单个小细胞外囊泡的超分辨率量化

人们普遍认为，肿瘤发生和癌症进展是一个多步骤的过程。用于癌症诊断和预后以指导治疗决策的最常用方法是基于成像和侵入性组织活检的复杂组合。然而，这些方法并不总是对早期癌症诊断敏感。

小细胞外囊泡 (sEV) 是纳米大小的双层脂质载体，包含多种货物，包括脂质、蛋白质、代谢物、RNA 和 DNA。从原始癌细胞释放的 sEV几乎存在于所有体液中。它们可以成为液体活检中潜在的循环生物标志物，因为它们独特地反映了与肿瘤生长相关的动态生物学变化，并指示了癌症进展的阶段。

超分辨率显微镜技术通过将分辨率从衍射极限推向纳米尺度而出现。

在 eLight 上发表的一篇新论文中，由悉尼科技大学金大勇教授领导的一组科学家开发了一种基于镧系元素掺杂 EV 靶向纳米级信号放大器 (LENS) 的创新技术。他们的论文“上转换纳米粒子用于单个小细胞外囊泡的超分辨率量化”在癌症诊断和预后方面具有巨大潜力。

合成上转换纳米粒子 (UCNPs) 的类型具有非线性光可切换特性。它们使一种新型的超分辨率纳米技术能够实现亚 30 nm 的光学分辨率。研究人员最近使用纳米光子探针的工作进一步实现了对 sEV 的定量检测的超灵敏性。这些探针记录的灵敏度比标准的酶联免疫吸附试验 (ELISA) 好近三个数量级。

研究人员进一步提高了成像分辨率，以超分辨单个 EV 上的表面生物标志物(图 1)。该方法基于使用均匀、明亮和光稳定的纳米光子探针。每个都高度掺杂了数以万计的镧系元素离子。

在他们的实验中，sEV 首先被捕获在涂有 CD9 抗体的载玻片上，并被生物素化的 EpCAM 抗体夹在中间。链霉亲和素功能化的上转换纳米探针随后标记了 EpCAM 抗体以增强信号。单个 sEV 上的纳米探针允许超分辨率显微镜在环形激光束下进行可视化。环形光束中间的单个纳米探针会产生一个发射模式，在探针所在的位置有一个倾角。因此，附近的两个纳米探针可以在纳米级衍射极限之外超分辨率。

研究人员证明，可以使用掺杂了各种不同浓度发射器的上转换纳米探针库来实现单个 sEV 的超分辨率成像。他们证实，抗体偶联纳米探针可以特异性靶向大型 EV 和单个 sEV 上的肿瘤表位上皮细胞粘附分子 (EpCAM)(图 2)。使用超分辨率成像，研究人员可以量化每个 sEV 上特定数量的纳米探针。他们已经表明，理论上可以分析纳米探针在单个 sEV 上的尺寸和空间位阻(图 3)。