外泌体（Exosome）在细胞间通讯中起着至关重要的作用，被广泛应用于医学诊断和药物递送领域。传统低温保存策略极易破坏外泌体结构，添加甘油、海藻糖等保护剂虽然在一定程度内稳定蛋白质，但也显著提高后续应用中的免疫原性及生物风险。因此，开发新型封装策略以保护外泌体并延长其低温储存时间成为迫切需求。沸石咪唑酯骨架材料-8（ZIF-8）作为由锌离子与二甲基咪唑组成的MOF材料，凭借高孔隙率、结构稳定性及可变性等特性，已成功作为保护性多孔外壳封装酶、蛋白质等生物制剂。ZIF-8外壳在EDTA等金属螯合剂或弱酸性pH条件下即可“按需”轻松去除，恢复生物制剂活性及功能。
吉林大学生命科学学院李全顺教授团队在Small杂志上发表题为“A Biomimetic Mineralization Strategy for the Long-Term Preservation of Exosomes Through Non-Destructive Encapsulation Within Zeolite Imidazolate Frameworks-8”的论文，报道了一种新型外泌体矿化方式：“SHIELD”，将外泌体原位包封至ZIF-8内部，保护外泌体免受外部环境干扰并显著延长其低温储存时间。脱壳后的外泌体能够保持完整的结构形态和细胞摄取能力，即使在储存一个月后仍可保留76%的原始蛋白质含量。“SHIELD“策略的开发不仅克服了传统外泌体储存方法的缺陷，而且进一步拓宽了ZIF-8和外泌体的生物医学应用范畴。吉林大学生命科学学院李全顺教授和梁骁助理研究员为文章的共同通讯作者，课题组成员博士生贾佳馨与博士生孔德强为共同第一作者。
为实现外泌体的有效封装，研究人员首先优化了ZIF-8的制备比例。当二甲基咪唑与锌离子的浓度比为12：1及24：1时，ZIF-8未形成规则形貌。当二甲基咪唑及锌离子的浓度比为48：1及96：1时，ZIF-8呈正十二面菱形体结构且符合ZIF-8标准晶型。当合成比例为96：1时，ZIF-8氮气吸附曲线呈现II型等温线，表明ZIF-8为微孔及介孔共存体。过大的孔径易出现封装泄露并会削减对外部环境干扰的屏蔽能力，为此选择48：1用于矿化外泌体。
随后，作者采用原位一锅法制备Exosome@ZIF-8。Exosome@ZIF-8呈表面粗糙的多面体结构且矿化过程未影响ZIF-8标准晶型。元素映射结果显示Exosome@ZIF-8内含有Na、O及P等特征元素，证实ZIF-8成功矿化外泌体。热失重结果显示Exosome@ZIF-8在200至600°C间出现由外泌体热降解引起的重量损伤，差值约为8.48%。X射线光电子能谱及傅里叶红外光谱分析均显示Exosome@ZIF-8内新引入代表外泌体表面蛋白质、脂质以及多糖等物质的特征拉伸。此外，Zn与N之间拉伸震动增加同样预示着外泌体表面官能团参与并加强与锌离子间相互作用。由此可见，该策略能够协同整合外部保护及内部支撑以实现对保护平台的启动及搭建。
ZIF-8成功封装外泌体是保护平台搭建的前提，而按需并有效回收外泌体是该平台实施的关键。作者将金属螯合剂EDTA添加至Exosome@ZIF-8以消化裂解ZIF-8外壳，离心超滤回收外泌体。回收的外泌体能够保留基本形貌及标志性蛋白，证实矿化及回收流程未改变外泌体的形貌及生物学特性。随后作者将Exosome@ZIF-8低温储存2周或1个月，以探究该策略的长期储存性能。研究发现，经长期储存后释放的外泌体仍保留原始形貌及粒径大小。此外，释放的外泌体经DID染料标记后仍对HEK293细胞具有良好的转染效果，表明该矿化策略在长期储存下能够保留外泌体入胞等生物学功能。
为确定长期储存对外泌体蛋白质及功能的影响，使用液相色谱-质谱联用方法（LC-MS/MS）进行深度蛋白质组学分析。层次聚类热图分析结果显示，游离外泌体与储存一个月后回收的外泌体相比，差异性表达蛋白为24%，非差异性蛋白为76%。随后，对非差异蛋白基因进行GO本体论功能富集分析，非差异蛋白在外泌体生物功能相关的条目高度富集，预示着长期储存未对外泌体相关蛋白及功能造成显著影响。最后，作者从Exocatra数据库中选取100个外泌体标志性蛋白，除游离外泌体未检测到的14种蛋白外，剩余86种蛋白均被保留。
作者利用仿生矿化策略将外泌体原位包封至ZIF-8内部，以保护其免受恶劣环境影响并有效提高低温储存时间。矿化过程及长期储存未改变外泌体的结构形貌，并极大程度保留外泌体关键蛋白及生物学功能。这种新型矿化策略的开发能有效替代低温长期储运，为极端场景下外泌体的使用，提供可靠的全新方案。
参考文献：
A Biomimetic Mineralization Strategy for the Long-Term Preservation of Exosomes Through Non-Destructive Encapsulation Within Zeolite Imidazolate Frameworks-8, Small, 2025, 2412264.
外泌体资讯网 Small｜吉林大学生命科学学院分子酶学工程教育部重点实验室李全顺/梁骁：仿生矿化介导ZIF-8非破坏性封装，助力外泌体长期保存
