細胞外囊泡（EV）是高度專業(yè)化的納米級組件，其遞送復雜的生物貨物以介導細胞間通信。 EV是異質的，并且這種異質性的表征對于理解EV生物發(fā)生和活性以及將它們與生物反應和病理學相關聯是至關重要的。研究EV組成的傳統(tǒng)方法通常缺乏表征個體EV的分辨率和/或靈敏度，因此EV異質性的評估仍然具有挑戰(zhàn)性。

1月16號澳大利亞悉尼大學悉尼藥學院團隊在Nature上發(fā)表了文章“High-fidelity probing of the structure and heterogeneity of extracellular vesicles by resonance-enhanced atomic force microscopy infrared spectroscopy”，該團隊最近開發(fā)了一種原子力顯微鏡紅外光譜（AFM-IR）方法，用于探測具有納米級分辨率的單個EV的結構組成。在這里，該方法提供了逐步的程序，并展示了其在同一EV和不同EV群體之間揭示個體EV異質性的能力。此方法無標記，能夠檢測單個EV中的脂質，蛋白質和核酸。在從細胞培養(yǎng)基中分離EV后，該方案涉及將EV樣品在合適的基質上孵育，設置AFM-IR儀器并收集納米IR光譜和納米IR圖像。數據采集和分析可在24小時內完成，僅需要光譜學和化學的基本知識。預計通過AFM-IR對EV組成和結構的新認識將有助于我們對EV生物學的生物學理解，并可用于疾病診斷和EV療法的開發(fā)。

Figure 1:用于EV的AFM-IR光譜的工作流程。

Figure 2:納米紅外光譜收集前的系統(tǒng)優(yōu)化。a,快速傅立葉變換（FFT）信號，在不同頻率下顯示清晰，明顯的峰值，表示激光器的正確對準。 b,懸臂振鈴信號顯示一致的波形，表示正確對準的紅外激光，并證明樣品在特定波數處顯示出一些吸光度。 c,優(yōu)化不同波數的激光熱點，其中紅點對應于信號的最高強度，藍色對應于最弱的強度。

Figure 3:從缺氧培養(yǎng)的DMSC23細胞收集的DMSC23 EV的AFM-IR光譜的收集。a,AFM-IR光譜，證明了同一EV群體內不同顆粒的異質結構和組成。 b,相應的DMSC23 EV的AFM高度圖像，藍色和紅色網格指示收集a中AFM-IR光譜的位置。

Figure 4:AFM-IR圖像，其具有從CMSC29和DMSC23細胞分離的EV亞群的相應平均光譜。a,CMSC29 EV：AFM-IR高度圖像，在1,650 cm-1記錄的納米紅外圖像，顯示酰胺I的分布和AFM-IR光譜。 b,DMSC23 EVs：AFM-IR高度圖像，在1600cm-1處記錄的納米紅外圖像，其呈現核酸的分布和AFM-IR光譜。

Figure 5:來自各個EV上的多個點的AFM-IR光譜的集合。a-c,單個DMSC23 EV和CMSC29 EV（a）的12個平均AFM-IR光譜的比較，以及DMSC23 EV（b）和CMSC29 EV（c）的相應AFM高度圖像。

盡管在過去十年中開發(fā)了許多先進的EV表征方法，但由于傳統(tǒng)技術的靈敏度和分辨率的限制，破譯單個EV的結構和組成仍然是難以捉摸的挑戰(zhàn)。用于表征單個EV的常規(guī)納米級技術僅限于獲得關于顆粒形態(tài)，大小和數量的信息，而不是研究它們的分子組成。此外，許多這些技術需要熒光探針，這是一個重要的限制。然而，它們的關鍵限制是它們檢查大量EV樣品而不是亞種群或單個EVs。目前，需要大量的EV，并且由于傳統(tǒng)技術的分辨率不足，僅獲得來自相對大的群體的平均信號。因此，迫切需要開發(fā)新的方法來詢問亞群和個體囊泡，以使EV科學能夠進一步快速地進展。更好地了解EV的分子組成和異質性是設計下一代生物傳感器以進行早期疾病診斷和開發(fā)基于EV的新興療法的基礎，這已經在癌癥診斷和治療中顯示出巨大的前景。

該實驗使用AFM-IR以~20 nm的超高分辨率詢問整個EV群體，亞群和個體EV的組成和結構。使用這種方法來證明能夠測量相同EV群體中或從兩種類型的胎盤干細胞系中分離的不同EV群體之間的個體EV的分子組成之間的細微差異。在不久的將來,EV的AFM-IR表征極有可能釋放EV作為診斷和治療工具的全部潛力。預計AFM-IR介導的EV表征可以用作使用液體活檢的疾病早期診斷的工具，以及用于靶向治療的選擇所需的EV亞群。特別地，間充質基質細胞衍生的EV被深入研究，用于受損或患病組織的再生,并且與全細胞相比,EV的臨床施用被認為是更安全和更實用的。通過EV結構內治療劑的功能化和內化，開發(fā)用于精確治療的EV和作為天然藥物載體的EV的開發(fā)已經成為最近EV研究的焦點，特別是在癌癥治療領域。我們期望使用AFM-IR來解決EV的異質性并更好地理解亞群的獨特分子特性將釋放EV的全部臨床潛力。

全文鏈接

https://pan.baidu.com/s/1vTVmOmWz4o6csZ_Nj1bgVw