细胞外囊泡（EV）参与许多疾病和病理生理过程，已成为肿瘤诊断的潜在生物标志物。然而，EV的有效分离和检测仍然是一大挑战。来自东南大学生物科学与医学工程学院的刘宏、赵超课题组的研究人员在Lab on a Chip杂志（IF 6.914）发表文章，报告了一种新的分离EV的集成芯片ExoIDchip，可以实现EV的高效提取和超灵敏检测并用于肿瘤预测。
图1：该装置的原理和示意图
近几十年来，活组织检查一直是肿瘤诊断的黄金标准。然而，大多数患者已经错过了早期治疗的黄金时间，因为目前一般是通过医学成像手段发现肿瘤后才进行活组织检查，而这时候癌症已经进展到中晚期。为了解决这个问题，基于生物流体（例如细胞外囊泡EV）的生物标记物的分析的液体活组织检查已经用于癌症的早期诊断。包括外泌体和其他囊泡在内的EV由细胞内源性分泌，富含细胞来源的蛋白质、脂质和核酸信息。细胞外囊泡具有生物活性，可以被受体细胞吸收，能实现细胞间的物质和信息传递。此外，肿瘤细胞可以释放携带致癌性生物分子并促进肿瘤转移的EV。因此，EV的定性定量是液体活检中用于癌症的早期诊断、治疗和预后监测的关键。
EV可以直接从各种体液中获得，包括血液、尿液、唾液、腹水和胸腔积液。然而，EV的有效分离和准确定量仍然是一个重大挑战。目前，EV分离技术主要依靠超速离心、基于试剂的沉淀法、亲和层析以及基于大小尺寸的分离法。在这些技术中，超速离心是最流行的分离方法，但其耗时且效率低。基于聚合物的沉淀法经常由于存在许多杂质（例如聚乙二醇PEG）的干扰而影响随后的EV检测。免疫亲和层析获得的EV具有更高的纯度，但纯化过程效率低下使得提取量很低且容易受到污染。基于大小尺寸的过滤、声学或侧向位移的EV分离法由于不需要复杂的仪器并且提取效率高，因此引起了研究人员的关注。膜过滤是分离EV的最直接和最低成本的方法，但它会消耗大量样品。为了克服这些限制，微流体技术已被用于EV的分离和检测，其具有独特的优点，例如高通量、低能耗和功能集成。此外，与基于抗体法的EV检测一起，具有高特异性和高效率的微流体平台促进了即时检验诊断（POCT）和临床环境中液体活检的快速发展。然而，同时实现EV的高效分离和高灵敏度检测仍然难度很大。
在这项研究中，研究人员发明了一种集成的微流控芯片，名为ExoIDChip，用于EV的高效分离和高灵敏度检测。该装置是通过使用双重过滤法分离EV，并通过光子晶体（PC）纳米结构进行高灵敏度检测。通过两个纳米滤膜过滤，研究人员分离出尺寸范围为20至200nm的EV，并在基于尺寸排阻的过滤膜上富集。然后将分离的EV与靶向CD63的过量适体（AptCD63）组合，并通过竞争性免疫测定法定量。在具有荧光增强效应的PC纳米结构的硝酸纤维素膜上检测到过量的AptCD63。由于灵敏度高，EV的检测限可以低至8.9×103 EVs / mL，样品消耗量仅为20μL。最后，研究人员使用ExoID-Chip成功区分了乳腺癌病例和健康对照的血清样品。这些结果证实，ExoIDchip装置能够用于癌症的预测和筛选。
图2：ExoID-Chip提取EV用于肿瘤预测
参考文献：Dong X, Chi J, Zheng L, Ma B, Li Z, Wang S, Zhao C, Liu H. Efficient isolation and sensitive quantification of extracellular vesicles based on an integrated ExoID-Chip using photonic crystals. Lab Chip. 2019 Jul 31. doi: 10.1039/c9lc00445a.
