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干货分享|外泌体标记与示踪技术

发布时间:2023-03-17    浏览量:0



外泌体是由活细胞释放的纳米级囊泡,是一种非常重要的细胞间通讯形式。


来源于间充质干细胞的外泌体(MSC-EVs)具有间充质干细胞相似的良好作用,可以作为无细胞治疗的新型手段。然而,外泌体的体内特性(如组织分布、血液水平和尿液清除率)等,这些决定其治疗效果和潜在毒性的重要参数仍有许多未知之处。标记和成像技术的发展为外泌体在体内的分布和代谢相关研究提供了一种可靠的技术手段,基于此获得的数据可以为支持和/或改进外泌体治疗提供重要参考。


1. MSC-EVs的示踪方法

目前细胞外囊泡的示踪方法主要有以下几类:基于光学成像系统、基于磁共振成像、基于放射性同位素标记等。


基于光学成像系统的检测主要是生物发光成像和荧光成像。利用荧光素酶与荧光素相互作用产生的光信号进行成像,常用的荧光素酶主要有萤火虫荧光素酶、海参荧光素酶、Gaussia 分泌型荧光素酶等。而荧光成像方法在外泌体的示踪方面更为常见,荧光蛋白、荧光染料及无机荧光纳米材料(如荧光量子点)等荧光物质受到特定波长的激发光激发后释放的发射光可以进行成像。


外泌体的磷脂双分子层可被亲脂性染料例如PKH染料(PKH26、PKH67等)、Di系列染料(DiO、DiD、DiL、DiR)标记,对外泌体进行示踪。其中PKH染料主要用来监测细胞对外泌体的吞噬作用,DiD、DiR系列的红外荧光波长可穿透细胞和组织,可以用来进行活体内的示踪


磁共振成像、放射性同位素标记等技术也有报道用来进行EVs示踪,然而这两种示踪技术对专业设备的要求使得其成本要明显高于光学成像,而且核成像也存在电离辐射的风险


2. MSC-EVs在体内的分布特征

对EVs进行标记和示踪以检测其体内功能和行为的方法各有优点和局限性,然而所有上述方法都提示了相似的EVs生物分布模式。


静脉注射后,EVs 积累的主要器官是肝脏、肺、脾脏和肾脏。大多数 EVs积聚在肝脏中,而在肺、脾脏和肾脏中,EVs的数量要低 5-6 倍。


腹膜内给药后,EVs 主要定位于肝脏、肺、脾脏、胃肠道和胰腺。


鼻内给药后,在肺和脑中检测到EVs。


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图 1.尾静脉静脉注射后 EVs 的生物分布图


目前,MSC-EVs在体内的分布和代谢相关研究表明,MSC-EVs具有和MSC非常相似的特性,健康小鼠尾静脉注射MSC-EVs后,在肝脏和脾脏的分布最多,然后分散到其他的组织器官。MSC-EVs也能主动趋化到损伤部位聚集,在急性肾损伤的小鼠模型实验中,MSC-EVs静脉输入24小时后,除了在肝脾中积累,还可以观察到在急性肾损伤小鼠的肾脏中积累,而在对照组肾脏没有观察到MSC-EVs的积累。


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图2. MSC-EVs主动趋化到损伤部位聚集


EVs 成像技术的深入研究与持续发展将有助于获得更准确的 EVs 分布图,提高我们对 EVs 参与生理和病理过程的理解。


齐鲁细胞治疗建立了多种脂膜染料的MSC-EVs标记及分析策略,明确了不同脂膜染料对MSC-EVs的标记比率(图3),避免了高浓度染料对EVs的脂膜结构的破坏以及脂膜染料的自团聚对实验结果的干扰等,带有脂膜染料标记的MSC-EVs可以用于细胞和动物水平的示踪分析。

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图3.MSC-EVs的标记及示踪实验结果图


参考文献:

[1] Grange C, Tapparo M, Bruno S, Chatterjee D, Quesenberry PJ, Tetta C, Camussi G. Biodistribution of mesenchymal stem cell-derived extracellular vesicles in a model of acute kidney injury monitored by optical imaging. Int J Mol Med. 2014 May;33(5):1055-63. doi: 10.3892/ijmm.2014.1663. Epub 2014 Feb 20. PMID: 24573178; PMCID: PMC4020482.

[2] Abello J ,  Duong T ,  Nguyen T , et al. Biodistribution of gadolinium-and near infrared-labeled human umbilical cord mesenchymal stromal cell-derived exosomes in tumor bearing mice.tif[J]. Theranostics, 2019, 9(8).

[3] Aimaletdinov AM, Gomzikova MO. Tracking of Extracellular Vesicles' Biodistribution: New Methods and Approaches. Int J Mol Sci. 2022 Sep 25;23(19):11312. doi: 10.3390/ijms231911312. PMID: 36232613; PMCID: PMC9569979.

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