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【2018-48期】This Week in Extracellular Vesicles

本周hzangs在最新文献中选取了8 篇分享给大家,其中6篇提供中文摘要。第1篇文章所介绍的内容是目前细胞外囊泡领域比较缺乏但又具有十分重要意义的方面,文章关注了细胞外囊泡的一些物理性质,同时发现特定疾病患者特定细胞来源的囊泡膜对压痕的反应存在差异;第2篇介绍了基于声波控制开发的声学镊子在生物学领域的应用,同时也回顾了声学镊子在细胞外囊泡领域的研究应用;第3篇介绍了一种3D大规模培养方法用于生产细胞外囊泡,考虑到未来细胞外囊泡的临床应用离不开大量细胞外囊泡的制备,这方面的进展值得关注,文章通过一定的实验证实了3D培养产生的细胞外囊泡与2D培养产生的细胞外囊泡在功能性状方面具有一致性; 第4篇文章汇总介绍了目前干细胞来源的细胞外囊泡在脑损伤及神经退行性疾病治疗方面的作用,干细胞来源细胞外囊泡未来用于治疗的前景比较明朗,感兴趣的朋友可以适当关注。相关文章的原文在周一前会发布到论坛同名贴下,需要的可以到论坛下载

  1. The fluid membrane determines mechanics of erythrocyte extracellular vesicles and is softened in hereditary spherocytosis. 红细胞胞外囊泡的流体动力学分析发现在遗传性球形细胞增多症患者中红细胞细胞外囊泡存在软化现象。 [Nat Commun] IF=12.353  PMID:30470753

摘要:细胞外囊泡(EV)被广泛研究其在细胞间通讯和疾病中的作用,以及作为生物标志物或药物递送载体的应用。 EV包含膜和腔内蛋白质,影响它们的结构,从而可能起作用。在这里,我们使用原子力显微镜进行红细胞(RBC)和来自健康个体和由于锚蛋白缺乏导致的遗传性球形红细胞增多症(HS)患者的EV进行机械表征。虽然这些EV充满了蛋白质,但它们对压痕的反应类似于缺乏蛋白质的液体脂质体。健康供体的RBC EV的弯曲模量为~15kbT,类似于RBC膜。令人惊讶的是,尽管RBC在HS中变得更加僵硬,但患者EV的弯曲模量比供体EV显着降低(~40%)。这些结果揭示了EV出芽的机制和作用,并可能解释了HS患者红细胞囊泡化的增加。

PS:细胞外囊泡的物理性质是一个非常有意思的领域。由于专业背景限制,现在很少有对细胞外囊泡物理学形式进行分析探讨的论文。这篇文章一定程度上填补了这方面的空白,文章通过对细胞外囊泡膜的机械性质表征分析其对压痕的反应情况。作者发现在个别疾病中细胞外囊泡膜对压痕的反应出现了异常。详细的介绍请参考往期推文:外泌体机械特性的首次阐述——遗传性球形红细胞增多症中胞外囊泡的软化 http://www.exosomemed.com/5333.html对细胞外囊泡理化性质的探讨请参见往期推文:一个外泌体有多少个蛋白&核酸?http://www.exosomemed.com/5296.html

 

  1. Acoustic tweezers for the life sciences. 用于生命科学的声学镊子。 [Nat Methods] IF=26.919  PMID:30478321

摘要:声学镊子是一套多功能的工具,使用声波来操纵从纳米级细胞外囊泡到毫米级多细胞生物的生物颗粒。 在过去的几十年中,声学镊子的能力已从简单的粒子捕获扩展到三维的细胞和生物的精确旋转和平移。 最近的声学镊子技术的发展使其能够在繁杂的解决方案中脱颖而出用于富集和图案化生物颗粒。 在这里,我们回顾了声学镊子技术的历史和基本原理,并总结了最近的突破。

PS:声学用于不同直径的粒子分离是目前生物学领域的一个应用方向。通过结合声学技术的方法分离纯化体系中的细胞外囊泡也是目前微流控分离细胞外囊泡方面的一种尝试。这篇综述文章介绍了基于声学镊子技术的发展和应用。之前曾经介绍过相关的方法,大家可以读一读:

一种从小体积血浆中非接触声波捕获细胞外囊泡的方法 http://www.exosomemed.com/854.html。

  1. Enhanced extracellular vesicle production and ethanol-mediated vascularization bioactivity via a 3D-printed scaffold-perfusion bioreactor system. 通过3D打印的支架 - 灌注生物反应器系统增强细胞外囊泡产生和乙醇介导的血管生成活性。 [Acta Biomater] IF=6.383  PMID:30471476

摘要:细胞外囊泡(EV)由于其固有的治疗特性以及它们作为生物活性货物载体的能力而在生物技术领域中引起了极大的兴趣。然而,缺乏已建立的生物制造平台和体内EV的有限效力仍然是临床转化应用的关键瓶颈。在这项研究中,我们利用3D打印的支架 - 灌注生物反应器系统来评估动态培养对内皮细胞(EC)产生的细胞外囊泡的反应。乙醇调节先前显示出增强在标准2D培养条件下产生的EC衍生的EV的血管生成活性,因此我们还研究了乙醇调节是否可以用于3D生产系统中用来实现相同的目的。我们的结果表明,灌注生物反应器中的动态培养显着增强了人类EC的EV产生。此外,将乙醇调节与动态培养结合使用诱导EC衍生的EV促血管生成活性,其与促血管发生的lncRNA HOTAIR和MALAT1的EV水平增加相关。因此,该生产设备是能够维持静态2D和动态3D EV生产系统之间保守性的EV高效生产方法,增加了用于各种应用的治疗性EC衍生EV大批量制造的可能性。

PS:这是一份生产设备介绍相关的论文。作者制备了一种可以用于3D大规模培养的细胞培养系统。通过这一系统来实现细胞的大规模培养和细胞外囊泡的大规模制备生产。同时通过实验验证了这种3D培养模式收获的细胞外囊泡与2D培养模式收获的细胞外囊泡具有功能性质上的一致性。

 

  1. Neural stem cell derived extracellular vesicles: Attributes and prospects for treating neurodegenerative disorders. 神经干细胞衍生的细胞外囊泡:治疗神经退行性疾病的属性和前景。 [EBioMedicine] IF=6.183  PMID:30472088

摘要:在衰老,脑损伤和神经退行性疾病等条件下进行神经干细胞(NSC)移植可促进再生,可塑性和功能恢复。最近的研究表明,通过非侵入性方法施用NSC衍生的细胞外囊泡(NSC-EV)也可以提供治疗益处。该评价赋予了NSCs分泌的EV的特性和治疗前景。富含特异性miRNA的NSC-EV在生理和病理条件下介导多种功能,包括调节邻近的微环境,促进病毒进入细胞,作为独立的代谢单元起作用,作为小胶质细胞形态发生器起作用并影响大脑的多样性方面,调控神经元的衰老过程。由于它们的抗炎,神经原性和神经营养作用,NSC-EV也可用于治疗多种神经退行性疾病。虽然只有少数研究证明了NSC-EV治疗脑损伤的疗效,但这种前景是巨大的。展望未来,在特定培养条件下产生的充分表征的NSC-EV和用于携带所需miRNA,mRNA和蛋白质的NSC-EV的使用对于治疗脑损伤和神经发生性疾病具有很大的希望。值得注意的是,将NSC-EV靶向特定神经元类型或脑区域的可能性将使得能够以最小的副作用来管理多种神经变性病症。

PS:大量报道证明在机体损伤时干细胞来源的细胞外囊泡能够发挥类似于干细胞自身的机体修复能力,这一研究尤其在间充质干细胞来源的细胞外囊泡对机体损伤修复方面的导报居多。目前已经有尝试使用细胞外囊泡治疗心脏疾病。干细胞来源的细胞外囊泡对脑损伤及神经退行性疾病的作用也偶有报道。虽然无法与心肌修复、皮肤修复领域相比,但是干细胞来源的细胞外囊泡用于脑部疾病的治疗开始使人们充满了想象。这篇综述文章回顾汇总了干细胞来源细胞外囊泡在脑损伤及神经退行性疾病方面的研究进展。

 

  1. Extracellular membrane vesicles (EVs) in the three domains of life and beyond. 细胞外膜囊泡(EV)与不同类型的生命的联系。 [FEMS Microbiol Rev] IF=11.392  PMID:30476045

摘要:来自古细菌、细菌和真核生物三个领域内的生命体都可以产生细胞外囊泡,这些细胞外囊泡有时与称为纳米棒或纳米管的丝状结构相关。尽管在细菌和真核生物中的研究表明脂质组成的调节在引发膜弯曲中起主要作用,但三大类生命体中EV生物发生的机制仍然知之甚少。通过转移各种分子货物,EV越来越被认为是细胞间通讯的重要介质。它们涉及细胞生理学的许多方面,例如应激反应,细胞间竞争,侧向基因转移(通过RNA或DNA),致病性和解毒。近年来,它们在各种人类病理和衰老中的作用引起了人们的极大兴趣。 EV可用作抵抗病毒攻击的诱饵,但病毒感染的细胞也会产生促进病毒感染的EV。在这里,我们回顾了与三大类生命体相关的EV知识及其与病毒世界的相互作用。

PS:几乎所有的生物都可以通过自身细胞释放细胞外囊泡。这些细胞外囊泡无一例外的都会包涵一些RNA和蛋白质。这些生物分子会在膜结构的保护免于外界环境的降解,通过囊泡的传递进入受体细胞发挥生物学功能。无论是古细菌、细菌还是真核生物,他们释放的细胞外囊泡都或多或少的参与到对生物自身的调节,同时也参与到对宿主或寄生虫的功能调控。这篇综述回顾了细胞外囊泡领域在不同生命体中的研究进展,同时也回顾了不同生物间细胞外囊泡相互作用的相关报道。

 

  1. Ultrasensitive quantification of tumor mRNAs in extracellular vesicles with an integrated microfluidic digital analysis chip. 使用集成的微流体数字分析芯片对细胞外囊泡中的肿瘤mRNA进行超灵敏定量。 [Lab Chip] IF=5.995  PMID:30474100

摘要:细胞外囊泡(EV)为癌症诊断提供了有希望的液体活检。然而,定量测量包括肿瘤相关mRNA在内的EV的分子内容仍然是一项艰巨的挑战。在这里,我们报告了一个可配置的微孔微流体数字分析平台结合双探针杂交分析,用于EV中特定mRNA的单分子检测(不需要依靠PCR扩增)。我们设备中的微孔阵列可在流通测定模式之间进行配置,用于增强的杂交捕获和mRNA的标记,以及基于飞秒级酶促信号放大的数字检测模式,用于表面结合靶标的单分子计数。此外,已经开发了双探针杂交测定法以增强EV mRNA的数字单分子检测的灵敏度。结合芯片设计和双探针数字mRNA杂交测定的优点,已经证明整合的微流体系统能够定量检测LOD低至20μM的合成GAPDH mRNA。使用该技术,我们量化了来自外周原始神经外胚层肿瘤(PNET),CHLA-9和CHLA-258的两种细胞系的EV中的GAPDH和EWS-FLI1 mRNA的水平。我们的测量分别检测到来自CHLA-9和CHLA-258细胞的每10^5个EV的64.6和43.5个拷贝的GAPDH mRNA以及6.5和0.277个拷贝的EWS-FLI1融合转录物。据我们所知,这是首次实现Ewing肉瘤(EWS)衍生细胞外囊泡中EWS-FLI1 mRNA拷贝数定量测量。这些结果突出了EV中肿瘤特异性mRNA标记物的超低频率以及开发用于分析EV mRNA的高灵敏度方法的必要性。这里介绍的微流体数字mRNA分析平台将提供有解决这一问题的有力工具,可以促进肿瘤相关EV mRNA的定量分析,促进基于液体活组织检查的癌症诊断和监测。

PS:细胞外囊泡在液体活检领域的应用是目前很有想象空间的研究领域。但是细胞外囊泡中分子检测手段的限制时目前基于细胞外囊泡的液体活检应用还存在诸多困难。这篇文章提供了一种基于微流控芯片和双探针技术用于高灵敏度高特异性的检测肿瘤来源细胞外囊泡中的mRNA。这一技术为解决细胞外囊泡相关mRNA的检测提供了一个解决方案。

 

  1. Integrated nanoscale deterministic lateral displacement arrays for separation of extracellular vesicles from clinically-relevant volumes of biological samples.侧向位移阵列用于分离临床样本中的细胞外囊泡。 [Lab Chip] IF=5.995  PMID:30468237

PS:这是一篇介绍通过侧向位移阵列制备微流控芯片用于临床样本细胞外囊泡分离的报道。作者对使用这一设备分离的细胞外囊泡与超速离心、梯度密度离心、凝胶排阻层析和膜亲和层析等方法进行了横向对比证明其具有相对优越且事宜临床应用的潜力。基于侧向位移和纳米列阵的微流控芯片可能是未来解决临床样品细胞外囊泡分离的极具潜力的解决方案。之前IBM还推出过类似的芯片,感兴趣的可以关注往期推文:IBM联合西奈山利用lab-on-a-chip技术检测癌症。(http://www.exosomemed.com/1652.html)AND 福布斯杂志Brandvoice:Nature一作讲述IBM科幻级早期癌症外泌体检测芯片的发现历程(http://www.exosomemed.com/2201.html)。 AND  IBM携外泌体强势进军液体活检(https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI2MTAzMTI4MQ==&mid=2651828794&idx=2&sn=cfa4306e828cae9658ef8711585422cf&scene=21#wechat_redirect)

 

  1. Urinary concentrations of phenols and phthalate metabolites reflect extracellular vesicle microRNA expression in follicular fluid. 尿液中酚类和邻苯二甲酸酯代谢物的浓度反映了卵泡液中细胞外囊泡microRNA的表达。 [Environ Int] IF=7.297  PMID:30481674

PS:卵泡液中存在着一定量的细胞外囊泡,这些细胞外囊泡携带不同的miRNA,不同的miRNA组成会对体外受精结果产生不同的影响。因此,分析和确定其中的miRNA成分对体外受精过程和结果的控制具有一定的指导意义。但是卵泡液的获取和其中EV的分离相对困难,因此这篇文章尝试通过分析尿液中代谢物的成分含量和卵泡液中细胞外囊泡所包含miRNA的相关性来简化这一过程。文章最终发现,一些尿液中的代谢产物浓度与卵泡液中细胞外囊泡携带的特定miRNA成分具有一定的相关性。挺有意思的文章,文章从临床意义入手开展实验,并提出利用尿液代谢物检测替代卵泡液中细胞外囊泡miRNA检测的概念。其实想一想,只要你做下去,基本上总能从尿液的代谢物中挑出几个和卵泡液中细胞外囊泡miRNA的丰度有相关性。这就好比你从数百个病人的检测指标中找几个指标之间有相关性一个意思。这篇文章具有一定的临床意义,同时也很适合临床医学生朋友们学习和模仿。感兴趣的可以读一读。

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