金泽大学研究：通过高速分子信使成像解码细胞通讯

Kanazawa University research: Decoding how cells communicate by high-speed imaging of molecular couriers

金泽大学纳米生命科学研究所（WPI-NanoLSI）展示了一种使用高速原子力显微镜（HS-AFM）视频技术对小细胞外囊泡（sEVs）进行纳米级分析的新方法。这一开创性技术以前所未有的细节水平描述了sEV亚群，为其生物学功能和在疾病诊断中的潜在应用提供了新见解。

细胞外囊泡（EVs），包括外泌体和微囊泡，在细胞间通信中起着关键作用，它们通过转运蛋白质、脂质和RNA等生物分子来传递信息。这些微小的囊泡充当“分子信使”，在细胞之间传递信息以调节免疫反应、组织修复，甚至疾病进展。然而，由于其尺寸小且具有异质性，精确表征这些纳米级囊泡仍然是一个重大挑战。现有的技术，如纳米颗粒追踪分析（NTA）和流式细胞术，缺乏足够的分辨率来提供单个囊泡的精确结构和组成信息。

在这项由林基祥（Keesiang Lim）和黄理查德（Richard W. Wong）领导的研究中，团队利用HS-AFM在生理条件下对源自HEK293T细胞的sEV纳米拓扑结构进行了可视化。研究结果显示，特定外泌体标记物（如CD63和CD81）富集的sEV亚群存在显著差异。值得注意的是，他们观察到直径小于100纳米的sEV表现出更高的膜刚性和更高的外泌体标记共定位，而较大的囊泡则显示出显著的高度波动。

黄理查德表示：“我们的研究代表了细胞外囊泡研究的重大进步。通过利用HS-AFM视频技术，我们现在可以直接观察单个sEV表面标记物的动态相互作用，为开发高精度基于EV的生物标志物铺平了道路。”

这种纳米级免疫分型方法有可能彻底改变早期疾病检测，特别是在癌症诊断领域，基于外泌体的生物标志物正受到越来越多的关注。此外，该方法还可以通过更精确地表征治疗性EV，推动靶向药物递送和再生医学的进步。

术语表

• 分子信使：在细胞间运输生物分子的小细胞外囊泡（sEVs），促进细胞间通信。
• 高速原子力显微镜（HS-AFM）：一种高分辨率成像技术，可实时可视化纳米级结构和动态生物过程。
• 纳米拓扑学：在生理条件下研究生物实体（如细胞外囊泡）表面结构和纳米级特征的学科。
• 免疫分型：利用抗体识别细胞衍生囊泡上的特定生物分子标记物以区分亚群的过程。

参考文献

Muhammad Isman Sandira, Keesiang Lim, Takeshi Yoshida, Elma Sakinatus Sajidah, Shinnosuke Narimatsu, Reon Imakawa, Kota Yoshimura, Goro Nishide, Yujia Qiu, Azuma Taoka, Masaharu Hazawa, Toshio Ando, Rikinari Hanayama, Richard W Wong, "Nanoscopic Profiling of Small Extracellular Vesicles via High-Speed Atomic Force Microscopy (HS-AFM) Videography," Journal of Extracellular Vesicles, 2025年3月

DOI: 10.1002/jev2.70050

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资助

本研究得到了日本文部科学省（MEXT）世界顶级国际研究中心计划（WPI）的支持，并获得了JST SPRING、MEXT/JSPS KAKENHI、JST CREST、北陆银行、武田科学基金会和岛津科学基金会的资助。

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