納米顆粒跟蹤分析技術為外泌體表征開拓新途徑

       外泌體最早發現于體外培養的綿羊紅細胞上清液中，是細胞主動分泌，大小較為均一，直徑為30~100納米，密度1.10~1.18 g/ml的囊泡樣小體。隨著分子技術的不斷發展，生物學界對外泌體的探索日趨深入。2013年，三位國外科學家因在細胞膜轉運機制的研究上取得關鍵性突破，被授予諾貝爾生理學或醫學獎。由此，外泌體的研究達到了一個全新的高度。而近年來，越來越多的證據顯示出外泌體對臨床治療的重要價值。外泌體是細胞間信使，通過其數量和生物化學組成的變化，可為進一步的臨床診斷提供有力的證據。它攜帶多種蛋白質和miRNA，參與細胞信號轉導、細胞遷移、血管新生和腫瘤細胞生長等過程，并且有可能成為藥物的天然載體，應用于腫瘤檢測或臨床治療。

    但目前國內在外泌體研究方面的經驗十分有限，無論是離心法、過濾離心還是免疫磁珠法，都無法同時保證外泌體的含量、純度以及生物活性。這首先就制約了外泌體樣本的制取，進而對后續的表征造成困難。而測量技術的局限性也極大地阻礙了外泌體在這些領域的研究進展。

    在當前中國市場主流的外泌體表征方法中，研究人員的選擇一般有電子顯微鏡、流式細胞儀和動態光散射技術。但電子顯微鏡一次只能觀測數量有限的顆粒，在代表性上存在嚴重不足，同時，由于電子顯微鏡的樣本制備過程比較復雜，因此很容易造成樣本的形態、狀態發生改變；流式細胞儀目前公認的測量顆粒粒徑下限為300nm左右，大大超過了外泌體的粒徑上限；而動態光散射技術不適合多分散的復雜外泌體樣本的測量，且無法得出樣品中外泌體的濃度。

    作為全球材料和生物物理表征領域的領先企業，馬爾文為全球眾多客戶提供高性能的粒度表征解決方案，在業界享有盛譽。特別是其采用了全新一代納米顆粒跟蹤分析技術（馬爾文ZL技術，以下簡稱NTA）的NanoSight產品系列，可以直接并實時觀測納米顆粒，通過光學顯微鏡收集納米顆粒的散射光信號，拍攝其在溶液中做布朗運動的影像，再對每個顆粒的布朗運動進行追蹤和分析，從而計算出納米顆粒的流體力學半徑和濃度。

      出色的質控作用

    外泌體的提取一直以來都是橫亙在所有相關研究者面前的一道難題。生物細胞中的囊泡種類繁多，怎樣證明提取的顆粒一定就是外泌體呢？電子顯微鏡在鑒定一定數量的顆粒屬性方面固然有效，但如前所述，電子顯微鏡不適合對大量顆粒進行快速分析，而動態光散射技術又只能對分布相對均一的樣本顆粒進行檢測，并且不具備熒光功能。

    配備了先進NTA檢測技術的馬爾文NS 300在這時便體現出強大的功能：它能夠進行嚴格的質控，通過對觀察到的所有顆粒進行分析和計算，第一時間給出樣本粒度的詳細分布和濃度的具體信息。同時，研究人員還可以利用熒光標定重點的特定外泌體顆粒，從四種不同波長——405nm、 488nm、 532nm和635nm——的激光器中選擇一款，搭配相應的濾光片，從而實現對熒光樣品的測量，再由NTA技術對其進行單獨檢測，免受復雜樣本（如血清、尿液等）環境的影響。對復雜樣品的分辨能力對于像外泌體這樣的研究對象來說至關重要。

    尤為關鍵的是，由于NTA的工作原理是通過將一束能量集中的激光穿過玻璃棱鏡對樣品（懸浮顆粒的溶液）進行照射，配以玻璃表面鍍鉻使背景信號最小化，可讓研究人員通過顯微鏡直接觀察到納米顆粒在溶液中的布朗運動，并拍攝影像，對每個顆粒的布朗運動進行追蹤和分析，快速準確地計算出樣本中納米顆粒的流體力學半徑和濃度。相對于其他傳統技術，NTA能對懸浮液中粒徑范圍為10nm-2000nm的顆粒進行全方位表征，并且兼具極高的分辨率，對于粒度較為接近的顆粒仍然可以準確分析，特別適用于外泌體、蛋白質聚集、藥物傳輸、納米顆粒毒理、病毒和疫苗等復雜體系的相關研究。

    另外，馬爾文NanoSight還可以測定顆粒的數量，準確指示樣本溶液中的單位體積顆粒濃度和顆粒數量，進行以量為基準的粒徑測試和分布測試。對于客戶可能存在的樣本量不足的研究情況，馬爾文NS 300也能通過支持低濃度測試（最低可達到300微升）幫助實現既定監測目標；而同樣的條件，傳統電子顯微鏡很難實現有效的統計學分析。

   操作簡便、工作效率高

    通常，大型儀器（如流式細胞儀）在使用前都需要進行復雜的預熱和校準準備。馬爾文NS 300則無需這樣做，它只要連上電源就能直接使用。并且由于NTA技術采用的是斯托克斯-愛因斯坦方程的計算，所提供的是一個無關質量、折光度和顆粒材料的流體力學直徑，因此儀器可跳過繁瑣的校準直接進入研究分析，為工作人員節省研究前的時間。

    作為一種集成程度和自動化程度都非常高的儀器，馬爾文NS 300除了將軟硬件設備、攝像頭和顯微鏡等集于一體，還整合了顆粒檢測功能與納米顆粒分析技術，為納米顆粒表征提供易于使用的可重復平臺。40cm x 25cm的設備主機集成了超高靈敏度科研級sCMOS光電傳感器、溫控單元和一個具有四種可選波長的激光。樣品池和激光模塊也能輕易的拆卸和組裝，便于移動、清潔，適合高通量檢測。強大的軟件分析能力讓馬爾文NS 300在極短的時間內就能繪制出粒徑—對應數量分布強度—顆粒散射光強的三維圖譜，并得出與各種粒徑顆粒有關的全面信息。這樣不僅減少了人為操作失誤的概率，更大大提高了研究人員的工作效率。

 總結與展望

      雖然外泌體作為生物標志物的研究在國內尚處于起步階段，但它在臨床治療領域已顯現出巨大的發展潛力。在臨床診斷中，簡單快速地在復雜生物背景下測量外泌體濃度、粒徑是必備要求，目前存在的方法都無法完美地解決這一問題。NTA作為一項全新的測量技術，具有實時觀測和熒光測量功能，能夠以較高的分辨率，準確地測量顆粒濃度，從而為外泌體大小和濃度研究提供新的思路。而隨著越來越多科研機構與研究項目成果的進一步披露，以馬爾文NanoSight為代表的新一代NTA技術將會為推進外泌體研究乃至人類健康事業的發展做出更大貢獻。