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Amnis™系统的图像+定量分析妙招,轻松突破Nanovial单细胞EVs分泌量的检测瓶颈!

5 人阅读发布时间:2026-06-30 21:02

细胞外囊泡(Extracellular Vesicles,EVs)可在细胞间的通讯中发挥重要作用,无论是EVs本身还是作为治疗介质的EVs都具有较高的临床应用价值。然而,目前没有可有效筛选单细胞分泌EVs能力的方法,加之细胞分泌的EVs具有异质性,均为治疗效果不一致的潜在原因。

 

之前对于EVs的表征技术主要采用群体富集分析,掩盖了单细胞分泌EVs的异质性。而在这篇发表在Nature Communications(IF:15.7)的文章中,研究者首次开发和利用Nanovials技术,来捕获基于单个细胞分泌的EVs,并利用Amnis™成像流式等技术对Nanovials中的细胞和EVs进行定量分析,并分选出不同EVs分泌量的细胞群体进行进一步的研究(图1)。

 

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图1:实验概览

Nanovials捕获单细胞及其分泌的EVs

绝大多数细胞分泌的EVs表达CD9,CD63和CD81,为了避免捕获抗体和检测抗体竞争同一个结合位点,本研究中在Nanovials上标记CD63的抗体,以结合细胞分泌的EVs,并使用CD9的抗体来检测Nanovials上捕获的EVs。将人永生化间充质干细胞(iMSC)与Nanovials以1:1的浓度比例共孵育,尽可能得到仅结合单细胞的Nanovials。

 

Amnis™成像流式检测Nanovials中

单细胞EVs分泌情况

为了表征装载单细胞的Nanovials的EVs分泌情况,并确定EVs特异性标记是否能与相关细胞的染色区分开来,研究者首次使用Amnis™成像流式细胞仪进行分析。该技术利用高分辨率的成像技术,结合mask等软件分析工具,可以完美地解决将Nanovials的染色和细胞的染色区分开的难题

将iMSCs装载到标记了CD63的Nanovials上,收集细胞分泌的EVs累积达24小时以后,使用CD9的抗体标记Nanovials。由于细胞表面存在一些CD9抗体的染色,为了区分EVs的信号和细胞表面的信号,研究者在数据分析的时候,使用Amnis™系统分析软件中的mask功能(定义感兴趣的区域),创建了一个Secretion mask(Nanovials的图像区域减去细胞的图像区域,图2)。Calcein AM是活细胞的染料,用于标记活细胞,其染色区域可用来表征细胞的mask。使用CD9染色的mask减去Calcein AM染色的mask,即可得到Secretion mask。

 

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图2:利用Amnis™系统的mask技术,创建Secretion mask

 

在Secretion mask中,查看CD9-BV650的表达,从直方图中,圈选CD9表达更高的群体,从图像可直观看出,CD9的信号主要在存在于Nanovials的腔体中。而对于CD9表达极低的这些细胞,其CD9的信号仅存在于细胞中。直观展示了利用Secretion mask圈定感兴趣区域的准确性和有效性。(图3)

 

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图3:分析Secretion mask中CD9表达量高和极低的群体

 

进一步研究者想要了解细胞分泌EVs量的情况,可针对secretion mask所在区域进行分析。以CD9的表达强度为横坐标,以CD9信号的总面积为纵坐标绘制流式图。发现CD9信号的总面积和CD9的表达强度的比值越高,提示Nanovials中细胞的EVs分泌量较高。从图像中可以明显看出红色框中的群体EVs的分泌量更高,蓝色框的群体EVs的分泌量较低(图4)。流式图上EVs分泌量的分布也进一步揭示了细胞分泌EVs量的异质性。

 

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图4:创建CD9强度VS. CD9总面积的流式图,

分析细胞分泌EVs量的异质性

 

 

下游实验分析

随后,可将EVs分泌量高和EVs分泌量低的细胞分选出来,进行深入地检测和分析。在增殖速率方面,发现高EVs分泌的细胞群体表现出显著高于低分泌群体的增殖速率。此外,转录组分析表明不同EVs分泌量的群体在UMAP的群体聚集存在差异,且EVs分泌量高的群体在EVs生物发生信号、促血管生成因子和干细胞增殖相关信号上高表达。

随后,研究者利用与之前相同的策略,使用Nanovials捕获小鼠的MSC以及其分泌的EVs,与人iMSC研究结果一致,EVs分泌量高的小鼠MSC的增殖能力比EVs分泌量低的小鼠MSC低。并且还发现高分泌MSCs来源的EVs能更有效抵抗氧化应激诱导的细胞凋亡,表明高分泌EVs的MSCs在单细胞水平具有更强的旁分泌修复活性。

小鼠实验还进一步表明高分泌MSCs通过减少细胞死亡、促进细胞增殖以及增加梗死区周围血管密度,能更有效减轻心肌梗死损伤并帮助恢复左心室功能,并且还展现出优异的治疗安全性,呈现出潜在的临床价值。

 

 

小结

EVs具有极高的临床应用前景,近年来吸引了越来越多研究者的目光。Nanovials技术可关联单个细胞及其分泌的EVs,突破了EVs研究的一大壁垒。结合该技术,Amnis™成像流式细胞仪可直观地成像、分析和统计单细胞分泌EVs,利用强大的定量分析软件,以及mask等工具,可解析EVs分泌量的异质性,为下游的实验提供准确可行的方向指导,是检测单细胞分泌EVs的利器

 

相关推文

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参考文献:

Koo, D., et al. Optimizing cell therapy by sorting cells with high extracellular vesicle secretion. Nat Communication. 2024.

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