CN109576207A

CN109576207A - 一种基于金属离子络合剂的细胞外囊泡的分离方法

Info

Publication number: CN109576207A
Application number: CN201811543314.0A
Authority: CN
Inventors: 贺川江
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-12-17
Filing date: 2018-12-17
Publication date: 2019-04-05

Abstract

本发明公开了一种基于金属离子络合剂的细胞外囊泡的分离方法，利用锚定分子‑金属离子络合剂分子复合物与含有细胞外囊泡的待分离液体共孵育，将所述的分子复合物锚定到细胞外囊泡上；再利用分选颗粒或金属离子的盐颗粒与连结有分子复合物的细胞外囊泡混合，孵育使细胞外囊泡与分选颗粒(盐颗粒)连结在一起；分离、重悬分离产物，加入洗脱剂使细胞外囊泡与分选颗粒(盐颗粒)分离；分离出分选颗粒(盐颗粒)，剩余溶液中即为分离得到的细胞外囊泡。本发明可以实现细胞外囊泡的高效分离；对设备无特殊要求，成本低廉；适用范围广，分离得到的外泌体纯度高，分离步骤中加入的试剂不影响后续的分析或应用。

Description

一种基于金属离子络合剂的细胞外囊泡的分离方法

技术领域

本发明属于生物技术及纳米材料领域，特别涉及一种基于金属离子络合剂的细胞外囊泡的分离方法。

背景技术

细胞外囊泡是一类细胞产生的存在于细胞外的脂质囊泡，具体包括凋亡小体、外泌体、细胞出芽囊泡。外泌体是一种细胞分泌的具有脂质双分子层结构的纳米囊泡，粒径分布为30-150nm，包含有脂质，蛋白质和核酸等物质，在细胞间的相互通讯中有十分重要的作用。已有的研究证实外泌体广泛的参与多种生理及病理进程，可作为生物标记物用于疾病的筛查和诊断。因此对外泌体的分离富集在临床和科研领域都具有十分重要的意义。但是由于外泌体的粒径太小，密度(1.10-1.19g/ml)与水接近，目前缺乏合适的方法高效高纯度的分离外泌体。

目前常用的分离手段有超速离心法、聚合物沉淀法、凝胶排阻色谱法、免疫富集法。超速离心法是基于外泌体与样本溶液中其它成分的密度差异，分步离心除去其它杂质后再用高转速离心的方法分离得到外泌体。但此方法需要昂贵的离心设备，离心步骤耗时较长。聚合物沉淀法是借鉴分离病毒的PEG沉淀法发展而来，成本低并且分离步骤简单，但其得到的外泌体通常掺杂很多杂蛋白成分，不适用对外泌体纯度要求较高的应用场景。凝胶排阻色谱法是基于外泌体的与样本溶液中其它成分的尺寸差异，利用不同尺寸物质在凝胶色谱柱中迁移速度的差异将外泌体与其它成分分离开来，得到纯度较高的外泌体。但此方法耗时较长，并且分离过程中蛋白质、外泌体或其它成分易吸附色谱柱的空隙中，造成阻塞，影响分离效率。免疫富集法是利用磁珠表面修饰的抗体与外泌体表面的特定分子结合，再利用磁力将其分离出来，最后洗脱得到高纯度的外泌体。但由于抗体价格较为昂贵，导致此方法的分离成本较高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种细胞外囊泡的分离方法。所述的分离方法可以实现高纯度分离，成本低廉，不影响样品的后续分析及应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

本发明首先公开了一种基于金属离子络合剂的细胞外囊泡的分离方法，包含如下步骤：

1)将锚定分子-金属离子络合剂分子复合物与含有细胞外囊泡的待分离液体共孵育，将所述的分子复合物锚定到细胞外囊泡上，

2)将连结有金属离子络合剂的分选颗粒与金属离子溶液混合，孵育，分离出分选颗粒；

3)将步骤2)分离出的分选颗粒与步骤1)得到的连结有分子复合物的胞外囊泡混合，孵育使细胞外囊泡与分选颗粒连结在一起；

4)分离出分选颗粒-细胞外囊泡复合体；

5)加入洗脱剂使细胞外囊泡与分选颗粒分离；

6)分离出分选颗粒，剩余溶液中即为分离得到的细胞外囊泡。

作为本发明的进一步，所述的步骤1)之前还包括将锚定分子与金属络合剂分子连结的步骤；所述的锚定分子为非特异性锚定分子或特异性锚定分子，所述的非特异性锚定分子为含有能嵌入磷脂双分子层的疏水结构的分子，所述的特异性锚定分子包括抗体和/或核酸适配体。

作为本发明的进一步，所述的非特异性锚定分子包括胆固醇(cholesterol)，硬脂酰(stearyl)，油烯基链(oleyl chain)，糖基磷脂酰肌醇(glycosyl phosphatidylinositol)或上述任一种的衍生物。

作为本发明的进一步，步骤1)中所述的金属离子络合剂为既含有能与锚定分子形成化学键连结的活性基团又能与金属离子形成络合物的物质。优选为能与锚定分子形成化学键连结的金属离子螯合剂，进一步地，优选为乙二胺四乙酸(EDTA)；所述将锚定分子与金属离子络合剂连结是指通过锚定分子与金属离子络合剂上的基团间的化学反应将二者连结在一起，优选为含有羧基、氨基、羟基、羰基、异硫氰酸基团的锚定分子与含有羧基、氨基、羟基、羰基、异硫氰酸基团的金属离子络合剂通过基团间的化学反应连结在一起。

步骤1)所述的共孵育是指将过量的锚定分子-金属离子络合剂分子复合物与细胞外囊泡混合后，在4℃—80℃下孵育10min-24h时间，优选为30℃-45℃，孵育10min-1h。

作为优选的方案，所述的步骤5)进行分离前还可以包括重悬的步骤，所述的重悬的步骤可以是加入生理盐水使分选颗粒-细胞外囊泡复合体分散在溶液中。

作为优选的方案，所述的步骤1)之后还包括如下步骤:过滤掉多余的未与细胞外囊泡连结的锚定分子-金属离子络合剂分子复合物。过滤可以采用超滤法或透析法，优选地，超滤条件为使用10-100KD截留分子量的超滤管在3000-10000g条件下离心5-10min，离心2-6次；优选地，透析条件为使用10-100KD截留分子量的的透析袋在4摄氏度下，透析12-48h。

作为优选的方案，步骤3)中的分选颗粒相对于细胞外囊泡的数目是过量的，孵育时间为20分钟到4个小时。

进一步的，步骤2)中所述的连结有金属离子络合剂的分选颗粒包括两类：第一类是连结有金属离子络合剂的微球，微球粒径优选为5μm-300μm；第二类是指表面包被有金属离子络合剂分子的磁珠，磁珠粒径优选为5μm-300μm。

进一步的，步骤2)所述的金属离子络合剂分子上的配位原子数应小于步骤2)中所加入金属离子的配位数。

进一步的，步骤2)中所述的金属离子络合剂为亚氨基二乙酸、N,N,N′-三(羧甲基)乙烯二胺、氮基三乙酸、羧甲基门冬氨酸、四乙烯戊胺、羧甲基α,β-二胺丁二酸或乙二胺N,N′-二乙酸中的一种或多种。

进一步的，步骤2)、步骤4)和步骤6)所述的分离是指通过离心分离或磁力吸附的方式分离出分选颗粒-细胞外囊泡复合体或分离出分选颗粒。

进一步的，步骤5)中所述的加入洗脱剂是指加入酸使金属离子络合物分子与金属离子的配位作用降低或加入配位作用更强的螯合剂与细胞外囊泡和/或分选颗粒上连结的金属离子络合剂竞争结合金属离子，从而使细胞外囊泡与分选颗粒分离。优选为加入盐酸、醋酸或其它酸性溶液使样本溶液pH值达到3-7，从而使细胞外囊泡与分选颗粒分离。

本发明还公开了另一种基于金属离子络合剂的细胞外囊泡的分离方法，包含如下步骤：

2)将金属离子的盐颗粒与步骤1)得到的连结有分子复合物的细胞外囊泡混合，孵育使细胞外囊泡与金属离子的盐颗粒连结在一起；

3)分离出盐颗粒-细胞外囊泡复合体；

4)加入洗脱剂使细胞外囊泡与盐颗粒分离；

5)分离出盐颗粒，剩余溶液中即为分离得到的细胞外囊泡。

作为本发明的优选方案，其中所述的金属离子的盐颗粒为能与步骤1)中所述的金属离子络合剂形成络合物的金属离子的微溶或难溶盐颗粒。

更进一步的，所述金属离子的盐颗粒的为Ca²⁺,Mg²⁺,Fe³⁺,Zn²⁺,Al³⁺，Cu²⁺，Ba²⁺，Ni²⁺或Co²⁺的盐颗粒，颗粒粒径优选为5μm-300μm。

作为优选的方案，第二种分离方法中所述的步骤4)进行分离前还可以包括重悬的步骤，所述的重悬的步骤可以是加入生理盐水使盐颗粒-细胞外囊泡复合体分散在溶液中。

作为本发明的进一步，第二种分离方法中步骤1)所述的金属离子络合剂为既含有能与锚定分子形成化学键连结的活性基团又能与金属离子形成络合物的物质。优选为能与锚定分子形成化学键连结的金属离子螯合剂，进一步地，优选为乙二胺四乙酸(EDTA)；所述将锚定分子与金属离子络合剂连结是指通过锚定分子与金属离子络合剂上的基团间的化学反应将二者连结在一起，优选为含有羧基、氨基、羟基、羰基、异硫氰酸基团的锚定分子与含有羧基、氨基、羟基、羰基、异硫氰酸基团的金属离子络合剂通过基团间的化学反应连结在一起。

作为优选的方案，第二种分离方法中步骤1)之后还包括如下步骤:过滤掉多余的未与细胞外囊泡连结的锚定分子-金属离子络合剂分子复合物。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果:

1.可以实现细胞外囊泡的高效分离；

2.实现本发明所需的原料简便易得，操作简单，对设备无特殊要求，成本低廉；

3.适用范围广，可以分离总体外泌体也可以基于抗体或核酸适配体分离某一特定类型的外泌体。

4.分离得到的外泌体纯度高，分离步骤中加入的试剂不影响后续的分析或应用。

附图说明

图1为本发明涉及的分离细胞外囊泡/外泌体/脂质体的工艺流程图；

图2为基于本发明所述方法从细胞培养上清中分离得到的外泌体的透射电镜图；

图3为基于本发明所述方法从尿液中分离得到的外泌体的透射电镜图。

具体实施方式

实施例1

分离过程如图1所示。将200μM修饰有氨基基团的油烯基链分子与200μM EDTA混合，在室温下反应1个小时，将反应后的混合液稀释成20μM。对含有外泌体的细胞培养上清进行梯度离心：在4摄氏度条件下，300g离心10min，2000g离心10min，10000g离心30min，离心后取上清液。取上述稀释后的混合液与含上述外泌体的上清液等体积混合，置于30℃下反应60min；将上述反应液加入100KDa截留分子量的超滤管中，在3000g转速下离心10min，反复离心3次，滤去未与外泌体结合的油烯基链分子与EDTA。用生理盐水重悬截留下来的外泌体。

将300微米粒径的过量碳酸钙颗粒加入上述重悬的含有外泌体的悬液中，室温下孵育30分钟。之后，700g离心5分钟，弃去上清液。加入生理盐水重悬沉淀，加入稀醋酸调PH为5，静置20分钟。700g离心5分钟，取上清液。上清中即为分离所得外泌体，如图2所示，分离得到的外泌体纯度较高，无其它杂质。调PH到7，保存或进行下一步实验。

实施例2

将200μM修饰有氨基基团的油烯基链分子与200μM EDTA混合，在室温下反应10个小时，将反应后的混合液稀释成20μM。对含有外泌体的细胞培养上清进行梯度离心：在4摄氏度条件下，300g离心10min，2000g离心10min，10000g离心30min，离心后取上清液。取上述稀释后的混合液与含上述外泌体的上清液等体积混合，置于40℃下反应10min；将上述反应液加入80KDa截留分子量的超滤管中，在10000g转速下离心5min，反复离心3次，滤去未与外泌体结合的油烯基链分子与EDTA。用生理盐水重悬截留下来的外泌体。

将100微米粒径的包被有亚氨基二乙酸(IDA)的磁珠与氯化钙溶液混合2个小时，用磁铁分离出磁珠。

将上述分离出的磁珠加入重悬的含有外泌体的悬液中，室温下孵育60分钟。之后，再用磁铁富集磁珠，弃去上清液。加入生理盐水重悬，加入稀醋酸调PH为6，静置20分钟。再用磁铁富集磁珠，取上清液。上清中即为分离所得外泌体。调PH到7，保存或进行下一步实验。

实施例3

将100μM修饰有羧基基团的油烯基链分子与100μM谷氨酸二乙酸(GLDA)混合，在室温下反应5个小时，将反应后的混合液稀释成10μM。对含有外泌体的尿液进行梯度离心：在4摄氏度条件下，300g离心10min，2000g离心10min，10000g离心30min，离心后取上清液。取上述稀释后的混合液与含上述外泌体的上清液等体积混合，置于30℃下反应60min；将上述反应液加入100KDa截留分子量的超滤管中，在3000g转速下离心10min，反复离心3次，滤去未与外泌体结合的油烯基链分子与GLDA。用生理盐水重悬截留下来的外泌体。

将5微米粒径的包被有亚氨基二乙酸(IDA)的聚苯乙烯微球与氯化镁溶液混合2个小时，900g离心5分钟分离出聚苯乙烯微球。

将上述分离出的聚苯乙烯微球加入重悬的含有外泌体的悬液中，室温下孵育240分钟。之后，900g离心5分钟分离出聚苯乙烯微球，弃去上清液。加入生理盐水重悬，加入EDTA的钠盐，静置20分钟。900g离心5分钟分离出聚苯乙烯微球，取上清液。上清中即为分离所得外泌体，如图3所示，分离得到的外泌体纯度较高，无其它杂质。

实施例4

将100μM修饰有氨基基团的油烯基链分子与100μM EDTA混合，在室温下反应5个小时，将反应后的混合液稀释成10μM。对用PBS稀释的含有外泌体的血浆进行梯度离心：在4摄氏度条件下，300g离心10min，2000g离心10min，10000g离心30min，离心后取上清液。取上述稀释后的混合液与含上述外泌体的上清液等体积混合，置于30℃下反应90min；将上述反应液加入10KDa截留分子量的透析袋中，在4度条件下，透析12个小时，除去未与外泌体结合的油烯基链分子与EDTA。

将200微米粒径的包被有四乙烯戊胺(TEPA)的琼脂糖微球与氯化锌溶液混合2个小时，600g离心5分钟分离出琼脂糖微球。

将上述分离出的琼脂糖微球加入重悬的含有外泌体的悬液中，室温下孵育60分钟。之后，600g离心5分钟分离出琼脂糖微球，弃去上清液。加入生理盐水重悬，加入生理盐水重悬沉淀，加入稀醋酸调PH为5，静置10分钟。600g离心5分钟分离出琼脂糖微球，取上清液。上清中即为分离所得外泌体。

实施例5

将100μM PEG修饰的油烯基链分子与100μM亚氨基二琥珀酸(IDHA)混合，在室温下反应5个小时，将反应后的混合液稀释成10μM。对含有外泌体的尿液进行梯度离心：在4摄氏度条件下，300g离心10min，2000g离心10min，10000g离心30min，离心后取上清液。取上述稀释后的混合液与含上述外泌体的上清液等体积混合，置于30℃下反应60min；将上述反应液加入100KDa截留分子量的超滤管中，在3000g转速下离心10min，反复离心3次，滤去未与外泌体结合的油烯基链分子与IDHA。用生理盐水重悬截留下来的外泌体。

将50微米粒径的包被有氮基三乙酸(NTA)的聚苯乙烯微球与氯化钙溶液混合1个小时，900g离心5分钟分离出聚苯乙烯微球。

将上述分离出的聚苯乙烯微球加入重悬的含有外泌体的悬液中，室温下孵育20分钟。之后，900g离心5分钟分离出聚苯乙烯微球，弃去上清液。加入生理盐水重悬，加入EDTA的钠盐，静置20分钟。900g离心5分钟分离出聚苯乙烯微球，取上清液。上清中即为分离所得外泌体。

Claims

1.一种基于金属离子络合剂的细胞外囊泡的分离方法，其特征在于包含如下步骤：

4)分离出分选颗粒-细胞外囊泡复合体；

5)加入洗脱剂使细胞外囊泡与分选颗粒分离；

2.根据权利要求1所述的基于金属离子络合剂的细胞外囊泡的分离方法，其特征在于在所述的步骤1)之前还包括将锚定分子与金属络合剂分子连结的步骤；所述的锚定分子为非特异性锚定分子或特异性锚定分子，所述的非特异性锚定分子为含有能嵌入磷脂双分子层的疏水结构的分子，所述的特异性锚定分子包括抗体和/或核酸适配体。

3.根据权利要求2所述的基于金属离子络合剂的细胞外囊泡的分离方法，其特征在于所述的非特异性锚定分子包括胆固醇、硬脂酰、油烯基链、糖基磷脂酰肌醇或上述任一种的衍生物。

4.根据权利要求1所述的基于金属离子络合剂的细胞外囊泡的分离方法，其特征在于步骤1)中所述的金属离子络合剂为既含有能与锚定分子形成化学键连结的活性基团又能与金属离子形成络合物的物质。

5.根据权利要求1所述的基于金属离子络合剂的细胞外囊泡的分离方法，其特征在于步骤3)中的分选颗粒相对于细胞外囊泡的数目是过量的。

6.根据权利要求1所述的基于金属离子络合剂的细胞外囊泡的分离方法，其特征在于步骤2)中所述的连结有金属离子络合剂的分选颗粒包括两类：第一类是连结有金属离子络合剂的微球；第二类是指表面包被有金属离子络合剂分子的磁珠。

7.根据权利要求1所述的基于金属离子络合剂的细胞外囊泡的分离方法，其特征在于步骤2)所述的金属离子络合剂能与步骤2)中所加入金属离子形成配位键并且步骤2)所述的金属离子络合剂分子上的配位原子数应小于步骤2)中所加入金属离子的配位数。

8.根据权利要求1所述的基于金属离子络合剂的细胞外囊泡的分离方法，其特征在于步骤2)中所述的金属离子络合剂为亚氨基二乙酸、N,N,N′-三(羧甲基)乙烯二胺、氮基三乙酸、羧甲基门冬氨酸、四乙烯戊胺、羧甲基α,β-二胺丁二酸或乙二胺N,N′-二乙酸中的一种或多种。

9.根据权利要求1所述的基于金属离子络合剂的细胞外囊泡的分离方法，其特征在于步骤2)、步骤4)和步骤6)所述的分离是指通过离心分离或磁力吸附的方式分离出分选颗粒-细胞外囊泡复合体或分离出分选颗粒。

10.根据权利要求1所述的基于金属离子络合剂的细胞外囊泡的分离方法，其特征在于步骤5)中所述的加入洗脱剂是指加入酸使金属离子络合物分子与金属离子的配位作用降低或加入配位作用更强的螯合剂与细胞外囊泡和/或分选颗粒上连结的金属离子络合剂竞争结合金属离子，从而使细胞外囊泡与分选颗粒分离。

11.一种基于金属离子络合剂的细胞外囊泡的分离方法，其特征在于包含如下步骤：

3)分离出盐颗粒-细胞外囊泡复合体；

4)加入洗脱剂使细胞外囊泡与盐颗粒分离；

5)分离出盐颗粒，剩余溶液中即为分离得到的细胞外囊泡。

12.根据权利要求11所述的基于金属离子络合剂的细胞外囊泡的分离方法，其特征在于步骤2)中所述的金属离子的盐颗粒为能与步骤1)中所述的金属离子络合剂形成配位键的金属离子的盐颗粒。

13.根据权利要求11所述的基于金属离子络合剂的细胞外囊泡的分离方法，其特征在于所述金属离子的盐颗粒为Ca²⁺,Mg²⁺,Fe³⁺,Zn²⁺,Al³⁺，Cu²⁺，Ba²⁺，Ni²⁺或Co²⁺的盐颗粒。