在该领域的发展趋势进行展望.     

外泌体生物分析及其临床应用研究进展

外泌体是具有各种关键生物活性分子(如脂质、 蛋白质和核酸)的细胞外囊泡. 它们可以由所有类型的细胞分泌, 并分布在所有生物流体中, 如血液、 唾液、 汗水和尿液等. 更重要的是, 外泌体可以参与多种生理活动, 包括细胞间通讯、 哺乳动物的繁殖和免疫反应, 并在新陈代谢以及心血管疾病、 神经变性和癌症等疾病的病理进展中起重要作用, 这使其成为备受关注的天然非侵入性生物标记物, 并且被认为是可用于临床诊断和治疗的潜在工具。本文综述了用于检测外泌体的生物传感器的最新发展, 包括荧光、 电化学、 电化学发光、 表面增强拉曼光谱、 比色法和微流控技术等分析方法; 总结了在临床诊断和疾病治疗中外泌体的临床应用; 还讨论了外泌体检测所面临的挑战以及外泌体在临床诊断和疾病治疗等方面的应用潜力.