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外泌体研究的关键痛点:纯化工艺的优化与选择策略


外泌体是细胞主动分泌的细胞外囊泡的一种,几乎被所有细胞分泌,其大小为30-150nm,是一类具有磷脂双分子层的“纳米胶囊”,内含多种生物活性成分,如蛋白质、核酸和脂质等,广泛参与体内生理病理过程,在疾病诊断、药物递送和基础研究中展现出巨大潜力。然而,获得高纯度、完整的外泌体是后续所有研究中的基础,也是许多研究者面临的挑战。


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图1:外泌体形态


外泌体的纯化难题


1、产量瓶颈

  • 天然外泌体产量极低,1升细胞培养液仅能产出约10¹⁰-10¹¹个颗粒

  • 外泌体分泌的细胞周期依赖性

  • 细胞密度与产量的非线性关系



2、质量稳定性

  • 批次间一致性:细胞状态波动、培养条件微小变化、操作人员差异

  • 污染物去除效率:宿主细胞蛋白残留、内毒素、核酸污染



3、活性保持与回收率平衡

  • 膜结构极其敏感,内容物稳定性差

  • 差异化去除杂质影响活性



外泌体的应用方向


1、研究疾病发生机制

例如,外泌体可以通过降低炎性细胞因子(包括 TNF-α、COX-2 等),提高 IL-10 等炎性细胞因子,以缓解因多重刺激而产生的炎性反应。



2、作为新型体外诊断标志物的研究

外泌体所含成分具有明显的特异性,可利用此特性作为疾病的生物标记,作为诊断之用,如circRNA_0006859通过miR-431-5p调控骨形成。目前面市的外泌体疾病诊断产品,包括Exo DX Lung (ALK)、泌思优等。



3、药物递送载体

外泌体因其低免疫原性、高稳定性和良好的生物相容性,正成为一种新型的药物递送载体,具有广阔的应用前景,如工程化外泌体搭载GLP-1类似物(BAY55-9837),提升β细胞功能。



4、医美领域

  • 干细胞外泌体因在上皮组织的增殖、迁移、再生、炎症和瘢痕控制等方面发挥重要作用,有望成为“无细胞的细胞治疗”工具。

  • 外泌体还可以作为细胞间通讯媒介,促进细胞增殖、分化和修复,从而在再生医学中发挥作用。

  • 由于动物和人源干细胞外泌体,已经被证明具有促进组织再生、抗衰老和免疫调节等多种功能,所以,在化妆品领域及医美领域也已经得到越来越多的应用。目前,国内医美领域已有众多产品面市。



常见外泌体分离纯化方法


1、超速离心法

  • 原理:分为差速超速离心和密度梯度超速离心

  • 适用场景:科研基础研究



2、聚合物沉淀法

  • 原理:PEG沉淀外泌体

  • 适用场景:快速筛查(低成本)



3、尺寸排阻层析(SEC)

  • 适用场景:诊断试剂/GMP生产
  • 原理:利用尺寸大小差异来分离



4、亲和层析

  • 原理:利用抗体和外泌体表面蛋白之间的相互作用来分离外泌体

  • 适用场景:治疗药物/高价值应用



5、切向流过滤(TFF)

  • 原理:膜过滤去除小分子杂质

  • 适用场景:大规模预处理



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