納米顆粒跟蹤分析技術為外泌體表征開拓新途徑

   外泌體早發現于體外培養的綿羊紅細胞上清液中，是細胞主動分泌，大小較為均一，直徑為30~100納米，密度1.10~1.18 g/ml的囊泡樣小體。隨著分子技術的不斷發展，生物學界對外泌體的探索日趨深入。2013年，三位國外科學家因在細胞膜轉運機制的研究上取得關鍵性突破，被授予諾貝爾生理學或醫學獎。由此，外泌體的研究達到了一個的高度。

　　而近年來，越來越多的證據顯示出外泌體對臨床治療的重要價值。外泌體是細胞間信使，通過其數量和生物化學組成的變化，可為進一步的臨床診斷提供有力的證據。它攜帶多種蛋白質和miRNA，參與細胞信號轉導、細胞遷移、血管新生和腫瘤細胞生長等過程，并且有可能成為藥物的天然載體，應用于腫瘤檢測或臨床治療。

　　但目前國內在外泌體研究方面的經驗十分有限，無論是離心法、過濾離心還是免疫磁珠法，都無法同時外泌體的含量、純度以及生物活性。這首先就制約了外泌體樣本的制取，進而對后續的表征造成困難。而測量技術的局限性也極大地阻礙了外泌體在這些領域的研究進展。

　　為了與水平接軌，同時推動中國醫療事業的發展，使更多中國患者獲得康復良機，廣州某三級甲等醫院抓住國內外泌體研究的先機，于今年啟動了針對骨髓瘤的外泌體表征工作。但是首先，他們在研究設備的選擇上犯了難。

　　在當前中國市場主流的外泌體表征方法中，研究人員的選擇一般有電子顯微鏡、流式細胞儀和動態光散射技術。但電子顯微鏡一次只能觀測數量有限的顆粒，在代表性上存在嚴重不足，同時，由于電子顯微鏡的樣本制備過程比較復雜，因此很容易造成樣本的形態、狀態發生改變；流式細胞儀目前*的測量顆粒粒徑下限為300nm左右，大大超過了外泌體的粒徑上限；而動態光散射技術不適合多分散的復雜外泌體樣本的測量，且無法得出樣品中外泌體的濃度。

　　后來，經過對上*的研究設備進行慎重分析和比對，該醫院開始留意英國馬爾文儀器有限公司（以下簡稱“馬爾文"）的產品。作為材料和生物物理表征領域的企業，馬爾文為眾多客戶提供高性能的粒度表征解決方案，在業界享有盛譽。特別是其采用了一代納米顆粒跟蹤分析技術（馬爾文技術，以下簡稱NTA）的NanoSight產品系列，可以直接并實時觀測納米顆粒，通過光學顯微鏡收集納米顆粒的散射光信號，拍攝其在溶液中做布朗運動的影像，再對每個顆粒的布朗運動進行追蹤和分析，從而計算出納米顆粒的流體力學半徑和濃度。這一新穎的納米顆粒表征方法立即吸引了該家醫院。果然，馬爾文沒有讓他們失望。

　　*功能響應客戶需求

　　從接洽到接受NTA技術，僅在短短的3個月內該醫院就決定采用馬爾文NanoSight系列型號的產品——NS 300納米顆粒跟蹤分析儀（以下簡稱“NS 300"）。對此次合作，馬爾文NanoSight產品梅潔表示：“說服客戶的不是我們的，而是馬爾文的產品本身。"

　　在為該醫院提供詳細的設備培訓后，馬爾文NS 300便馬上投入到了研究使用中。很快，它憑借的性能和方便快捷的操作獲得了客戶研究團隊的普遍認可。

　　的質控作用

　　外泌體的提取一直以來都是橫亙在所有相關研究者面前的一道難題。生物細胞中的囊泡種類繁多，怎樣證明提取的顆粒一定就是外泌體呢？電子顯微鏡在鑒定一定數量的顆粒屬性方面固然有效，但如前所述，電子顯微鏡不適合對顆粒進行快速分析，而動態光散射技術又只能對分布相對均一的樣本顆粒進行檢測，并且不具備熒光功能。

　　配備了NTA檢測技術的馬爾文NS 300在這時便體現出*的功能：它能夠進行嚴格的質控，通過對觀察到的所有顆粒進行分析和計算，*時間給出樣本粒度的詳細分布和濃度的具體信息。同時，研究人員還可以利用熒光標定重點的特定外泌體顆粒，從四種不同波長——405nm、 488nm、 532nm和635nm——的激光器中選擇一款，搭配相應的濾光片，從而實現對熒光樣品的測量，再由NTA技術對其進行單獨檢測，免受復雜樣本（如血清、尿液等）環境的影響。對復雜樣品的分辨能力對于像外泌體這樣的研究對象來說至關重要。

　　尤為關鍵的是，由于NTA的工作原理是通過將一束能量集中的激光穿過玻璃棱鏡對樣品（懸浮顆粒的溶液）進行照射，配以玻璃表面鍍鉻使背景信號小化，可讓研究人員通過顯微鏡直接觀察到納米顆粒在溶液中的布朗運動，并拍攝影像，對每個顆粒的布朗運動進行追蹤和分析，快速地計算出樣本中納米顆粒的流體力學半徑和濃度。相對于其他傳統技術，NTA能對懸浮液中粒徑范圍為10nm-2000nm的顆粒進行表征，并且兼具*的分辨率，對于粒度較為接近的顆粒仍然可以分析，特別適用于外泌體、蛋白質聚集、藥物傳輸、納米顆粒毒理、病毒和疫苗等復雜體系的相關研究。

　　另外，馬爾文NanoSight還可以測定顆粒的數量，指示樣本溶液中的單位體積顆粒濃度和顆粒數量，進行以量為基準的粒徑測試和分布測試。對于客戶可能存在的樣本量不足的研究情況，馬爾文NS 300也能通過支持低濃度測試（低可達到300微升）幫助實現既定監測目標；而同樣的條件，傳統電子顯微鏡很難實現有效的統計學分析。

　　操作簡便、工作效率高

　　通常，大型儀器（如流式細胞儀）在使用前都需要進行復雜的預熱和校準準備。馬爾文NS 300則無需這樣做，它只要連上電源就能直接使用。并且由于NTA技術采用的是斯托克斯-愛因斯坦方程的計算，所提供的是一個無關質量、折光度和顆粒材料的流體力學直徑，因此儀器可跳過繁瑣的校準直接進入研究分析，為工作人員節省研究前的時間。

　　作為一種集成程度和自動化程度都非常高的儀器，馬爾文NS 300除了將軟硬件設備、攝像頭和顯微鏡等集于一體，還整合了顆粒檢測功能與納米顆粒分析技術，為納米顆粒表征提供易于使用的可重復平臺。40cm x 25cm的設備主機集成了超高靈敏度科研級sCMOS光電傳感器、溫控單元和一個具有四種可選波長的激光。樣品池和激光模塊也能輕易的拆卸和組裝，便于移動、清潔，適合高通量檢測。*的軟件分析能力讓馬爾文NS 300在極短的時間內就能繪制出粒徑—對應數量分布強度—顆粒散射光強的三維圖譜，并得出與各種粒徑顆粒有關的信息。這樣不僅減少了人為操作失誤的概率，更大大提高了研究人員的工作效率。

　　據該客戶介紹，在使用馬爾文儀器NS 300之前，原本使用流式細胞儀做4個實驗項目，可能要花一個下午的時間，而現在用馬爾文NS 300，一個小時就能輕松搞定，且分析結果、可靠。對他們來說，這不光節約了的時間，加速推進整個科研進程，還為醫院節省了寶貴的人力成本。

　　“市面上常見的表征儀器往往只具有單一的功能，無法滿足我們的要求，之所以后選擇馬爾文NS 300也正是考慮到它在功能上的*。可以說，到目前為止，NS 300給我們提供了很大的幫助。"該醫院血液科某唐姓醫生表示。

　　增值服務保障產品*狀態

　　作為顆粒物表征技術的市場，馬爾文不斷把行業中的*技術帶到中國，讓客戶買到的不只是一個硬件，而是一整套解決方案。除了技術創新，馬爾文也一貫注重客戶服務，其技術團隊人數是銷售團隊的3倍，涵蓋了學術級、應用和服務工程師等，他們會參與客戶的研究工作，深入了解客戶需求，為其提升產品價值。

　　在此次合作中，除了高品質的產品，馬爾文所提供的的應用支持，也是該醫院選擇馬爾文的關鍵原因。在設備采購的溝通階段，馬爾文就為客戶提供了細致的產品咨詢，幫助他們根據具體的研究需要采購設備。而在開始使用階段，馬爾文也安排了的指導培訓，并針對客戶的實驗應用環境給出許多建議，幫助客戶迅速熟悉設備，滿足特定實驗目標的需求，更快、更好、更有針對性地獲得技術表征結果。

　　在售后階段，馬爾文的工程師們也為該醫院提供了的維修和維護服務，快速響應他們的要求，幫助他們診斷并解決設備在使用過程中遇到的問題，確保儀器始終處在*的工作狀態，提升客戶滿意度。

　　總結與展望

　　在馬爾文NS 300的幫助下，該醫院的外泌體研究表征上目前已取得了初步進展，以有力的證據驗證了正常組織細胞和腫瘤組織細胞在外泌體粒徑及粒徑分布濃度上的差異。目前，更多實驗還在進行過程中，相信有馬爾文NS 300的鼎力支持，不久的將來會有更多科研進展呈現。

　　雖然外泌體作為生物標志物的研究在國內尚處于起步階段，但它在臨床治療領域已顯現出巨大的發展潛力。在臨床診斷中，簡單快速地在復雜生物背景下測量外泌體濃度、粒徑是*要求，目前存在的方法都無法地解決這一問題。NTA作為一項的測量技術，具有實時觀測和熒光測量功能，能夠以較高的分辨率，地測量顆粒濃度，從而為外泌體大小和濃度研究提供新的思路。而隨著越來越多科研機構與研究項目成果的進一步披露，以馬爾文NanoSight為代表的新一代NTA技術將會為推進外泌體研究乃至人類健康事業的發展做出更大貢獻。