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【综述】山东大学:纳米材料在外泌体的生物分析以及肿瘤治疗的研究进展

 

外泌体及其内部成分已被证明在细胞间相互作用和细胞内在调节中发挥关键作用,在生物医学和临床领域都显示出广阔的前景。近日,来自山东大学蒋妍彦、王凤龙、杜鲁涛课题组的研究人员在Biomaterials杂志发表综述,概述了外泌体的特性、用途、分析方法,探讨了纳米材料用于外泌体分离、检测等技术,以及基于外泌体的纳米材料肿瘤治疗的研究进展。

 

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外泌体是由大多数细胞类型释放的碟状囊泡,大小从几十纳米到几百纳米不等。最初人们认为它们无关紧要,只不过是细胞清除废物的一种手段。然而,外泌体在细胞间信号转导中的重要性逐渐被认识到,其生物学发生和组成引起了极大的研究兴趣。外泌体最初在胞吞作用过程中形成,携带多种重要的生物分子,如核酸、蛋白质和脂质。外泌体的组成取决于亲本细胞,因此可以执行很多生物学功能。外泌体存在于大多数体液中,将货物转移到受体细胞,调节其受体细胞的生化成分和行为。

随着外泌体研究的不断增多,外泌体的秘密正逐渐被揭开。许多研究提供了强有力的证据,表明外泌体在各种疾病的发展中起着重要作用,例如神经退行性疾病、自身免疫性疾病、肥胖症、传染病和癌症。有报道称外泌体与凝血、炎症、细胞凋亡、血管生成和干细胞维持有关。了解外泌体在疾病演变中的作用将对提供对疾病治疗提供指导。此外,外泌体的流动性使得它们可作为治疗剂和纳米药物载体,因为外泌体在体液中的高丰度,相对于其他生物标志物(如游离癌细胞)更容易收集和检测。基于上述因素,深入研究外泌体的生理功能对生物学和医学的进步具有重要意义。

为了促进对外泌体临床应用的持续研究,分析外泌体的方法需要改进。近年来,已经开发了多种分离外泌体的方法,例如超速离心、密度梯度离心、尺寸排阻色谱、免疫亲和捕获和聚合物沉淀。此外,一些检测外泌体的方法已被建立,如纳米颗粒跟踪分析、流式细胞术、动态光散射和可调电阻脉冲传感。尽管在外泌体的分离和检测方面取得了进展,但这些传统方法仍然不能令人满意,仍然缺乏灵敏、准确、快速、可重复和低成本的技术。

自从上世纪末纳米技术兴起以来,研究人员一直致力于新型纳米材料的生物医学应用。具有优异性能和新功能的纳米材料在生物医学科学领域的整合产生了丰富的创新思想和技术,为应对当前的临床挑战提供了可能。目前,纳米材料广泛应用于医学影像、药物输送和恶性肿瘤的诊治,为各类疾病的诊治提供有力支持。纳米材料因其一系列独特的特性而适用于生物医学应用。纳米材料的小尺寸确保在微观尺度上与生物成分相互作用,从而产生良好的生物相容性和生物活性。此外,与宏观材料相比,纳米材料表现出独特的界面、机械、光学和电磁特性,使它们能够对体内微环境进行调节。近年来,关于利用纳米材料进行外泌体标记、富集、计数和检测其组成已经被报道。随着成像、光谱学、电磁和设备技术的进步,纳米材料检测的灵敏度和选择性得到了提高,纳米材料与外泌体联合治疗恶性肿瘤的研究也正在开展中。

将纳米技术和纳米材料引入生物医学科学领域,为探索外泌体的临床应用提供了新途径。在这篇综述里,研究人员首先介绍了外泌体的发生、成分、生物学功能和潜在用途。然后后,研究人员概述了用于分离和检测外泌体的常规方法的工作原理、优点和缺点。最后,研究人员描述并提供了纳米材料在外泌体生物分析和基于外泌体的肿瘤治疗中的应用示例,并讨论了未来的前景。该综述旨在为外泌体的认知、对常规分析方法的理解以及纳米材料在外泌体生物分析和基于外泌体的肿瘤治疗中的开发和评估提供参考。

 

参考文献:Progress in the research of nanomaterial-based exosome bioanalysis and exosome-based nanomaterials tumor therapy. Biomaterials. 2021 May 5;274:120873.​

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