Small:用于分离细胞外囊泡和血浆蛋白的体积排阻层析微流控芯片 (µSEC)

1. 研究背景

细胞外囊泡 (EV,直径约 50-200 纳米) 通常携带与疾病相关的生物分子,并且在细胞间通讯中起到重要作用,从而被公认为新一代疾病诊断标记物。目前,EV样品制备的主要瓶颈在于如何快速高效地将其从蛋白质浓度极高的生物体液(如血液)中分离出来。体积排阻层析 (size exclusion chromatography, SEC) 操作简单,并且与超速离心相比,产生的 EV 产量更高,蛋白质污染更低,因而被广泛用于临床 EV 分离。SEC普遍使用商业预装或自填充的色谱柱对样本进行分离,然而因为其体积较大,所以批量处理模式下不易与后续分析装置整合一体化。本文利用微流控技术通过微米级通道集成分离和检测装置,从而实现了一站式EV的分离和检测。

2、文章概述

近日,新加坡南洋理工大学机械和航空系侯翰伟助理教授领导的科研团队提出了一种用于分离细胞外囊泡和血浆蛋白的新型体积排阻层析微流控芯片。该微流控 SEC芯片(μSEC)由硫醇-烯聚合物(NOA81)利用两次成型技术制成,制备过程只需20分钟。和普遍微流控材料相比,NOA81制备的芯片具有较高成型精度(<20微米)和杨氏模量(~1GPa),芯片内置的微阵列结构取代了柱筛板,简化了制作工序,并且最大限度地减少由于注射器内的死体积引起的谱带展宽。通过改进芯片内置T 形接头进样器,样品注入时阀门切换的稳定性得到了提高,并且将切换时间缩短至1.5秒,注入体积减少至600 纳升。本文通过实验证实了µSEC 能直接从未稀释的人类贫血小板血浆中成功把EV从血浆蛋白中分离出来。

3、图文导读

图1 μSEC的分离原理。(A)微流控芯片和其系统架构。(B)μSEC不同区间的俯视图及横截面。(C)体积排阻层析分离细胞外囊泡和蛋白质原理示意图。

图2人类血浆中EV的分离。(A)µSEC和商业化SEC(commercial SEC,cSEC)分离EV的流程。(B,C)µSEC和cSEC的颗粒浓度(NTA)和蛋白质浓度(BCA)。(D,E)µSEC和cSEC的颗粒大小分布。(F) 在电子显微镜下µSEC和cSEC分离出的EV。(G)Western blot显示分离出来的EV与杂质的生物标志物。(H)流式细胞术显示附着在醛基微珠上的EV的CD9和CD81表达量。

4、结论:

研究团队研发了一款体积排阻层析微流控芯片 (µSEC)用以分离血浆中细胞外囊泡(EV)。EV分离的传统方法过程繁琐,并且涉及多台大型设备,而µSEC的小型化、模块化和自动化的芯片设计有助于实现各种样品预处理和下游检测分析装置的一体化,从而实现EV的实时分离和检测,为临床EV检验提供了思路。

论文信息:

Microfluidic Size Exclusion Chromatography (μSEC) for Extracellular Vesicles and Plasma Protein Separation

Sheng Yuan Leong, Hong Boon Ong, Hui Min Tay, Fang Kong, Megha Upadya, Lingyan Gong, Ming Dao, Rinkoo Dalan, Han Wei Hou*

Small

DOI: https://doi.org/10.1002/smll.202104470

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/smll.202104470