外泌体是细胞主动分泌的尺寸在30-150纳米的囊泡结构，其含有一组源自母细胞的生物分子（核酸，蛋白质，脂质和代谢物），具有独特的生物学功能，可有望作为肿瘤检测、治疗和预后的生物标志物。研究表明，外泌体呈现不同的固有功能特性和分泌成分的异质性。目前，虽然有几种生物分析检测技术可以用来对外泌体进行分析，比如，微流体分析技术，表面增强拉曼散射传感技术，电化学和场效应晶体管分析检测方法，但这些方法使用样本量大，外泌体来自群体细胞，无法区分外泌体表型和细胞间异质性。另外，细胞因子是另一组可以反推细胞种类的细胞标志物。作为信号分子，细胞因子介导和调节人体的免疫、炎症和造血功能。肿瘤本身分泌的细胞因子和癌症-免疫系统相互作用可以在癌症患者体内诱导不同种类的细胞因子。对单一细胞同时进行不同类型外泌体和细胞因子分析，将为研究单细胞异质性和功能精准评估提供新的策略。
近日，山东大学张宇、韩琳和刘宏教授研究团队以“Multi-Phenotypic Exosome Secretion Profiling Microfluidic Platform for Exploring Single-Cell Heterogeneity”为题在国际知名杂志Small Methods发表研究论文（DOI: 10.1002/smtd.202200717），报道了一种用于单细胞异质性分析的多表型外泌体和细胞因子测试分析微流控平台，并对大量单细胞分泌外泌体表型和细胞因子进行分析，建立了一套基于外泌体和细胞因子的单细胞功能亚群分析方法。张宇、韩琳和刘宏教授为论文的共同通讯作者，硕士研究生宋方腾、博士研究生王超为论文共同第一作者。
该平台利用抗体条形码阵列芯片与单细胞微流控生物芯片集成进行不同种类的单细胞外泌体和细胞分泌因子原位检测分析。通过将肿瘤细胞加载到单细胞捕获芯片上，获得上千个单细胞；细胞培养过程中，使用荧光显微镜监测单细胞状态；将空间编码的抗体条形码芯片与单细胞芯片结合，每个微腔覆盖整个抗体条形码阵列，以便能通过不同的抗体条形码捕获微腔中单细胞分泌的不同的外泌体和细胞分泌因子，然后通过免疫反应将其转化为荧光信号，使用荧光扫描仪获得单细胞不同外泌体和细胞分泌因子的数据。通过数据筛选与匹配，获得了数千个单细胞的外泌体分泌数据，使用人工智能无监督聚类分析方法结合数据结构与数据差异研究单细胞功能性异质亚群。该研究成果将为生物医学和临床研究领域提供一种有价值的通用单细胞分析平台。
图1. 单细胞外泌体分析与基于外泌体的单细胞异质性分析。
该研究得到了山东省重大科技创新专项（2021CXGC010603）、国家自然科学基金（Grant No. 62174101, 32001018）、山东大学基本科研基金（2020QNQT001）、山东省高校生物诊断治疗技术与装备协同创新中心资助。感谢山东大学微生物技术国家重点实验室李晓菊对TEM的协助。
参考文献：Multi-Phenotypic Exosome Secretion Profiling Microfluidic Platform for Exploring Single-Cell Heterogeneity Small Methods. 2022 July 2200717. doi: 10.1002/smtd.202200717.通讯作者简介张宇，山东大学/耶鲁大学联合培养博士，副教授，博士生导师，长期从事先进材料、器件和装备（如：新型二维材料和器件，GaN材料和器件，微流控芯片及其装备）的研发和产业化工作,主持和参与国、省、市科研和产业化基金10余项，包含国家重点研发计划项目,自然基金项目，产业化项目,校企合作项目等。发表学术论文70余篇,包括Small methods，Advanced materials, Analytical Chemistry等。在国内国际会议上做口头报告或张贴报告30余次。申请国际和中国发明专利80余项,，已授权30余项，实施科技成果转化项目4项。通讯作者简介韩琳，山东大学海洋研究院教授，博士生导师，山东大学杰出中青年学者，山东大学齐鲁青年学者，山东省杰出青年基金获得者。主要从事微电子与生物医学或海洋环境交叉领域的研究，目前承担国家自然基金青年项目、国家重点研发计划（课题负责人）、山东省杰出青年基金、山东省重大科技创新项目课题等多项科研项目，2019年作为负责人获得山东大学青年交叉科学创新群体项目支持。近4年在包括Small，Nanoscale, Npj 2D Materials and Applications, Small methods等的国际期刊发表论文40余篇，申请美国专利9项，中国专利60余项，国际专利2项，其中授权美国专利4项，有关成果进行了多项成果转让转化。通讯作者简介刘宏，山东大学晶体材料国家重点实验室，教授，博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者。中国硅酸盐学会晶体生长分会理事，中国光学学会材料专业委员会会员理事，中国材料研究学会纳米材料与器件分会理事。主要研究方向：组织工程与干细胞分化、生物传感与体外诊断、光电材料与纳米能源等。十年来，主持了包括十五、十一五、十二五863、十三五国家重点研发项目和自然基金重点项目在内的十余项国家级科研项目，取得了重要进展。2004至今，在包括Adv. Mater., Nano Letters，ACS Nano，J. Am. Chem. Soc, Adv. Fun. Mater，Envir. Eng. Sci.,等学术期刊上发表SCI文章400余篇，其中，影响因子大于10的超过110篇，个人文章总被引次数超过23000次，H因子为72，40余篇文章被Web of Science的ESI选为高被引用论文，文章入选2013年中国百篇最具影响国际学术论文、2015和2019年度进入英国皇家化学会期刊“Top 1%高被引中国作者”榜单。2018、2019、2020连续三年被科睿唯安评选为“全球高被引科学家”。应邀在化学顶尖期刊Chemical Society Review和材料顶尖期刊Advanced Materials和Advanced Energy Materials上发表综述性学术论文，在国际上产生重要影响。授权专利40余项，有关生化传感器研究在山东大学进行了千万元成果转让，与企业合作进行产业化生产。2019年获山东省自然科学奖一等奖。
外泌体资讯网 Small Methods | 山东大学张宇、韩琳、刘宏团队: 多表型外泌体分析微流控平台揭示单细胞异质性
