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利用AFM對(duì)小細(xì)胞外囊泡進(jìn)行定量納米力學(xué)分析
腫瘤衍生的小細(xì)胞外囊泡 (sEV) 的納米力學(xué)特性對(duì)癌癥進(jìn)展至關(guān)重要。最近，國(guó)家納米中心的楊延蓮研究員、王琛研究員、朱凌研究員等人合作的工作以“Quantitative Nanomechanical Analysis of SmallExtracellular Vesicles for Tumor Malignancy Indication"為題發(fā)表于ADVANCED SCIENCE，在原子力顯微鏡 (Dimension FastScan AFM ,Bruker) 上利用納米壓痕在單囊泡水平上定量研究人乳腺癌細(xì)胞衍生的 sEVs 的納米力學(xué)特性，并探索它們與腫瘤惡性程度和囊泡大小的關(guān)系。結(jié)果表明，sEVs的剛度是由sEVs 的彎曲模量和滲透壓共同作用的結(jié)果。剛度和滲透壓隨著sEV惡性程度的增加而增加，并隨著sEV尺寸的增加而降低。彎曲模量隨著sEV惡性程度的增加而降低，并且在較小的sEV中較低。這項(xiàng)研究建立了sEV的納米力學(xué)特征與惡性腫瘤之間的關(guān)系，為更好地理解癌癥力學(xué)生物學(xué)提供了更多的參考信息。
癌癥機(jī)制生物學(xué)在腫瘤的進(jìn)展和轉(zhuǎn)移中起 著重要作用。細(xì)胞根據(jù)環(huán)境中的動(dòng)態(tài)機(jī)械 力不斷調(diào)整它們的行為，以維持組織的生理穩(wěn)態(tài)。在惡性轉(zhuǎn)化過程中，由于穩(wěn)態(tài)破壞的機(jī)械刺激，細(xì)胞的納米力學(xué)特性發(fā)生了改變，調(diào)節(jié)細(xì)胞的基本行為和微環(huán)境，最終導(dǎo)致腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移。腫瘤的納米力學(xué)特征已成為腫瘤發(fā)生和腫瘤進(jìn)展的診斷標(biāo)志物。
小細(xì)胞外囊泡 (sEVs) 是幾乎所有細(xì)胞釋放的內(nèi)體衍生的膜囊泡，在各種體液中含量豐富。由于它們攜帶質(zhì)膜和細(xì)胞內(nèi)內(nèi)容物，例如來自源細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)蛋白和核酸，它們的納米力學(xué)特性代表了源細(xì)胞的納米力學(xué)特性。因此，它們可以作為研究腫瘤納米力學(xué)的理想模型。sEV作為將蛋白質(zhì)、核酸和脂質(zhì)運(yùn)輸?shù)绞荏w細(xì)胞的載體。sEV的納米力學(xué)特性決定了它們?cè)诩?xì)胞內(nèi)通信等基本過程中的行為，在細(xì)胞外基質(zhì)(ECM) 中的擴(kuò)散和運(yùn)輸，以及在循環(huán)過程中對(duì)血液流變學(xué)的反應(yīng)，這最終決定了腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移。建立腫瘤來源性sEV的納米力學(xué)特征之間的全面通信，有助于闡明sEV在腫瘤進(jìn)展和轉(zhuǎn)移中的作用，導(dǎo)致癌癥診斷標(biāo)志物的發(fā)展。此外，sEV具有高生物相容性、低免疫原性和跨越生物障礙的能力，作為藥物傳 遞載體受到越來越多的關(guān)注。sEV的納米力學(xué)表征為優(yōu)化工程 sEV以提高藥物給藥效率提供了重要的信息。然而，sEV的納 米力學(xué)表征一直很少。最近的幾項(xiàng)研究通過測(cè)量楊氏模量來 估計(jì)腫瘤衍生的sEv的剛度，楊氏模量代表了s的剛度，作為整體彈性球形的模型。
最近，一些研究表明，小囊泡的剛度是由納米力學(xué)特性（如彎曲模量和滲透壓）的共同貢獻(xiàn)造成的，而這些特性不能單獨(dú)用楊氏模量來區(qū)分。腫瘤來源性sEV的個(gè)體納米力學(xué)特性與惡性轉(zhuǎn)化之間的關(guān)系在很大程度上尚不清楚。原子力顯微鏡(AFM)以其高空間分辨率而聞名，并已被用于表征單個(gè)EV的動(dòng)力學(xué)及其與生物分子的 相互作用。AFM上的納米壓痕記錄了單個(gè)sEV在局部點(diǎn)的納米力學(xué)響應(yīng)，從中可以從力壓痕曲線(FICs)中定量提取單個(gè)納米力學(xué)因子。sEV在jianduan納米壓痕過程中的納米力學(xué)行為反映了sEV在生理和病理環(huán)境下對(duì)納米力學(xué)刺激的響應(yīng)。
該研究通過AFM上的納米壓痕在單個(gè)囊泡水平上定量表征乳腺癌衍生的sEVs的納米力學(xué)特征，并探討它們與腫瘤惡性的相關(guān)性。還比較了不同大小的sEV亞群，因?yàn)橐阎猻EV的異質(zhì)大小與不同的分子組成和納米力學(xué)特性有關(guān)，這些特性決定了sEV亞群作為診斷標(biāo)志物的重要性。證明了sEV的剛度由sEV的彎曲模量和滲透壓的綜合貢獻(xiàn)決定。彎曲模量隨著sEV惡性程度的增加而降低，并且在具有較小尺寸的sEV中較低，而剛度和滲透壓隨著sEV惡性程度的增加而增加，并隨著sEV尺寸的增加而降低。這些結(jié)果闡明了sEV力學(xué)生物學(xué)在腫瘤進(jìn)展和轉(zhuǎn)移中的作用，顯示了sEV納米力學(xué)特性在評(píng)估腫瘤惡性程度方面的潛力。
