細胞外囊泡廣泛存在于循環(huán)系統(tǒng)中，能夠介導(dǎo)細胞間通訊，在細胞外基質(zhì)中擴散從而調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境。細胞外囊泡的機械性質(zhì)影響其生物學(xué)功能，從而影響對目標(biāo)細胞的改造效果。此外，囊泡的機械性質(zhì)還會影響其穿越細胞外基質(zhì)的過程，這對其向遠端傳遞生物信息十分重要。細胞在惡變過程中力學(xué)性質(zhì)的改變引起細胞行為和腫瘤微環(huán)境的改變，最終決定腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移。細胞外囊泡是細胞分泌的納米級膜囊泡，攜帶和傳遞來源細胞的磷脂膜及胞漿蛋白和核酸等內(nèi)容物，反映來源細胞的分子生物信息和力學(xué)性質(zhì)，被認(rèn)為是穩(wěn)定循環(huán)的生物標(biāo)志物，也是理想的細胞力學(xué)研究模型。細胞外囊泡的生物力學(xué)性質(zhì)決定其在循環(huán)系統(tǒng)、腫瘤微環(huán)境以及細胞分泌和攝取等細胞間通訊過程中的行為，最終影響腫瘤進展和轉(zhuǎn)移。

近年來，關(guān)于細胞外囊泡生物力學(xué)性質(zhì)的研究較少，以楊氏模量作為評估指標(biāo)而表觀地分析囊泡的剛度，缺乏對囊泡內(nèi)在納米力學(xué)性質(zhì)，如彎曲模量和滲透壓等對囊泡剛度的探討。在該工作中，中國科學(xué)院國家納米科學(xué)中心研究員楊延蓮和王琛等利用原子力顯微鏡在單個細胞外囊泡水平上研究了其力學(xué)行為，剖析了囊泡的內(nèi)在納米力學(xué)性質(zhì)，通過設(shè)計納米壓痕實驗研究了彎曲模量和滲透壓等對囊泡剛度的影響，并通過建立新的力學(xué)模型對囊泡的力學(xué)行為進行定量分析。通過比較不同惡性程度和不同大小的細胞外囊泡，研究建立了細胞外囊泡納米力學(xué)性質(zhì)與腫瘤惡性程度以及尺寸大小的關(guān)系，這有助于建立以細胞外囊泡納米力學(xué)性質(zhì)為生物標(biāo)志物的腫瘤惡性程度評估方法和標(biāo)準(zhǔn)。另外，細胞外囊泡具有高生物相容性、低免疫原性等特點，因此被越來越多地用作一種藥物遞送載體。研究細胞囊泡的生物力學(xué)性質(zhì)可為設(shè)計和優(yōu)化以細胞外囊泡為基礎(chǔ)的納米藥物載體，通過調(diào)節(jié)其剛度從而提高藥物遞送效率提供幫助。

楊延蓮課題組長期致力于開發(fā)腫瘤檢測及治療的新方法，前期提出了微球輔助流式細胞術(shù)方法來檢測血液來源的小細胞外囊泡，并將該方法拓展應(yīng)用于乳腺癌（Small methods. 2018;2(11):1800122）、腦膠質(zhì)瘤（Theranostics, 2019;9(18): 5347-58），垂體瘤（Analytical Chemistry, 2019;91(15): 9580-89）等多種腫瘤的液體活檢分析當(dāng)中，取得了較好的檢測效果，實現(xiàn)了多種癌癥的臨床診斷和分子分型，在臨床上具有廣泛應(yīng)用前景。在此標(biāo)志性蛋白分型的基礎(chǔ)上，考慮到小細胞外囊泡在腫瘤轉(zhuǎn)移中的力學(xué)性質(zhì)差異，研究人員構(gòu)建了新模型對AFM典型力曲線數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)合小細胞外囊泡的尺寸異質(zhì)性，實現(xiàn)了對不同惡性程度以及同一來源不同大小囊泡的納米力學(xué)性質(zhì)差異分析。

研究工作得到國家重點研發(fā)計劃納米專項，國家自然科學(xué)基金、中科院前沿科學(xué)重點研究計劃、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（B類）和中科院青年創(chuàng)新促進會的支持。

論文鏈接

基于AFM的納米壓痕示意圖及彎曲模量隨小細胞外囊泡惡性程度和尺寸變化的規(guī)律

來源： 國家納米科學(xué)中心