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细胞知识:外泌体的提取方法

新闻动态 2025-01-10

外泌体的提取是生物医学研究中至关重要的一步,它们作为细胞间通信的重要媒介,承载着丰富的生物信息。本文将详细介绍外泌体的提取方法,涵盖经典的传统方法以及近年来发展起来的新技术,旨在为科研人员提供全面而实用的指导。

一、超速离心法

超速离心法(UC)是外泌体提取的经典方法,通过不同转速的离心步骤,逐步去除细胞、细胞碎片及大分子物质,最终获得外泌体沉淀。该方法主要分为差速超速离心(DUC)和密度梯度超速离心两种。

1. 差速超速离心(DUC)

差速超速离心通过一系列不同转速的离心步骤,逐步分离出外泌体。首先,将收集的细胞培养上清或生物体液在300×g离心10分钟,去除细胞和大的细胞碎片。然后,将上清转移至新的离心管,以2000×g离心10分钟,进一步去除残留的细胞碎片和微囊泡。最后,将上清再次转移至超速离心管,以100,000-120,000×g离心60-90分钟,使外泌体沉淀在管底。需要注意的是,由于细胞外液具有高度异质性,DUC可能导致非理想的外泌体聚集,因此可能需要进一步纯化。

2. 密度梯度超速离心

密度梯度超速离心是对DUC的改进,通过在样品中加入具有密度梯度的惰性介质(如蔗糖或氯化铯),利用颗粒密度与介质密度的差异进行分离。该方法适用于沉降系数略有差异的颗粒的分离,可以获得更纯化的外泌体。然而,密度梯度超速离心需要配制惰性梯度介质溶液,操作相对繁琐,且不能完全依赖于密度差异进行分离,对于具有与外泌体相似浮力密度但大小不同的颗粒,其分离效果有限。

二、超滤法

超滤法(UF)是一种基于尺寸的隔离技术,使用具有指定孔径或截留分子量(MWCO)的膜来分离预定尺寸范围内的颗粒。超滤法具有处理时间短、不需要特殊设备的优点,但膜堵塞是一个值得注意的问题。

1. 串联配置的超滤

串联配置的超滤通过两层膜进行过滤,大囊泡(包括细胞碎片、凋亡小体和细胞)被困在200nm的膜中,而直径在20-200nm范围内的囊泡则保留在下方20nm的筛选膜中。这种方法可以有效地去除大颗粒物质,但需要注意膜的选择和更换,以避免堵塞。

2. 连续超滤

连续超滤则通过多个过滤器进行逐步过滤,首先通过1000nm过滤器去除大颗粒物质,然后通过500-kD的过滤器去除游离蛋白质,最后通过200nm过滤器收集直径在50-200nm范围内的外泌体。连续超滤可以进一步提高外泌体的纯度,但同样需要注意膜堵塞的问题。

三、切向流过滤(TFF)

切向流过滤(TFF)是一种错流过滤形式,通过切向流分量破坏浓差极化层的形成,显著降低渗透通量,有效减少潜在的堵塞。TFF可以提高外泌体的产量和生物活性,同时保持批次间的一致性。此外,TFF还适用于处理大量样品,且不需要额外的设备。

四、尺寸排阻色谱(SEC)

尺寸排阻色谱(SEC)使用多孔凝胶过滤聚合物作为固定相,利用颗粒大小进行分离。SEC具有分离纯度高、保持外泌体完整性和天然生物活性的优点,适用于小样本量的分离。此外,SEC还可以根据所用材料的不同孔径产生特定的外泌体子集。然而,SEC无法避免类似大小的污染物的存在,且总收益较低。为了提高分离效果,可以将SEC与其他方法(如DUC)结合使用。

五、PEG-base沉淀法

PEG-base沉淀法利用聚乙二醇(PEG)等聚合物通过劫持外泌体周围的水分子来创造疏水微环境,迫使外泌体在低速离心下离开溶液并沉淀。该方法具有简单、可扩展、产量高、外泌体不变形等优点,且无需额外设备即可用于大量样品的处理。然而,PEG-base沉淀法获得的外泌体纯度较低,存在可溶性非外泌体蛋白、病毒粒子、免疫复合物等污染物的共沉淀问题。因此,在使用该方法时需要注意对提取物的进一步纯化和鉴定。

六、磁珠免疫法

磁珠免疫法利用外泌体特异性的抗体标记的磁珠与外泌体结合,然后通过磁力作用将磁珠(结合外泌体)吸附在管壁一侧,弃去上清后洗涤磁珠-外泌体复合物,最后通过加入洗脱缓冲液将外泌体从磁珠上洗脱下来。该方法具有高度的特异性和灵敏度,适用于对外泌体进行定性和定量分析。然而,磁珠免疫法需要制备特异性的抗体标记磁珠,且操作相对繁琐。

七、试剂盒提取法

试剂盒提取法是一种便捷的外泌体提取方法,其原理主要基于试剂与外泌体的结合和沉淀。使用试剂盒提取外泌体时,需要按照说明书操作,将适量的沉淀试剂加入样本中混合均匀后静置过夜,然后离心收集沉淀并用PBS重悬。试剂盒提取法具有操作简便、快速、适用于大量样本处理的优点。然而,不同试剂盒的提取效率和纯度可能存在差异,因此在使用前需要对试剂盒进行筛选和优化。

综上所述,外泌体的提取方法多种多样,每种方法都有其独特的优点和局限性。在选择提取方法时,需要根据实验目的和样本特点进行综合考虑和选择,并结合实际情况进行优化和改进。同时,在提取过程中需要严格遵守操作规范,确保提取物的质量和纯度,为后续的实验研究提供可靠的基础。