近日，一项新的微流控技术在从人体血液中提取微小细胞外囊泡（sEVs）方面取得了重要突破。这项研究由瑞士苏黎世联邦理工学院的科学家们领导，他们开发了一种简单的基于粘弹性的微流控平台，能够高效、无标记地从人体血液中分离出sEVs。该方法具有出色的分离效果，并且与超速离心相比，能够显著增加sEVs的产量。在临床实用性方面，研究团队从癌症患者和健康供体的血样中分离出sEVs，并证明了癌症患者的血液中存在较高的sEVs浓度。相关内容以“Direct isolation of small extracellular vesicles from human blood using viscoelastic microfluidics”为题发表于10月6日国际知名学术期刊Science Advances上。
细胞外囊泡（EVs）存在于所有种类的体液中，包括血液、唾液和尿液。它们是一类由细胞产生的异质性的基于脂质的囊泡，含有生物活性的载荷，如核酸、蛋白质和代谢物，并根据其大小通常被分为三个亚型：小型（sEVs；<200nm）、中型（mEVs；200到800nm）和大型（lEVs；>800nm）EVs。sEVs存在于所有体液中，因此作为非侵入性诊断和预后生物标志物的优秀来源。然而，传统的sEVs分离方法，如超速离心、梯度离心/或微滤离心，存在一系列限制，包括处理时间长、产量低（5-40%）、分离的sEVs完整性低以及设备成本高。在过去的十年里，由于微流体技术具有精确和可控地操作微米和纳米级物体的能力，它们越来越被用作sEV处理和分离的基本工具。根据分离方式，sEV分离的微流体策略可以被分类为被动或主动的方式。被动的分离方法不需要施加外部力，而是通过使用尺寸相关的流体动力学力或复杂的通道结构（如纳米孔膜和纳米柱阵列）来分离sEVs。相反，主动分离方法需要施加外部力场，最常见的是声学、电场和磁场来操纵sEVs。主动微流体方法已成功用于分离来源于血液的sEVs，并具有高分离效率。通过基于芯片的电泳技术，科学家已经成功地从全血中捕获了尺寸小于500纳米的sEVs，并随后进行了芯片上的免疫荧光测定以检测捕获的sEVs。虽然该方法能够分离sEVs，但不能在较长时间内分离sEVs，因为电极阵列上捕获的sEVs数量随时间增加，导致分离效率降低。功能化抗体的磁性Fe3O4纳米颗粒可以从全血中捕获sEVs，虽然能够分离源自胰腺癌的外泌体，但免疫捕获分离涉及抗体修饰和偶联步骤，需要额外的步骤来从功能化表面释放完整的sEVs，因此在临床环境中难以执行。被动微流体系统，结合物理过滤，也已成功用于从全血中分离sEVs。例如多层膜集成的微流体装置，能够从少量全血中分离sEVs（<200纳米），其中聚碳酸酯膜用于通过搅拌增强过滤来分离sEVs。尽管该方法有用，但复杂的多层设备结构和需要气动驱动的“微型搅拌器”（防止设备堵塞）显著限制了其广泛的适用性。在临床环境中，迫切需要开发廉价、简便操作、无需专业技能、涉及最少样本处理、并能提供高分离纯度和回收率、以及具有一致性和可重复性结果的外泌体（或EV）分离系统。从全血中分离sEVs的被动微流体方法在成本、易用性和可重复性方面表现出明显的优势，但它们并非没有局限性。例如，基于过滤的平台容易受到膜阻塞的影响，而其他基于惯性和粘弹微流体的被动技术在回收率和纯度方面表现更优。在临床背景下，迫切需要高效、简单和低成本的微流体工具，能够以迅速、可重复和高效的方式从全血中分离sEVs。该研究团队利用微流控技术开发了一种基于粘弹性的微流控装置，能够高效地从人体血液中提取sEVs。该综合系统包括两个模块：细胞去除模块和sEV分离模块。在第一个模块中，特别是白细胞（WBCs）、红细胞（RBCs）和血小板（PLTs）等微米级的血液成分被有效地从血液样本中去除。随后 “无细胞”的血液被顺畅地引入第二个模块，其中sEVs与其他EV亚组分离和分离。研究结果显示，该装置的分离性能优异，从全血中分离出的荧光标记的sEVs纯度和回收率分别达到97%和87%。与传统的超速离心法（UC）相比，该微流控方法提高了sEVs的产量，并且经过蛋白质组学分析，两种方法提取的sEVs的蛋白质组成相似。为了验证该技术在临床应用中的实用性，研究团队从20名癌症患者和20名健康捐赠者的血样中提取了sEVs，并将其浓度和大小与通过金标准超速离心获得的数据进行比较。结果显示，癌症患者的血液中sEVs的浓度明显高于健康捐赠者。这项研究的突破为sEVs的提取和应用提供了新的解决方案。该技术具有简单、高效、无标记的特点，有望在临床诊断和治疗中发挥重要作用。未来，研究团队将进一步完善该技术，并探索其在其他疾病的应用潜力。该研究成果发表在《科学进展》杂志上，为小细胞外囊泡的研究和应用领域带来了新的希望。这项技术的成功开发将有助于加深对sEVs的理解，并为临床医学提供更准确、便捷的诊断和治疗手段。参考文献：Direct isolation of small extracellular vesicles from human blood using viscoelastic microfluidics. Science Advances, 2023, 9(41): eadi5296.外泌体资讯网 Sci Adv丨新微流控技术实现从人体血液中高效提取小细胞外囊泡
