小細胞外囊泡（sEVs；< 200 nm）中含有脂質(zhì)、核酸和蛋白質(zhì)，被認為是多種疾病的生物標志物，具有良好的應(yīng)用前景。然而，從血液中分離小細胞外囊泡的常規(guī)方法與目前的臨床工作流程不兼容，因此嚴重阻礙了血源性小細胞外囊泡在臨床環(huán)境中的應(yīng)用。在過去的十多年中，由于能夠精確、可控地操縱微米級和納米級尺寸的物體，微流控技術(shù)已經(jīng)被越來越多地被用作小細胞外囊泡處理和分離的基本工具。根據(jù)分離模式的不同，基于微流控技術(shù)的小細胞外囊泡分離策略可以分為被動和主動兩類。其中，被動分離方法不需要施加外力，而是通過使用尺寸依賴的流體動力或復(fù)雜的通道結(jié)構(gòu)（例如納米孔膜和納米柱陣列）來分離小細胞外囊泡。相反，主動分離方法需要應(yīng)用外力場，尤其是聲場、電場和磁場來操縱小細胞外囊泡。

在臨床環(huán)境中，迫切需要制造成本低廉、操作簡單、不需要專業(yè)知識、樣品制備步驟少，實驗結(jié)果具有良好的一致性和可重復(fù)性，同時具有高分離純度和回收率的細胞外囊泡分離系統(tǒng)。上述分離血源性小細胞外囊泡的主動技術(shù)需要產(chǎn)生和應(yīng)用外力，這就需要使用外部設(shè)備，這反過來又增加了處理成本并使實驗工作流程復(fù)雜化。相對地，從全血中分離小細胞外囊泡的被動微流控方法在成本、易用性和可重復(fù)性方面具有優(yōu)勢，但其并非沒有局限性。例如，基于過濾的微流控平臺容易受到膜堵塞的影響，而其它被動技術(shù)，如基于慣性和粘彈性的微流控技術(shù)，則表現(xiàn)出次優(yōu)的回收率和純度。在臨床環(huán)境中，除了考慮與經(jīng)濟性和用戶友好性有關(guān)的因素外，實現(xiàn)小細胞外囊泡的高回收率和高純度至關(guān)重要，特別是在僅可以獲得少量生物液體的情況下。因此，對能夠快速、可重復(fù)、高效地從全血中分離小細胞外囊泡的高效、簡單、低成本的微流控工具的需求尚未得到滿足。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，為了解決上述問題，近期，來自瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學院（ETH Zurich）、蘇黎世大學（University of Zürich）和蘇黎世大學醫(yī)院（University Hospital Zurich）的研究人員提出了一種被動、高效、粘彈性和無標簽的微流控系統(tǒng)，其能夠直接從人體血液中分離小細胞外囊泡。此外，研究人員利用從全血中分離獲得的熒光小細胞外囊泡對該微流控系統(tǒng)的分離性能進行了評估，結(jié)果顯示，其純度和回收率分別超過97%和87%。相關(guān)研究成果以“Direct isolation of small extracellular vesicles from human blood usingviscoelastic microfluidics”為題發(fā)表在Science Advances期刊上。

具體而言，該集成式粘彈性微流控系統(tǒng)包括兩個模塊：細胞去除模塊和小細胞外囊泡分離模塊（圖1A）。在第一個模塊中，微米級血液成分，特別是白細胞、紅細胞和血小板，被有效地從血液樣本中去除。隨后，“無細胞”的血液被無縫地引入第二個模塊，并在這里實現(xiàn)小細胞外囊泡與其它細胞外囊泡亞群的分離。

圖1 用于全血小細胞外囊泡分離的粘彈性微流控系統(tǒng)示意圖

圖2 利用粘彈性微流控系統(tǒng)對從全血中分離獲得的小細胞外囊泡進行表征

為了進一步研究和比較利用超速離心法（UC，小細胞外囊泡分離的金標準）和粘彈性微流控系統(tǒng)分離的血源性小細胞外囊泡樣品的蛋白質(zhì)組成，研究人員提取了兩種小細胞外囊泡樣品中的蛋白質(zhì)，并使用數(shù)據(jù)依賴性采集（DDA）和平行累積連續(xù)碎裂（PASEF）方法進行了基于質(zhì)譜的蛋白質(zhì)組學分析。分析結(jié)果證實，利用粘彈性微流控系統(tǒng)獲取的小細胞外囊泡在蛋白質(zhì)組成方面表現(xiàn)出與金標準超速離心法的相似性能。

圖3 基于質(zhì)譜法檢測的細胞外囊泡相關(guān)蛋白的通路ORA分析

隨后，為了證明該粘彈性微流控系統(tǒng)在臨床液體活檢中的有效性，研究人員從20名癌癥患者（CPs）和20名健康捐獻者（HDs）的血液中分離出小細胞外囊泡，并將其濃度和尺寸與通過金標準超速離心法獲得的數(shù)據(jù)進行了比較。值得注意的是，與金標準超速離心法相比，基于粘彈性微流控系統(tǒng)的方法顯著提高了小細胞外囊泡的獲取率。

最后，研究人員利用從10例健康捐獻者的血液活檢樣本中獲得的小細胞外囊泡探索了其濃度和尺寸與血液儲存時間的關(guān)系。作為血液老化過程的一部分，血細胞中會脫落小細胞外囊泡，因此，隨著時間的推移，血源性小細胞外囊泡的數(shù)量會增加。如圖5C所示，在29天的血液儲存期間，小細胞外囊泡的濃度顯著增加，從而證實了上述預(yù)測。此外，圖5D中的數(shù)據(jù)表明，在同一時間段內(nèi)，相比于濃度的變化，小細胞外囊泡尺寸的增加則更為緩慢（但可測量）。因此，上述觀察結(jié)果證實了該研究所開發(fā)的粘彈性微流控系統(tǒng)在同步監(jiān)測血液質(zhì)量方面的潛力。

圖4 基于粘彈性微流控系統(tǒng)的液體活檢過程中分離獲得的小細胞外囊泡，用于癌癥診斷和監(jiān)測小細胞外囊泡的濃度和尺寸與血液儲存時間的關(guān)系

綜上所述，與現(xiàn)有的小細胞外囊泡分離技術(shù)相比，本文所提出的粘彈性微流控平臺具有低成本、易于操作、高小細胞外囊泡回收率和高純度的特點，可用于科研和臨床研究。

審核編輯：劉清