基于微气泡的细胞外囊泡分离检测研究取得重要进展

细胞外囊泡 (extracellular vesicles, EVs) 具有磷脂双层膜包裹的结构，包括外泌体、微囊泡和凋亡小体等，可通过来源细胞以膜出芽或多囊泡体-质膜融合等方式产生，进入生物流体参与循环，并与其他细胞或组织作用调控生理病理过程。目前已发现多种循环 EVs蛋白标志物与癌症的发生发展密切相关，并广泛用于恶性肿瘤非侵入式诊断、治疗监测和预后评估。然而，特别是在肿瘤的早期阶段，复杂体液（如血液、尿液、腹水、唾液和泪液）中的肿瘤EVs通常呈现丰度低、（大小和分子组成的）高度异质性、以及胶体颗粒样分散的特点，导致肿瘤EVs的高效分离和精准检测面临大的挑战。当前常用的EVs 分析策略要么聚焦分离方法（如超速离心、免疫亲和、尺寸排阻等），要么侧重于检测技术（包括光学和电学检测手段），这在一定程度上降低了EVs的临床诊断价值。因此，迫切需要发展一种适用于临床、经济高效的技术来简化EVs的快速分离和高灵敏、高特异性检测程序，从而提高肿瘤液体活检的诊断水平和转化潜力。

近日，我校药学院 “广西药物精准检测与筛选重点实验室”杨帆课题组，在前期生物正交微气泡工作基础上（ACS Nano, 2023, 17, 9633–9646），设计了一种点击气泡（click bubble）驱动的核酸适体传感器 (cBAS) ，可显著提升肿瘤EVs的分离检测能力。相关成果近期以“EVs-on-a-Bubble: Self-Aggregated Click Bubbles Streamline Isolation and Amplified Profiling of Circulating Extracellular Vesicles”为题发表在Advanced Functional Materials（IF:19.0, 中科院一区TOP, Nature Index）杂志上。药学院2021级硕士生韦缤琪是本论文的第一作者，杨帆教授是论文的通讯作者。

基于cBAS的 EVs 分析新方法，利用气泡增强荧光效应耦合靶向EVs的核酸适体探针组，快速高效富集（~80%，15 min）EVs并进行表面标志群的精准检测，实现了多种肿瘤疾病的诊断和分类（图1）。首先，经一步蛋白相转移，在固态微气泡表面进行纳米涂层和生物正交功能化（四嗪，Tz），以加速EVs的分离和表型分析（图1a,b）。相较传统的单价免疫分子识别，这种3D生物正交设计赋予点击气泡海胆样的“超价态”识别能力，从而与EVs表面标记的高密度反式环辛烯（TCO），发生Diels-Alder环加成反应，快速富集循环EVs（图1b）。其次通过进一步与靶向EVs的核酸适体荧光探针组混合，形成可寻址的阵列微液滴反应器，精准检测肿瘤EVs表面标志群。利用液滴顶端气泡自聚集产生的荧光增强效应，对人体血浆样本（n = 45）中肿瘤 EVs的表面蛋白组进行信号放大分析，实现多种癌症诊断(图1c)。基于此，正交偏最小二乘判别分析算法(OPLS-DA)能进一步实现多种癌症分类诊断，总体准确率达到 91%。这种EVs-on-a-Bubble技术为临床液体活检提供了一种快速、灵敏、低成本、有前景的诊断分析工具。

其优势是：(1) 小分子生物正交设计赋予点击气泡“超价态”识别能力，快速富集循环EVs；(2) 相比磁分离，点击气泡可自漂浮到液滴顶端聚集，与溶液本底相分离，降低背景干扰，并产生气泡增强荧光效应，实现EVs检测信号放大，无需任何高灵敏检测器、额外的信号放大策略和外场力；(3) 基于cBAS流线型的EVs分离与检测设计结合机器学习极大提升了面向临床液体活检的分析速度、通量和准确性。

本研究工作得到了国家自然科学基金和广西自然科学基金的支持。

图1. 荧光增强点击气泡驱动的适体传感器 (cBAS)用于EVs快速富集、表型分析和诊断

原文链接： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202310823