亮点
- 提出了一个"货物到诊所"路线图，将外泌体分子谱型分析与基于光学的分析诊断平台联系起来。
- 阐述了光学策略（包括荧光、表面等离子体共振和表面增强拉曼光谱）在外泌体货物谱型分析中的潜力。
- 讨论了微流控和芯片实验室的整合，以实现多重化和分散式液体活检诊断。
- 探讨了人工智能辅助光谱分析和化学计量学在外泌体诊断转化中的实用性。
- 批判性评估了纳米材料增强光学平台在临床部署中的临床准备水平。
摘要
外泌体，这种纳米级细胞外囊泡（EVs），由于其多样化的分子货物，已成为无创诊断的潜在候选者。然而，将分子谱型分析转化为临床诊断需要整合灵敏的检测平台、标准化的工作流程和稳健的数据解释框架。本综述概述了一个结构化的"货物到诊所"路线图，该路线图将外泌体分子表征与设备级临床实施联系起来。包括基于荧光的检测、表面等离子体共振和表面增强拉曼光谱在内的光学策略，因其能够高灵敏度分析外泌体而受到审视，同时高通量和单外泌体技术可发现和解析多组学特征和囊泡异质性。随后，微流控芯片实验室平台和人工智能（AI）辅助数据分析方法被讨论为使能系统，它们将外泌体分离、富集和检测整合到简化的临床工作流程中。通过将分子谱型与分析性能和临床准备水平联系起来，本综述阐明了必须解决的技术和标准化挑战，以建立常规实践中的外泌体诊断。
章节摘要
外泌体：从细胞的纳米货物到临床相关性
细胞不仅通过直接接触和可溶性因子进行通信，还通过细胞外囊泡（EVs）进行通信，其中外泌体是研究最为广泛的。需要注意的是，根据当前的EV命名法，"EV"作为一个广义术语用于指代所有释放到细胞外空间的膜结合囊泡，包括外泌体、微囊泡和凋亡小体，当无法确定大小和生物发生时。
外泌体分子货物谱型及其生物学相关性
如前所述，外泌体内的分子货物包含复杂的生物活性分子集合，如图1所示。本节回顾了主要的外泌体货物类别，包括蛋白质、核酸、脂质和代谢物，它们的丰度谱型及其在疾病谱型分析中的诊断意义。
目标转化层：用于外泌体谱型分析的先进光学检测平台
外泌体货物的分子异质性为疾病诊断提供了丰富且具有生物学信息的基础。然而，这些货物的转化价值不仅取决于其生物学相关性，还取决于能否获得具有足够灵敏度、特异性和可重复性的分析平台来检测临床复杂样品中的这些信号。先进的光学技术如基于荧光的检测、表面等离子体共振（SPR）等。
发现层：高通量技术
光学平台作为"货物到诊所"路线图的转化读出层，而高通量和单外泌体技术则代表了上游发现和正交验证层，定义了用于分析的相关生物标志物面板。这些方法能够进行更广泛的分子检测，揭示囊泡间的异质性，并在靶向光学验证前支持候选生物标志物的优先排序。传统的高通量技术。
分辨层：外泌体异质性
由于大小、货物组成、表面标记物和亲代细胞来源的差异而产生的外泌体异质性，代表了疾病病理学中的关键生物学功能。因此，单外泌体分析构成了"货物到诊所"路线图的分辨层，能够识别罕见的疾病特异性亚群，并阐明囊泡多样性如何影响生物标志物性能和临床效用。
预分析层：样本处理和准备
样本采集和预处理代表了"货物到诊所"路线图中的关键转化里程碑，因为它决定了在应用任何分析技术之前是否有临床意义的外泌体信号得以保留。这一预分析层确保了囊泡完整性的保持、污染物背景的减少以及由处理引入的变异性的控制。实际上，这一层定义了下游测定性能。
整合层：用于外泌体谱型分析的微流控技术
尽管检测技术取得了进步，但临床转化中的一个主要瓶颈仍然是工作流程的碎片化，其中分离、富集和检测作为离散的、劳动密集型的步骤进行。微流控芯片实验室系统通过实现样本处理和分析读出的端到端整合，解决了这一限制，从而将复杂的实验室协议转变为简化的自动化平台。
解释层：外泌体诊断中的人工智能（AI）和机器学习（ML）
由光学、组学和单囊泡平台生成的数据集正变得越来越庞大和复杂，需要高级计算技术。人工智能（AI）和机器学习（ML）可以帮助将这些数据集转化为具有临床意义的模式，例如，通过分析复杂的表面增强拉曼光谱（SERS）光谱、表面等离子体共振（SPR）响应曲线、DIA-MS输出和多组学表，以识别可能超出人类能力的疾病模式。
应用层：用于疾病诊断的外泌体货物含量
在建立了集成技术和AI解释层之后，本节概述了它们在疾病特定应用中的使用。本综述中报告的分析技术和使能技术汇聚于一个共同目标，即从外泌体中提取具有诊断价值的货物特征。光学平台（荧光、SPR、SERS）、微流控系统（ExoChip、ExoSearch）、高通量组学、单囊泡方法和基于AI的分析可以组合起来检测货物生物标志物。
部署层：从实验室到即时检测的转化
报告用于外泌体货物分析的技术可以广泛部署为集中式系统或近患者即时检测（PoC）设备。仪器密集型技术，包括表面等离子体共振、表面等离子体共振成像和纳米流式细胞术，由于其关键要求，仍然非常适合实验室环境。上述技术依赖于专业硬件、受控操作条件和训练有素的人员，限制了它们在分散环境中的广泛应用。
未来展望：完成"货物到诊所"路线图
外泌体研究正进入一个决定性的转化阶段，光学传感、微流控和系统级货物分析的进展正在汇聚为具有临床可操作性的诊断。尽管在外泌体蛋白质、核酸、脂质和代谢物的分类方面取得了实质性进展，但现在的主要挑战是将这些分子知识转化为能够在真实临床环境中可靠运行的工作流程。
作者贡献声明
Tushar Raja：数据管理，正式分析，调查，可视化，撰写-原始草稿。Amauri Horta-Velázquez：正式分析，调查，撰写-原始草稿。Mayilvahanan Bose：正式分析，撰写-审阅与编辑。Afsheen Raza：正式分析，撰写-审阅与编辑。Sanket Goel：正式分析，撰写-审阅与编辑。Narayanan Madaboosi：正式分析，调查，撰写-审阅与编辑。Neeru Sood：数据管理，正式分析。
竞争利益声明
作者声明以下可能被视为潜在竞争利益的财务利益/个人关系：Divagar Murugan报告称BITS Pilani - Dubai Campus提供了财务支持。Divagar Murugan报告与BITS Pilani - Dubai Campus的关系包括：雇佣。Eden Morales Narvaez博士是本文的合著者之一，鉴于他在特刊中担任客座编辑的角色，他没有参与本文的同行评审。
致谢
DM感谢BITS Pilani Dubai校区提供支持资源，这些资源有助于准备本综述文章。
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