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    技术测评 :外泌体研究领域有哪种方法可能取代超速离心?

    技术测评 :外泌体研究领域有哪种方法可能取代超速离心?

    【概要描述】细数近几年的研究热点 ,最火爆的莫过于外泌体 。外泌体相关国自然基金支持力度也逐年上涨 ,2019年更是达到了2.54亿元 ,较去年增长44.5%(图1) 。

    技术测评 :外泌体研究领域有哪种方法可能取代超速离心?

    【概要描述】细数近几年的研究热点 ,最火爆的莫过于外泌体 。外泌体相关国自然基金支持力度也逐年上涨 ,2019年更是达到了2.54亿元 ,较去年增长44.5%(图1) 。

    • 分类 :腾博会官网视角
    • 作者 :腾博会官网生物
    • 来源 :
    • 发布时间 :2022-05-24 10:35
    • 访问量 :
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    细数近几年的研究热点 ,最火爆的莫过于外泌体 。外泌体相关国自然基金支持力度也逐年上涨 ,2019年更是达到了2.54亿元 ,较去年增长44.5%(图1) 。

     

    图1 历年国自然支持的外泌体研究基金

     

    外泌体分离是外泌体研究的第一步 ,也是至关重要的一步 。只有得到高纯度有活性的外泌体 ,才能在下游功能和内容物分析中获得准确数据 。然而 ,目前国际上还没有特别完美的分离方法 。

    两步超速离心(UC)分离法(图2) ,是由法国居里研究院的Théry博士提出的 ,利用外泌体的理化性质分离外泌体的技术 ,该方法是目前最为经典的外泌体分离方法 ,也是文献报道最多的分离方法 。

    图片图2 超速离心法提取外泌体的实验流程示意图 

    (Théry, C. et al. Curr Protoc Cell Biol  ,2006)

     

    然而 ,UC分离方法过程繁琐 、耗时耗力 。同时 ,UC分离方法 ,对操作人员经验依赖性很强(相信很多人都有使用UC的痛苦回忆) ,导致实验结果重复性很差 。诸多因素限制了UC方法在外泌体生产和临床上的应用 。除此之外 ,UC方法从技术原理上还有一些更为致命的缺点 ,让我们通过技术文献的报道进行全面了解 :

     

    |   UC缺陷一 :外泌体回收率低

     

    图片

    为了验证UC分离外泌体的效率 ,研究人员将收集沉淀后的上清继续UC ,如是四次 ,每次离心力为120,000 xg ,离心时间为1h 。经Western blot检测 ,在重复UC后的沉淀中 ,CD63和TSG101的检测值基本相同 ,并无下降趋势(红色方框) 。说明超离后的上清中仍含有大量外泌体 ,揭示了UC方法分离外泌体效率低 ,回收率低的问题 。

     

    |   UC缺陷二 :引起外泌体聚集并破坏其完整性

    越来越多的证据表明 ,超高的速度离心会对外泌体的完整性产生负面影响 :UC可能导致样本中外泌体与其他非晶颗粒的聚集和共沉淀 ,甚至导致外泌体的破裂或与污染物以及其他蛋白质融合 ,影响外泌体的物理性质和下游分析 。

    免疫电镜下 ,观测到免疫胶体金标记(CD41)的超离后

    得到的外泌体发生聚集现象 。右图为左图白色方框放大后

    的景象 ,大量具有典型茶托状结构的外泌体聚集在一起 。

     

    |   UC缺陷三 :无法有效去除高峰度脂蛋白

    研究人员对滑膜液经过相同的预处理后 ,分别使用超离(UC) 、密度梯度离心(DGC)和尺寸排阻进行外泌体的分离 。并通过WB 、TEM对其进行鉴定分析 。发现通过等蛋白质量的WB成像后 ,UC和DGC分离的外泌体的HDL标志物 apoa-1以及血清白蛋白(albumin)的条带清晰可见 ,说明这两种方法无法去除HDL和血清白蛋白 。电镜图像显示 ,超离后的背景较差 ,且发生外泌体与小颗粒非晶物质的聚集(红色圆圈) 。UC无法有效去除脂蛋白 ,对于下游的蛋白组学质谱实验将是灾难 。图片图片

    看完上述分析 ,想必大家都会对超离有种“累觉不爱”的心情 。

    所以 ,亟需一种新的方法帮助外泌体科研人员走出困境 。经过腾博会官网生物的长期探索 ,终于在查阅大量文献和研发摸索后 ,找到了这种方法——尺寸排阻色谱法(Size-exclusion chromatography ,SEC) 。

    SEC是将具有特定孔径的多孔聚合物填充在分离柱中 。当含有外泌体的样本在重力作用下流经填充物时 ,粒径小于微球孔径的物质会进入到孔隙之中 ,被暂时捕获 。而大于孔径的物质(如外泌体)则不会进入孔隙 ,更快的被洗脱出来 ,从而实现外泌体的分离纯化 。

     

    根据ISEV(国际胞外囊泡协会)开发的数据库EV-TRACK统计 ,2017年 ,使用基于SEC方法分离外泌体的文章数量位居第二 ,仅次于超离 。

     

    (Marta Monguió-Tortajada , et al. CMLS, 2019)

    可见SEC方法已经得到越来越广泛的认可 。那么是什么原因 ,让这种方法获得如此高关注呢?下面我们通过文献和数据对比 ,向大家一一呈现 。

     
     

    |   SEC优势一 :杂蛋白去除率高 ,纯度高

     

    图片

    研究人员对比了SEC和UC分离外泌体的纯度 ,使用ELISA试剂盒分析了分离后的外泌体中铁蛋白复合物的污染情况 ,发现SEC与UC相比 ,该蛋白的丰度降低了100倍 。经过进一步的蛋白组学分析 ,发现两种方法都能够很好的匹配外泌体相关蛋白 ,但是UC制备外泌体中含有大量独特的图谱蛋白 。表明SEC分离的外泌体具有更高的纯度 。

     

    |   SEC优势二 :外泌体结构完整 ,功能活性高

     

    该实验基于CPC(心肌祖细胞)衍生的外泌体通过诱导ERK磷酸化 ,激活 MAPK1/2-ERK1/2通路 ,进而刺激人微血管内皮细胞(HMECs)迁移 ,这样一个前提 。研究人员分别使用UC和SEC分离CPC培养上清中的外泌体 ,刺激HMECs ,通过比较外泌体刺激后的pERK / ERK ,分析两种方法所得外泌体在功能活性上的差异 。

    在之后的实验中 ,实验人员先是分析了相同总蛋白质量下的Western Blot结果 ,通过对比 ,SEC制备外泌体的pERK / ERK比UC更高 ,两个蛋白质量下的两次重复结果相同 。但是考虑到可能SEC方法制备的外泌体纯度更高 ,相同蛋白质量内含有的外泌体更多 ,从而pERK/ERK更大 。于是研究人员又进行了相同总粒子数下的pERK/ERK对比 ,结果相同 。表明SEC制备外泌体具有更高的活性 ,更适合进行功能学研究 。

    做外泌体功能实验屡次失败的小伙伴仿佛看到了希望的曙光了 ! !

     

    |   SEC优势三 :操作简便 ,耗时短 ,重复性高

    超离饱受诟病的另一个问题是 ,UC的重现性差且耗时长 ,需要操作人员有一定的经验和技巧 。相对于超离 ,SEC的操作则简单很多 ,只需按要求收集相应组分的溶液 ,即可获得纯度较高的外泌体 ,无需掌握特殊技巧 ,重复性高 。而且SEC耗时方面也有明显的优势 ,只需15~20min即可完成外泌体的分离工作 。

     

    UC和SEC操作难度及耗时对比图

    在2019年刊登于Cellular and Molecular Life Sciences的一篇综述中 ,作者通过将指标量化打分的形式 ,来评估目前所有的外泌体分离方法 ,最终SEC的综合得分最高(28分) ,在纯度 、得率 、功能活性 、成本以及易用性等方面都优于得分为21分的UC 。

     

     

    外泌体分离方法对比

     

    综上所述 ,SEC在方方面面都有着取代UC的潜力 ,有望成为下一个外泌体分离方法的主流 ,让我们拭目以待 !

    那么 ,问题来了 ,在哪能够买到SEC呢?

    腾博会官网生物技术人员也是操碎了心 ,专门从新西兰的IZON公司引进了qEV外泌体分离柱(SEC)系列产品 ,以满足中国科研人员的多元化需求 。

    根据样品体积和理化性质的不同 ,qEV共分为5个产品类型 ,可兼容血浆 、血清 、胸水 、腹水 、脑脊液和尿液等多种样本类型 。其中qEVoriginal为最常用类型 ,而qEV100是新上市产品 ,上样量100mL ,可满足体积大浓度低的样本 ,如细胞培养上清和尿液等 。

     

    根据下游分析对外泌体纯度和浓度的不同需求 ,每个类型的分离柱又分为35nm和70nm两种规格 ,用户可根据自身需求选择 。对比图如下 :

     

    除了分离柱 ,还有配套的分离柱支架 ,以及自动组分收集器(AFC) ,供客户选购 。

     

    AFC(Automatic Fraction Collector)是IZON自主研发的外泌体自动收集装置 ,是qEV平台的一项重大改进 ,实现了自动化智能化分离外泌体 。具有以下优势 :

    ●   高效性 :可同时批量处理多个样本 。

    ●   易操作 :通过触控屏操作 ,设定简单易懂 ,机身轻巧 。

    ●   高精度 :精确测量每个液滴的重量 。

    ●   自动化 :自动收集外泌体 ,并通过LED氛围灯实时反馈信息 。

            此外 ,收集到外泌体后 ,我们不得不对外泌体的质量进行快速评估 ,这就需要介绍另外一款神器 ,基于TRPS技术的qNano纳米粒子分析仪 。TRPS技术可以在几分钟内完成1例外泌体样品的粒径 、粒子数 、zeta电位等信息的记录与分析 ,是SEC下游的理想技术 ,技术优势横扫目前的NTA技术 。

     

    关于qNano这款神器的介绍 ,请听下回分解哦 ! !

    腾博会官网生物作为新西兰IZON在中国的特约合作伙伴和示范实验室 ,还可以为您提供基于SEC和TRPS技术的外泌体研究技术服务 ,协助您用最小的成本体验到SEC和TRPS技术的魅力 。

     

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