【原】Nat Commun丨磁性激活的納米級(jí)細(xì)胞平臺(tái)用于細(xì)胞外囊泡的分型鑒定

hzangs 2023-09-13 發(fā)布于上海

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外泌體PD-L1 （exoPD-L1）作為一種預(yù)測(cè)PD-1/PD-L1免疫治療反應(yīng)的生物標(biāo)志物，最近受到了廣泛關(guān)注。然而，目前的外泌體分析技術(shù)主要依賴于總體測(cè)量，而不很難在各種外泌體亞群內(nèi)發(fā)現(xiàn)的異質(zhì)性。來自加拿大多倫多大學(xué)的研究人員提出了一個(gè)磁性激活的納米級(jí)細(xì)胞檢測(cè)平臺(tái)NanoEPIC，可以從血漿中進(jìn)行外泌體的分子分型和表面exoPD-L1表達(dá)分析。NanoEPIC提供了強(qiáng)大的、高通量的外泌體標(biāo)記分析，使EV亞群分析成為可能，為增強(qiáng)癌癥篩查、個(gè)性化治療和治療反應(yīng)監(jiān)測(cè)提供了新技術(shù)。相關(guān)內(nèi)容以“A magneto-activated nanoscale cytometry platform for molecular profiling of small extracellular vesicles” 為題于9月11日在線發(fā)表在國際知名綜合性學(xué)術(shù)期刊Nature Communications雜志上。

免疫檢查點(diǎn)PD-L1的發(fā)現(xiàn)徹底改變了傳統(tǒng)癌癥治療方法。干擾PD-L1/PD-1的干預(yù)措施改善了許多癌癥的臨床結(jié)果，包括腎癌、肺癌、乳腺癌、結(jié)腸癌和黑色素瘤。然而，由于腫瘤的異質(zhì)性和免疫調(diào)節(jié)機(jī)制的復(fù)雜性，只有一小部分患者對(duì)免疫治療有反應(yīng)。因此，開發(fā)有效的診斷工具對(duì)患者進(jìn)行分級(jí)，并使免疫治療應(yīng)答者和無應(yīng)答者能夠在早期分類，這將有助于早期決策，并最大限度地提高癌癥治療的成功率。雖然細(xì)胞表面PD-L1 （cPD-L1）是免疫治療中最有效的預(yù)測(cè)性生物標(biāo)志物之一，但它僅在不到30%的患者中被證明具有預(yù)測(cè)性。

最近的研究表明，與PD-L1相比，小細(xì)胞外囊泡（sEV）可以在其表面呈現(xiàn)PD-L1，并作為改進(jìn)的信息性生物標(biāo)志物。sEV是細(xì)胞外囊泡（EV）的一個(gè)亞類，是由細(xì)胞分泌的脂質(zhì)雙層封閉結(jié)構(gòu)，其中外泌體是研究最多的sEV。sEV的典型尺寸范圍為30-160 nm，可以攜帶來自親本細(xì)胞的蛋白質(zhì)、代謝物、脂質(zhì)和核酸等分子成分，并在腫瘤微環(huán)境中充當(dāng)通訊貨物。由于其在血液、尿液和唾液等體液中的高穩(wěn)定性和高豐度，sEV是有希望的癌癥生物標(biāo)志物。特別是，外泌體PD-L1 （exoPD-L1）已被證明是腫瘤進(jìn)展和免疫治療反應(yīng)的一個(gè)強(qiáng)有力的指標(biāo)。盡管分析外泌體標(biāo)記物很重要，但由于腫瘤源性sEVs的體積小且異質(zhì)性，檢測(cè)起來存在許多技術(shù)限制。最近的研究表明，EV中的PD-L1表達(dá)可能是異質(zhì)的，這些EV表現(xiàn)出PD-L1依賴性的T細(xì)胞活化抑制。

傳統(tǒng)的分離sEV的方法，如超離心、過濾和聚合物沉淀法，耗時(shí)長，回收率和純度低。此外，sEV分析的標(biāo)準(zhǔn)方法，如Western blot和酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)（ELISA），由于靈敏度相對(duì)較低、需要的樣本量大而受到限制。一些研究嘗試使用流式細(xì)胞術(shù)篩選外泌體蛋白。事實(shí)上，通過優(yōu)化的高端細(xì)胞儀，PD-L1陽性EVs已在臨床樣本中被檢測(cè)到，并顯示出與免疫治療結(jié)果相關(guān)。然而，對(duì)于尺寸小于100 nm的EV的檢測(cè)仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)，需要提高通量。最近的研究已經(jīng)應(yīng)用新型納米材料或微流體系統(tǒng)來檢測(cè)sEV并分析其蛋白質(zhì)含量。一些團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開發(fā)了幾種能夠?qū)εR床標(biāo)本中的sEV進(jìn)行多參數(shù)分析的平臺(tái)，如納米等離子體傳感器、電化學(xué)傳感器和免疫磁珠法。盡管這些方法具有出色的分析性能和廣泛的診斷用途，但它們也缺乏處理大量血漿樣品所需的通量。盡管我們對(duì)sEV的轉(zhuǎn)化潛力的理解正在迅速發(fā)展，但如果缺乏基于其異質(zhì)標(biāo)記表達(dá)進(jìn)行有效分離sEV的技術(shù)，進(jìn)一步表征其在疾病中的生物學(xué)作用并將其作為臨床生物標(biāo)志物的能力將受到極大阻礙。

該研究團(tuán)隊(duì)近年來開發(fā)了許多基于免疫親和的微流控技術(shù)，用于快速、高通量和廉價(jià)的靶向細(xì)胞生物標(biāo)志物，以解決多種疾病的異質(zhì)性。循環(huán)腫瘤細(xì)胞（CTC）的表面標(biāo)記分析（如EpCAM）已顯示出與癌癥進(jìn)展的臨床相關(guān)性。他們還發(fā)現(xiàn)具有不同表面標(biāo)記的細(xì)胞亞群表現(xiàn)出不同的行為。例如，與CD39高表達(dá)或低表達(dá)的腫瘤浸潤淋巴細(xì)胞相比，CD39中等表達(dá)的腫瘤浸潤淋巴細(xì)胞（TILs）在殺死癌細(xì)胞方面更有效。因此，研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，基于生物標(biāo)志物的sEV分析也可以預(yù)測(cè)治療結(jié)果。

在這項(xiàng)研究里，研究團(tuán)隊(duì)描述了一種微流控方法，通過使用免疫磁性激活細(xì)胞術(shù)（NanoEPIC），通過納米級(jí)外泌體蛋白分選來分析sEV的分子譜。NanoEPIC平臺(tái)可以基于表面標(biāo)記物的表達(dá)對(duì)單個(gè)sEV進(jìn)行高通量和高分辨率的分選。此外，NanoEPIC可以直接從無細(xì)胞的生物液體（如血漿或細(xì)胞培養(yǎng)基）中對(duì)sEV進(jìn)行單步處理。通過小鼠模型，研究人員驗(yàn)證了NanoEPIC預(yù)測(cè)免疫治療反應(yīng)的可靠性，并證明了exoPD-L1譜與腫瘤PD-L1負(fù)荷和T細(xì)胞抑制之間的強(qiáng)烈關(guān)聯(lián)。此外，sEV可以有效地回收用于下游分析，從而可以測(cè)試CD8+ T細(xì)胞的抑制作用。用表達(dá)不同水平PD-L1的sEV處理后，CD8+ T細(xì)胞的活化受到不同程度的抑制?？偟膩碚f，這種方法不僅可以對(duì)exoPD-L1進(jìn)行表型分析，作為一種監(jiān)測(cè)治療反應(yīng)的潛在策略，而且還可以分離異質(zhì)sEV進(jìn)行進(jìn)一步的下游研究，為以sEV為重點(diǎn)的研究提供技術(shù)方法。

參考文獻(xiàn)：A magneto-activated nanoscale cytometry platform for molecular profiling of small extracellular vesicles. Nat Commun. 2023 Sep 11;14(1):5576.