外泌體(ti) (Exosomes)是一類直徑約30-150 nm的細胞外囊泡(Extracellular Vesicles,EVs),可由多種類型細胞在正常及病理狀態下分泌,廣泛參與(yu) 細胞間通訊,並在腫瘤微環境調控、免疫調節、神經退行性疾病等多個(ge) 研究領域展現出重要價(jia) 值[1]。隨著外泌體(ti) 研究的深入,如何高效可靠地分離外泌體(ti) 成為(wei) 科研人員關(guan) 注的焦點。不同的分離方法在純度、回收率、操作便捷性等方麵各有千秋,研究者需根據自己的實驗需求選擇最合適的分離方法。
本期細胞學堂將全麵介紹外泌體(ti) 分離的五個(ge) 主要方法,並深入探討如何選擇合適的方法分離外泌體(ti) ,助您順利展開實驗。
如何選擇合適的外泌體(ti) 分離方法
外泌體(ti) 分離主要方法詳解
超速離心法
(Ultracentrifugation, UC)
原理
超速離心法是根據樣品中外泌體(ti) 與(yu) 其他成分在尺寸和密度上的差異,通過一係列不同離心力和離心時間的超速離心步驟,逐步去除非外泌體(ti) 成分,最終將外泌體(ti) 沉澱並重新懸浮。
圖1 超速離心流程示意圖[2]
優(you) 點
1
去除了大部分汙染物,分離得到的外泌體(ti) 較純淨
2
適用於(yu) 大體(ti) 積樣本(如細胞培養(yang) 上清、血清等)
3
無需額外試劑,避免了化學試劑的汙染
缺點
1
需要超速離心機,設備昂貴,操作複雜
2
高離心力可能導致外泌體(ti) 結構損傷(shang) ,影響其完整性
3
回收率較低,部分外泌體(ti) 可能無法有效沉澱
密度梯度離心法
(Density Gradient Centrifugation, DGC)
原理
密度梯度離心法是一種基於(yu) 外泌體(ti) 與(yu) 其他細胞成分密度差異的精細分離技術。通常使用蔗糖或碘克沙醇(Iodixanol)作為(wei) 密度梯度介質,並通過超速離心來實現。外泌體(ti) 會(hui) 根據自身浮力密度(1.13–1.19 g/mL)在特定界麵富集。
分離步驟
1
樣品預處理:離心去除細胞碎片和大顆粒雜質;
2
密度梯度製備:通過逐漸混合不同密度的蔗糖或碘克沙醇溶液,形成一個(ge) 從(cong) 低密度到高密度的連續密度梯度;
3
樣品加載與(yu) 超速離心:將外泌體(ti) 粗提物(PBS重懸後)緩慢鋪於(yu) 密度梯度頂部,以100,000–120,000 ×g,16-18 h,4℃進行超速離心;
4
外泌體(ti) 收集:使用移液器或取樣管在1.13-1.19 g/mL密度範圍內(nei) 回收富集的外泌體(ti) 層;
5
介質去除與(yu) 重懸:將收集到的外泌體(ti) 用PBS稀釋後再次進行100,000 ×g,70 min離心,去除梯度介質並重懸外泌體(ti) 。
優(you) 點
1
外泌體(ti) 純度高,可去除蛋白、脂質等汙染物
2
適用於(yu) 對外泌體(ti) 功能研究要求較高的實驗
缺點
1
操作繁瑣,需要長時間(≥16 h)離心
2
樣本處理量小,不適合大規模樣本分離
尺寸排阻色譜法
(Size-Exclusion Chromatography, SEC)
原理
利用多孔球狀填料形成色譜柱,樣本流經色譜柱時,不同尺寸的分子以不同速率流出。外泌體(ti) (30-150 nm)介於(yu) 大蛋白與(yu) 細胞外囊泡之間,可在特定洗脫體(ti) 積內(nei) 被收集。
分離步驟
1
樣品預處理:去除大顆粒雜質,並適當濃縮樣品以提高分離效率;
2
色譜柱準備:裝填適合外泌體(ti) 分離的填料,使用緩衝(chong) 液平衡柱體(ti) ;
3
樣品上樣:緩慢加載樣品,避免擾動填料結構;
4
洗脫與(yu) 收集:按分級洗脫原則,優(you) 先收集外泌體(ti) 富集部分;
5
濃縮與(yu) 純化(可選):使用超濾或二次離心等方法提高外泌體(ti) 純度。
優(you) 點
1
溫和無損傷(shang) ,外泌體(ti) 結構保持完整
2
操作簡便,無需超速離心設備
3
分離效果較好,可去除蛋白汙染
缺點
1
純度受限,仍可能殘留其他細胞外囊泡
2
不適用於(yu) 超大體(ti) 積樣本
聚合物沉澱法
(Polymer Precipitation)
原理
利用聚合物(如聚乙二醇,PEG)降低外泌體(ti) 表麵水合層的溶解度,使其在低速離心條件下沉澱,從(cong) 而從(cong) 生物樣本中分離外泌體(ti)
分離步驟
1
樣品預處理:去除大顆粒雜質,提高外泌體(ti) 回收率;
2
添加聚合物溶液:充分混勻,低溫孵育使外泌體(ti) 沉澱;
3
離心收集:低速離心獲取沉澱,去除上清;
4
重懸與(yu) 純化(可選):使用緩衝(chong) 液重懸,可結合其他純化方法,如超濾、密度梯度離心等以提高純度。
優(you) 點
1
操作簡單,時間短(< 4 h)
2
無需昂貴設備,適用於(yu) 實驗室常規分離
3
適合大體(ti) 積樣本(血清、尿液等)
缺點
1
可能存在聚合物殘留汙染,影響下遊實驗(如蛋白分析)
2
共沉澱大量蛋白和其他顆粒,外泌體(ti) 純度較低
免疫親(qin) 和分離法
(Immunoaffinity-Based Isolation)
原理
利用磁珠或親(qin) 和樹脂為(wei) 固相載體(ti) ,表麵固定CD9、CD63、CD81等外泌體(ti) 特異性抗體(ti) ,特異性結合並分離外泌體(ti) 。
分離步驟
1
樣品預處理:去除大顆粒雜質,提高分離效率;
2
抗體(ti) 結合:靶向外泌體(ti) 表麵標誌物的抗體(ti) 與(yu) 固相載體(ti) 偶聯;
3
外泌體(ti) 捕獲:將樣品與(yu) 偶聯抗體(ti) 孵育,使外泌體(ti) 特異性結合;
4
洗滌與(yu) 洗脫:去除非特異性結合物,釋放外泌體(ti) 。
優(you) 點
1
純度極-高,可用於(yu) 特定類型外泌體(ti) 富集
2
適用於(yu) 高靈敏度分析(如qPCR、Western blot等)
缺點
1
試劑昂貴,適合小規模研究
2
易丟(diu) 失部分外泌體(ti) ,回收率低
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參考文獻
[1]
Théry C, Zitvogel L, Amigorena S. Exosomes: composition, biogenesis and function [J]. Nature Reviews Immunology, 2002 Aug; 2(8):569-579.
[2]
Théry C, Amigorena S, Raposo G, et al. Isolation andcharacterization of exosomes from cell culture supernatants and biological fluids [J]. Current Protocols in Cell Biolog, 2006 Apr; Chapter 3: Unit 3.22.
[3]
Contreras-Naranjo JC, Wu HJ, Ugaz VM. Microfluidics for exosome isolation and analysis: enabling liquid biopsy for personalized medicine [J]. Lab on a Chip, 2017 Oct 25; 17(21):3558-3577.