什么是外泌体?外泌体粒径分析手段如何选择?
外泌体是包含了复杂RNA和蛋白质的小膜泡,是细胞间信号传输的载体。多种细胞在正常及病理状态下均可分泌外泌体,它们广泛存在于血液、唾液、尿液、脑脊液和乳汁等体液中,参与细胞间通讯。近年来,外泌体的研究热度持续攀升,在2019年国家自然科学基金获批项目中,外泌体研究相关项目的总数突破500个,立项的总金额突破2亿元。由于外泌体的尺寸很小仅为30~200 nm,目前很少有技术能够在单个外泌体水平同时提供物理表征和蛋白表型分析。
测量外泌体的粒径分布一直以来都是外泌体表征的重要组成部分。但是由于外泌体的尺寸仅为30~200 nm,所以必须借助一些特殊的检测手段才能够对这种在光学显微镜下不可视的颗粒进行观测。本篇就外泌体粒径测量技术的发展进行简述,并对不同技术的差异进行比较。 电镜技术
在外泌体发现的早期,由于还没有专门针对这类尺寸颗粒的分析方法,因此直接在电镜下面观察粒径并统计成为了早的外泌体粒径统计方法。但是这种方法费时费力,且通量低,在面对临床和科研中的大量样本时显得十分无力。
文献中外泌体在电镜TEM模式下的经典形态动态光散射技术 & 纳米粒子跟踪分析技术
由于外泌体与材料学所合成的脂质体在形态上十分相似,因此用于脂质体表征的动态光散射技术(DLS)便被应用于外泌体的尺寸测量上。DLS利用光射到远小于其波长的小颗粒上时会产生瑞利散射现象,通过观察散射光的强度随时间的变化推算出溶液中颗粒的大小。但是这种技术会受到测量物质的颜色、电性、磁性等理化特性的影响,并且对于灰尘和杂质十分敏感。因此使得DLS在测量尺寸较小的粒子时,测量出的粒径与实际的分布具有较大的偏差。
为了弥补DLS的短板,纳米粒子跟踪分析(NTA)技术孕育而生。这种技术采用激光散射显微成像技术,用于记录纳米粒子在溶液中的布朗运动轨迹,并通过Stokes-Einstein方程推算粒子大小。这种技术能够对30~1000 nm的粒径进行测量,因此能够提供更为精确地粒径数据。在诸多文献的测试中均取得了较DLS更好的精度,因此成为目前为主流的外泌体尺寸测量手段。
NTA技术的工作原理与DLS技术在测量不同尺寸纳米球的数据对比。可见相比于DLS,NTA测量的粒径分布更为精确。
虽然NTA取得了比DLS 更高的精准性,但是随着外泌体研究的深入,其局限性也十分明显。首先NTA仅能够测量溶液中颗粒的平均粒径尺寸,但是NTA无法分辨其中的外泌体、囊泡、脂蛋白,也不能区别不同源性的外泌体。这直接限制了外泌体粒径表征的意义,使得研究者很难探究外泌体尺寸与外泌体来源之间的关系。另外NTA本身对于测试时的温度、浓度和校准都有着较高要求,因此使得NTA在测试较小的粒子时其精度仍不能达到令人满意的效果,其测试结果却仍与电镜、AFM等成像技术所观测到的粒径存在着明显差异。
外泌体在TEM下的成像及粒径统计与NTA测量的结果对比。可见NTA测量到的粒径要比TEM直接测量的结果大50~100 nm单粒子干涉反射成像技术
为了解决上述在实际测试中的问题,一种新型的单粒子干涉反射成像传感器(SP-IRIS)技术孕育而生。这种技术摒弃了布朗运动轨迹追踪方法,通过基底与颗粒形成的相干光进行成像,通过成像后的亮度来直接计算纳米粒子的大小。从而避免了NTA测量粒径轨迹误差大的短板,拥有更高的灵敏度和精度,即使对于NTA无法区分的40 nm与70 nm的粒子混合溶液也依然能够取得很好的分辨率。
SP-IRIS的原理及芯片微阵列打印的成像效果和对混合不同粒径小球的区分效果。可见SP-IRIS技术拥有更高的测试通量和测量精度。
得益于这种高精度测量方法,越来越多的研究者终于能够测量到与电镜直接观测相当的粒径。这种优势所带来的效果不单单是能够让TEM的数据与纳米粒子表征的数据更为一致,同时还能够表征不同来源的外泌体之间的粒径差异。
SP-IRIS、NTA和TEM统计同一样品时所测量的粒径分布。
SP-IRIS在测量不同尺寸的外泌体时,测量的粒径与TEM的尺寸统计基本一致,而NTA统计的粒径则比TEM大约50 nm。此外SP-IRIS技术还能够提供不同来源外泌体的尺寸差异,能够看出CD9来源的外泌体要比其它来源的外泌体大~10 nm。
SP-IRIS的另一个优势在于能够更换激光源的波长,因此除了能够实现外泌体的形貌成像外,还能够实现单外泌体 的荧光成像。使得单外泌体的荧光共定位成为可能,研究者通过这种单外泌体荧光成像能够研究单外泌体的表型、载物、来源等生物信息。
使用SP-IRIS 对受伤组和对照组小鼠不同时间点的血清CD9、CD81来源外泌体的分泌量监测。可以看到CD81来源的外泌体的分泌量呈现先增加后减少的趋势,而CD9来源的外泌体分泌量则一直在增加。
综上所述,由于SP-IRIS技术的高精度、高灵敏度、可做单外泌体荧光成像的优势,目前有越来越多的学者开始对比NTA技术和SP-SPIS技术,其结果均认为SP-SPIS技术测试的效果要明显优于NTA,这其中也不乏Cell等高水平期刊。相信在不久的将来,SP-IRIS技术将会越来越普及,为研究者研究外泌体打开新的大门。 参考文献
[1]. Ayuko Hoshino, et al, Extracellular Vesicle and Particle Biomarkers Define Multiple Human Cancers,cell, 2020, 182, 1–18.
[2]. Oguzhan Avci, et al., Interferometric Reflectance Imaging Sensor (IRIS)—A Platform Technology for Multiplexed Diagnostics and Digital Detection, Sensors 2015, 15, 17649-17665.
[3]. George G. Daaboul, et al, Digital Detection of Exosomes by Interferometric Imaging, Scientific Reports,6, 37246.
[4]. Federica Collino, et al, Extracellular Vesicles Derived from Induced Pluripotent Stem Cells Promote Renoprotection in Acute Kidney Injury Model, Cells 2020, 9, 453.
[5]. Daniel Bachurski, et al, Extracellular vesicle measurements with nanoparticle tracking analysis – An accuracy and repeatability comparison between NanoSight NS300 and ZetaView, JOURNAL OF EXTRACELLULAR VESICLES 2019, 8, 1596016.
[6]. Robert D. Boyd, et al, New approach to inter-technique comparisons for nanoparticle size measurements; using atomic force microscopy, nanoparticle tracking analysis and dynamic light scattering, Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects 387,2011, 35– 42. 技术及设备咨询
Nanoview所开发的全自动外泌体荧光检测分析系统,基于SP-SPIS单粒子干涉反射成像技术,是一款无需纯化的、全自动的外泌体表征设备。该设备能够提供全方位的外泌体表征信息,包括颗粒大小、计数、表型与生物标志物共定位等,提供多层次和全面的外泌体测量解决方案,并允许研究者直接分析特定群体的外泌体或外囊泡。通过ExoView芯片,客户能够直接分析9个不同的样本,节省成本、时间,并减少纯化所带来的偏差。
为了更好的服务中国客户,Quantum Design中国子公司在北京建立了专业的客户服务中心,正式推出专业的全方位外泌体表征测试服务,您只需要少量样品即可获得全方位的外泌体表征数据:
全方位外泌体表征
如果您对SP-SPIS单粒子干涉反射成像技术或者相关设备感兴趣,欢迎私信或点击下方链接联系我们!
Quantum Design-全自动外泌体荧光检测分析系统
奇幻童话给人更多的遐想这本书的核心是敦煌壁画世界。在看这本书的时候,我总是能在不同的时刻联想起同一类画面就是在开封的清明上河园里旅游时走马观花的种种。除了惊险程度略有不同,一切都太相似了!清明上河园和敦
解决人生问题的首要方案,乃是自律,77个骂你自律成长的句子你有多自律,就有多自由1。吃不了自律的苦,就要受平庸的罪2。人的一切痛苦,本质上都是对自己无能的愤怒3。所谓自律,就是以积极的主动4。所谓自律,是以积极而主动的态度,去解决人生痛苦
孩子消化吸收差?圣元我的天使益生菌果蔬奶粉守护肠胃健康近年来,伴随着益生菌群的多样功效逐步被发现,益生菌奶粉市场强势高增。肠道是人体非常重要的免疫器官之一,不少孩子在成长过程中遇到消化吸收差便便不正常肚子胀气之类情况,多数是因为肠道消
从绘本过渡到文字书,教你几个给一二年级孩子选书的基本原则前几天,看到一个家长的提问有什么适合推荐给一二年级孩子的桥梁书(从绘本过渡到文字),或纯文字书?我最近正好在研究儿童文学,以及如何教孩子正确阅读,顺道来分享下给低年级孩子挑书的基本
孩子有中耳炎,该怎么治疗?儿童患者由于免疫系统发育不完善,自身抵抗力较弱,极易受到疾病的侵袭,中耳炎也因此成为儿童中频繁发生的一种耳病。有些家长朋友想问孩子患有中耳炎后该怎么治疗呢?孩子有中耳炎,应使用抗生
日行8000步是个关键节点,6种慢病风险明显降低世界卫生组织认为,走路是最好的运动之一,它简单方便,老少皆宜,只要穿上运动鞋就能随时锻炼起来。近期,有研究发现,每天走够了一定的步数能降低多种慢病风险,也就是说,你的每一步都在为健
周丽娜多种方式激励主播成长,推动主播职业化发展路径中新经纬11月10日电(薛宇飞)近日,由中国政法大学文化娱乐法治研究中心主办的科学认识直播打赏促进行业健康发展研讨会在京举行。会上,中国传媒大学文化法治研究中心研究员周丽娜指出,推
百姓和黎民在古代并不是一回事儿我在岛屿读书从前有一个皇帝,坐在皇城里,终日郁郁寡欢。大臣见此很着急。一日觐见,大臣问皇帝何以忧愁,皇帝说,见天下苍生,不知何去何从?大臣再问,皇帝说天主宰所有,地孕育万物。天地由
182cm张梓琳身材有多棒?看她那双甘蔗腿才知道啥叫艳绝香江对于女性美的欣赏,很多时候人们的印象中大多都是一些一线艺人和流量小花。但是,对娱乐圈了解比较多和经常追星的人都会特别清楚,其实很多时候一些明星艺人们也只是在镜头面前光鲜亮丽。在镜头
大理攻略古城最适合办公看书的10个地方,工作疯玩两不误好在君blahblah2022年,大理又迎来了一批新移民与之前几批人不同的是他们中很多人都是90后同样热爱诗和远方但他们不是来找闲的而是选择一种更自主的生活方式互联网自媒体旅游业他
关于痛风的那些事儿关于痛风石痛风石是指高尿酸血症患者体内尿酸形成的结晶,在皮下肌腱等位置聚集,可引起周围结缔组织的慢性炎症且通常呈破坏性改变。痛风石通常可见和或可触及,位于耳部或关节周围软组织中,包