心脏氧化应激是心肌梗死疾病的重要表型，是全球健康威胁的主要原因, 迫切需要新的治疗方法。基于纳米级细胞外囊泡（Nanosized extracellular vesicle, nEVs）（或外泌体）的疗法显示出潜在前景。为了评估nEVs的治疗潜力，建立高效、动态和长期的体外检测和定量评估技术平台，用于实时和无标记地监测nEVs治疗氧化应激损伤的效果至关重要。尽管通过表面等离子体共振技术等可以无标记监测细胞对nEVs的摄取，但实时、长期监测心肌细胞对nEVs的响应仍然是一个挑战。
近日，浙江大学杭州国际科创中心徐李舟研究员和浙江大学化学系胡宁研究员团队合作，自主研发了一种基于微电极阵列的心肌细胞生物传感系统，用于实时、无标记地感知纳米囊泡和纳米囊泡驱动治疗的长期效果评估。相关成果以“Dynamic and Label-Free Sensing of Cardiomyocyte Responses to Nanosized Vesicles for Cardiac Oxidative Stress Injury Therapy“为题在Nano Letters上发表（DOI：10.1021/acs.nanolett.3c03892）。
研究团队通过在高通量微电极阵列器件中培养原代心肌细胞，并分别用来自不同物种的多种纳米囊泡进行处理，随后通过自主研发的电生理信号采集系统进行长期、稳定的胞外局部场电位信号检测和解码分析，揭示了纳米囊泡摄入介导的动态细胞响应。
图1 系统示意图
研究团队为全面研究心肌细胞对纳米囊泡的摄取和感知响应，利用超高速离心方法提取了大肠杆菌、栀子花、HEK293细胞和间充质干细胞衍生的纳米囊泡，并通过NTA、WB、TEM进行了表征鉴定。此外，免疫荧光结果证实纳米囊泡被心肌细胞所摄取，为利用基于微电极阵列的心肌细胞生物传感系统对纳米囊泡的长期和动态的监测奠定了基础。
图2 基于微电极阵列的心肌细胞生物传感系统开发与表征
- coli-nEVs和gardenia-nEVs诱导心肌细胞发生严重的阵发性颤动，突显了与MSC-nEVs相比独特的生化通信机制。通过主成分分析，进一步确定了不同纳米囊泡之间的差异和相关性，表明来自不同物种的纳米囊泡可能通过胞吞、膜融合等机制进入心肌细胞，引发排斥反应。与此同时，MSC-nEVs治疗显示出在改善H2O2诱导引起的氧化应激损伤方面的潜力，而不会引发心律失常等并发症。
图3 纳米囊泡表征鉴定及心肌细胞摄取后电生理信号检测
浙江大学杭州国际科创中心博士后秦春莲为文章的第一作者，浙江大学杭州国际科创中心徐李舟研究员、浙江大学化学系胡宁教授为通讯作者, 该工作得到了国家自然科学基金、浙江省自然科学基金和中国博士后科学基金的支持。
如果您想了解关于徐李舟研究员更多信息欢迎关注：https://hic.zju.edu.cn/2022/1102/c72951a2664732/page.htm；如果您想了解关于胡宁研究员更多信息欢迎关注：https://person.zju.edu.cn/zjuhuning。
参考文献：
Dynamic and Label-Free Sensing of Cardiomyocyte Responses to Nanosized Vesicles for Cardiac Oxidative Stress Injury Therapy. Nano Letters, 2023. doi: 10.1021/acs.nanolett.3c03892
外泌体资讯网 Nano Letters|浙江大学徐李舟/胡宁团队：心肌细胞对纳米囊泡响应的动态和无标记传感及其在心脏氧化应激损伤治疗中的应用
