Nanocoulter Ⅰ 納米庫爾特單顆粒分析儀——一種全“芯"的細胞外囊泡檢測手段

細胞外囊泡（Extracellular Vesicles, EVs）是指從細胞膜上脫落或者由細胞分泌的雙層膜結構的囊泡狀小體，直徑從40nm到1000nm不等。

圖1 細胞外囊泡的形成過程

胞外囊泡主要由微囊泡（Microvesicles,  MVs）和外泌體（Exosomes, Exs）組成，微囊泡是細胞激活、損傷或凋亡后從細胞膜脫落的小囊泡，直徑約為100nm – 1000nm。外泌體（exosome）是一種由細胞釋放到細胞外基質的膜性小囊泡，直徑約為40-100nm（有說30-150nm，目前尚無定論），廣泛存在于細胞培養(yǎng)上清以及各種體液（血液、淋巴液、唾液、尿液、乳汁）中，攜帶有細胞來源相關的多種蛋白質、脂類、DNA、mRNA、miRNA等，參與細胞間通訊、細胞遷移、血管新生和免疫調節(jié)等過程。在糖尿病、心血管疾病、艾滋病、慢性炎癥疾病以及癌癥中都發(fā)現(xiàn)細胞外囊泡水平的升高，它們很有可能成為這類疾病的診斷標志物。

相比外泌體研究遍地開花的火熱程度（僅國內6月份就有217篇相關論文），外泌體純化和提取方法可謂是差強人意。目前主流的方法有超速離心（UC）、密度梯度離心（DGC）、免疫捕獲、聚合物沉淀（Precip）、超濾（UF）、排阻色譜（SEC），以及微流控分析芯片等。往往一種提取方法無法得到足夠純度、濃度的外泌體，每種方法的適用樣品種類也不一樣。

國際細胞外囊泡學會（ISEV）在2014年提議，對于分離獲得的外泌體需要從三個層面進行鑒定：（1）Western Blot（WB）鑒定外泌體表面標志物；（2）透射電鏡（TEM）鑒定外泌體形態(tài)；（3）粒徑分析鑒定外泌體大小。免疫印跡與電鏡觀察耗時長、操作復雜、價格昂貴，在實際研究中難以做到每個外泌體樣本都去做WB與TEM，所以急需一種快速簡便的粒徑分析方法，來作為外泌體鑒定的“先鋒部隊"。

Nanocoulter Ⅰ “芯"方式助力外泌體提取純化研究

Nanocoulter Ⅰ 單顆粒檢測，可液體活檢、一個樣本測試僅需5-10分鐘，測試樣本*可回收等特性，恰好貼合該需求，目前已經廣泛應用于細胞外囊泡（外泌體）的提取鑒定工作中。

圖2 Nanocoulter Ⅰ外觀

Nanocoulter Ⅰ原理

納米庫爾特原理，測試過程是將待測外泌體分散在電解液中，隨其通過特定孔徑的納米孔芯片，外泌體通過納米孔的一瞬間會占用相同體積電解液的位置，在孔內外兩電極間的電阻（恒電流設計的電路）會發(fā)生瞬時變化，產生電位脈沖。脈沖信號的強度和次數(shù)與通過納米孔的外泌體顆粒大小及數(shù)目成一定比例，直接將脈沖信號進行轉換，即可獲得檢測樣品中外泌體的粒徑和粒子數(shù)信息。

圖3 Nanocoulter Ⅰ原理圖

圖4 Nanocoulter Ⅰ核心技術

Nanocoulter Ⅰ性能參數(shù)

檢測的粒度范圍：40nm-2μm

尺寸測定精度：1nm

濃度范圍：1E+06~1E+12個/mL

樣本量：50μL

重復性誤差：＜10%

粒徑準確性誤差：＜10%

濃度準確性誤差：＜20%

外泌體樣本快速檢測粒徑分布、濃度：

隨著研究的深入，更多的分離提取外泌體的方法被開發(fā)出來，也有多種提取方法聯(lián)用的方式，看似百花齊放，實則良莠不齊，甚至都不盡如人意。Nanocoulter Ⅰ 逐個測量外泌體粒徑，得到外泌體的真實粒徑濃度分布，可快速判斷提取方法的優(yōu)劣。

圖5 不同分離提取方法的外泌體粒徑測定

Nanocoulter Ⅰ單顆粒檢測，得到所有顆粒的真實分布狀況，快、準、狠地判別提取方法的優(yōu)劣性，大大節(jié)省了時間和人力成本，。

Nanocoulter Ⅰ “快"

測量核心元器件芯片，采用激光刻蝕，納米孔一致性非常高，并且所有對標信息均已裝入檢測卡中的二維碼中，因此儀器無需再次校準、對標等繁瑣測試前步驟，節(jié)省了大量寶貴的時間。一卡一碼，掃描二維碼，加入樣本，即可開始測試。并且樣本只存在于插入式檢測卡樣品槽中，檢測過程中不影響外泌體活性，寶貴的外泌體樣本測試完成后可回收做后續(xù)研究。

圖6 Nanocoulter Ⅰ檢測卡

Nanocoulter Ⅰ“準"

Nanocoulter Ⅰ的原理決定測得的數(shù)據(jù)為真實粒徑信息，無需經過反演算或者推導得出，并且配備多種尺寸的已知粒徑和濃度的標準顆粒（60-300nm，20nm一個梯度）來作為基線數(shù)據(jù)，實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的定量校準，確保粒徑、濃度數(shù)據(jù)的絕對準確。無論是不同粒徑的混合樣本，還是有細微差異的同粒徑樣本，均能準確無誤的辨別出來。

圖7 不同廠家生產的標準微球的細微差異

Nanocoulter Ⅰ“狠"

Nanocoulter Ⅰ在經典庫爾特原理的基礎上，深耕微納加工技術十余年，具有原子級別（1納米以下）精度微加工能力，最高分辨率可達1nm。納米孔每通過一個顆粒就產生一個電位脈沖，因此樣本中所有外泌體顆粒均能準確測量，實現(xiàn)真正意義上的的單顆粒檢測。測試過程可直觀的看到外泌體樣本中外泌體顆粒的真實分布情況，測試完成即可立即輸出報告。

圖8 外泌體樣本檢測信號脈沖圖

圖9 外泌體樣本測試報告

外泌體除開在疾病診斷、載藥等醫(yī)學方面的研究，目前在美容保健等領域也得到了不少的開發(fā)與利用，越來越多學者投入外泌體的研究，瑞芯智造（深圳）科技有限公司開發(fā)的Nanocoulter Ⅰ納米粒度儀將始終是你研發(fā)路上的好伙伴。

參考文獻：

Isolation and characterization of urinary extracellular vesicles: implications  for biomarker discover. NATURE REVIEWS | NEPHROLOGY, 10.1038/nrneph.2017.148.

Higher functionality of extracellular vesicles isolated using size-exclusion chromatography compared to ultracentrifugation，Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine，2017.

Evaluation of serum extracellular vesicle isolation methods for profiling miRNAs by next-generation sequencing，Journal of Extracellular Vesicles，2018.

Comparison of small extracellular vesicles isolated from plasma by ultracentrifugation or size-exclusion chromatography: yield, purity and functional potential，Journal of Extracellular Vesicles，2019.