近二十年来，细胞外囊泡（EVs）凭借其在细胞间信息传递方面的重要作用，成功吸引了科研界的广泛关注。作为细胞间信息交流的 “使者”，EVs 的表面和内部携带了大量源自亲本细胞的蛋白质，这些蛋白质种类繁多，包括受体、酶，以及能够直接调控靶细胞功能的信号分子等。深入分析 EVs 的蛋白质组成，不仅有助于我们揭开其神秘的生物学功能面纱，还为创新疾病诊断策略和治疗方法的开发提供了宝贵的线索和方向。
然而，在 EVs 研究的道路上，我们也面临着一个棘手的问题：EVs 携带的蛋白质丰度差异显著，尤其是低丰度蛋白质的检测，如同在茫茫大海中寻找一根针，难度极大，这也使得关键的蛋白质组学信息常常在不经意间丢失。
在实际的科研探索和临床应用中，我们常常会遇到一些特殊的样本，如脑脊液、胸腔积液和类器官培养液等。这些样本虽然体积微小，但却蕴含着巨大的价值。更具挑战性的是，在这些小体积的生物流体中，EVs 的含量少之又少，这无疑对后续的分析工作提出了更高的要求。如何高效地从少量生物体液中分离出 EVs，并准确、有效地获取 EVs 的蛋白质信息，成为了横亘在科研人员面前亟待解决的关键问题。
针对以上问题，东南大学谢卓颖教授团队在ACS Nano杂志上发表题为“Surface Double Dendritic Magnetic Microfibrils for Rapid Isolation and Proteomic Profiling of Extracellular Vesicles from Microliters of Biofluids”的论文，主要介绍了一种基于表面双重树枝状磁性微纤维的质谱蛋白质组分析集成处理平台，该平台能够快速高效地从微小的生物体液中分离EV并促进EV蛋白的消化。 第一作者为东南大学博士生常文亚，通讯作者东南大学谢卓颖教授。
研究人员先是利用磁场的神奇力量，诱导磁性纳米粒子定向自组装，形成了一维线性磁纤维。紧接着，在磁纤维的表面原位生长出具有独特树枝状介孔结构的硅壳。随后，通过四步反应过程的循环接枝树枝状分子，这种双重树枝化的精妙设计，为功能基团的偶联提供了大量的活性位点，最终形成了具备高密度 EVs 捕获抓手的fDDMMs。
图 1 功能化双重树枝状磁纤维的制备示意图
在充分验证了 fDDMMs 捕获 EVs 的可行性和特异性后，研究人员进行了概念验证实验。他们将 fDDMMs 分散在仅仅 10 μL 的微液滴中，用来富集并分析 1μL 血浆中的EVs中蛋白质。令人惊喜的是，分散在液滴微阵列中的 fDDMMs 就像一位全能选手，不仅能高效地作为 EV 捕获载体，还能化身为微搅拌器，极大地缩短了从 EVs 捕获到 EVs 蛋白裂解、酶解消化的时间，让蛋白质组学样品制备过程变得更加简单快捷。
图 2. fDDMMs捕获1 μL 血浆中EVs蛋白质组学分析
图3 肿瘤类器官培养液中EVs 蛋白质组学分析
不仅如此，研究人员还利用这一创新方法，从 100 μL 经奥沙利铂处理的类肿瘤细胞培养液中成功鉴定出了超过 1000 种 EVs 相关蛋白。通过对比分析使用和未使用抗肿瘤药物奥沙利铂治疗的 100 μL 肿瘤类器官培养基中胞外囊泡的蛋白质差异表达，清晰地揭示了肿瘤类器官中的分子变化，有力地证实了奥沙利铂诱导肿瘤细胞死亡的机制-通过抑制 DNA 复制和转录来实现。
总之，所开发的多功能 fDDMMs，集成了高密度捕获抓手和动态磁驱动混合的显著优势。与传统的磁性纳米颗粒相比，fDDMMs 展现出了诸多独特的多功能特性。首先，其高密度的捕获抓手就像一个个强力吸盘，显著提升了作为 EV 高效分离载体的能力；其次，fDDMMs 就如同一个小巧灵活的搅拌棒，能够有效促进液滴内的传质与界面碰撞，大大提高了从微量生物流体中分离 EVs 的效率；最后，fDDMMs 不仅能高效捕获 EV，还能加速酶消化过程，极大地简化并加快了蛋白质组学预处理流程。fDDMMs为微量临床体液 EV 的蛋白质组学研究开创了全新的范式，有力地推动了基于 EV 的液体活检在临床领域的发展，为利用单一类器官实现快速、无创、个体化诊断罕见病以及个体化医学阶段特异性监测提供了极具前景的新方法。
参考文献：
Surface Double Dendritic Magnetic Microfibrils for Rapid Isolation and Proteomic Profiling of Extracellular Vesicles from Microliters of Biofluids. ACS Nano, 2025, Feb https://doi.org/10.1021/acsnano.4c18711.
外泌体资讯网 ACS Nano｜东南大学谢卓颖：开发一种基于功能化双重树枝状磁纤维用于快速分离微量生物体液中胞外囊泡与蛋白质组学的分析平台
