CN110106233A - 一种胞外囊泡/外泌体的数字pcr检测方法 - Google Patents
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Abstract
一种胞外囊泡/外泌体的数字PCR检测方法,属于生物技术及医学检测技术领域。其特征在于包含如下操作步骤:1)将胞外囊泡/外泌体与微球孵育结合;2)将结合后的胞外囊泡/外泌体进行数字核酸扩增检测,定量。相对于现有技术,本发明具有如下有益效果:1.可以实现胞外囊泡/外泌体的精确绝对定量;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,可以同时提供特异性和非特异性两种定量方式。
Description
技术领域
本发明属于生物技术及医学检测技术领域,具体涉及一种胞外囊泡/外泌体的数字PCR检测方法。
背景技术
胞外囊泡是一种细胞在生理过程中产生的的一类具有脂质双分子层结构的纳米囊泡,粒径分布为30-1000 nm。其中,外泌体是胞外囊泡的一种,粒径分布为30-100 nm,其表面带有多种标志蛋白如CD63和其他特有蛋白,其内部含有DNA、RNA和多种蛋白。纳米尺度的外泌体可以在循环系统和细胞间穿梭,进行物质和信息的传递,起到在细胞间相互通讯的作用。其中,某些细胞如胰腺癌肿瘤细胞可分泌带有GPC-1表面蛋白的特殊外泌体,可作为疾病的筛查和诊断的生物标志物。另外,不同细胞或组织分泌的外泌体数目存在显著差异。因此建立一种外泌体定量分析方法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,通常的荧光显微镜检测、流式细胞检测等技术无法准确地对外泌体进行检测和定量。目前常用的定量手段有蛋白定量法,通过粗略地定量胞外囊泡/外泌体样品中蛋白的含量,对样本进行定量,此方法方便易行但不够准确。其他的纳米颗粒跟踪分析(NTA)技术、动态光散射(DLS)技术、qnano定量技术等仪器贵重,检测成本较大。。
目前数字PCR方法是一种定量检测核酸的技术,其基本原理是将有限的DNA分子随机分配到大量的液滴或小室中,如果液滴的数量足够多,那么DNA分配到液滴或小室中时,根据泊松分布,一个DNA分子独占一个液滴或小室,两个或两个以上DNA分子共同占有一个液滴或小室的概率非常低。然后再对液滴或小室中的核酸分子进行扩增,拥有核酸的液滴或小室将呈现阳性信号。最后通过统计阳性液滴或小室的数量可实现核酸分子的定量。
这一策略也可用于胞外囊泡/外泌体的定量分析。将标记的胞外囊泡/外泌体随机分配到液滴或小室中,通过信号扩增,最后获得胞外囊泡/外泌体的数量。但是,胞外囊泡/外泌体本质上也是油包水液滴结构,当胞外囊泡/外泌体分配到可进行数字PCR的液滴中时,胞外囊泡/外泌体会从液滴的液相中游离到油相中,导致检测产生巨大误差。
基于这一现实,本发明提出了一种方法,将胞外囊泡/外泌体吸附在较大的微球表面,然后分配到可以进行数字核酸检测的油包水液滴中,阻挡胞外囊泡/外泌体的逃逸,提高检测的准确性。
发明内容
针对现有技术存在的问题,本发明的目的在于设计提供一种胞外囊泡/外泌体的数字PCR检测方法的技术方案。
所述的一种胞外囊泡/外泌体的数字PCR检测方法,其特征在于包含如下操作步骤:
1)将胞外囊泡/外泌体与微球孵育结合;
2)将结合后的胞外囊泡/外泌体进行数字核酸扩增检测,定量。
所述的一种胞外囊泡/外泌体的数字PCR检测方法,其特征在于所述步骤1)中微球为功能性微米纳米尺寸的微球包括但不限于纳米磁珠、聚苯乙烯微球和琼脂糖微球,优选为纳米磁珠和聚苯乙烯微球。
所述的一种胞外囊泡/外泌体的数字PCR检测方法,其特征在于所述步骤1)中胞外囊泡/外泌体与微球结合方式为包括但不限于非特异性吸附和分子结合方式,所述非特异性结合包括但不限于微球胞外囊泡/外泌体相互吸附,所述分子结合包括但不限于抗体-抗原作用、DNA杂交结合、链霉亲和素-生物素结合。
所述的一种胞外囊泡/外泌体的数字PCR检测方法,其特征在于所述步骤1)中微球直径为100 nm-100 μm,优选直径为500 nm-10 μm。
所述的一种胞外囊泡/外泌体的数字PCR检测方法,其特征在于所述步骤1)中孵育条件为在10 ℃-80 ℃下孵育5 min-24 h,优选为10 ℃-80 ℃下孵育5 min-24 h。
所述的一种胞外囊泡/外泌体的数字PCR检测方法,其特征在于所述步骤1)中微球的数量大于与胞外囊泡/外泌体的数量,优选为胞外囊泡/外泌体的数量为微球数量的1/2-1/100000,更优选比例为1/10-1/10000。
所述的一种胞外囊泡/外泌体的数字PCR检测方法,其特征在于所述步骤2)中核酸扩增包括但不限于PCR扩增、核酸等温扩增、LAMP扩增、核酸信号扩增。
所述的一种胞外囊泡/外泌体的数字PCR检测方法,其特征在于所述步骤2)中核酸扩增采用的核酸扩增混合液为含有DNA聚合酶、引物、核酸荧光探针的混合液,混合液中的每一种物质相对于胞外囊泡/外泌体的数目均为过量。
所述的一种胞外囊泡/外泌体的数字PCR检测方法,其特征在于所述步骤2)中定量方法包括基于荧光信号强度进行相对定量方法和对荧光信号点计数进行绝对定量方法。
所述的一种胞外囊泡/外泌体的数字PCR检测方法,其特征在于所述步骤2)中所述的对荧光信号点计数进行绝对定量的方法是指:将标记后的胞外囊泡/外泌体与核酸扩增混合液混合后分散到大量的液滴或小室中,进行核酸扩增反应;基于泊松分布,每个液滴或小室至多有一个胞外囊泡/外泌体,统计有荧光信号的液滴或小室数目,即可得到胞外囊泡/外泌体的数目。
相对于现有技术,本发明具有如下有益效果:
1.可以实现胞外囊泡/外泌体的精确绝对定量;
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,可以同时提供特异性和非特异性两种定量方式。
附图说明
图1为本发明涉及的一种胞外囊泡/外泌体与微球结合的工艺流程图;
图2为基于液滴的数字PCR法绝对定量检测胞外囊泡/外泌体原理示意图;
图3 为在有油封闭的情况下,基于荧光定量PCR法定量检测外泌体的结果图,1号线为阳性对照,2号线为结合有微球的外泌体检测结果,3号线为没有结合有微球的外泌体检测结果,4号线为阴性对照;
图4为伯乐QX200数字PCR仪检测到的利用数字PCR方法进行外泌体定量的结果图,a区为未与微球结合的外泌体数量的测量结果图,其荧光信号在基线以下,为阴性结果;b区为与微球结合后外泌体数量的测量结果图,其荧光信号在基线以上。
具体实施方式
以下结合实施例来进一步说明本发明。
一种胞外囊泡/外泌体的数字PCR检测方法包含如下操作步骤:
1)将胞外囊泡/外泌体与微球孵育结合;所述微球为功能性微米纳米尺寸的微球包括但不限于纳米磁珠、聚苯乙烯微球和琼脂糖微球,优选为纳米磁珠和聚苯乙烯微球;所述微球直径为100 nm-100 μm,优选直径为500 nm-10 μm;所述微球的数量大于与胞外囊泡/外泌体的数量,优选为胞外囊泡/外泌体的数量为微球数量的1/2-1/100000,更优选比例为1/10-1/10000;如图1所示,所述胞外囊泡/外泌体与微球结合方式为包括但不限于非特异性吸附和分子结合方式,所述非特异性结合包括但不限于微球胞外囊泡/外泌体相互吸附,所述分子结合包括但不限于抗体-抗原作用、DNA杂交结合、链霉亲和素-生物素结合;所述孵育条件为在10 ℃-80 ℃下孵育5 min-24 h,优选为10 ℃-80 ℃下孵育5 min-24 h。
2)将结合后的胞外囊泡/外泌体进行数字核酸扩增检测,定量;所述核酸扩增包括但不限于PCR扩增、核酸等温扩增、LAMP扩增、核酸信号扩增;所述核酸扩增采用的核酸扩增混合液为含有DNA聚合酶、引物、核酸荧光探针的混合液,混合液中的每一种物质相对于胞外囊泡/外泌体的数目均为过量;所述定量方法包括基于荧光信号强度进行相对定量方法和对荧光信号点计数进行绝对定量方法;所述的对荧光信号点计数进行绝对定量的方法是指:将标记后的胞外囊泡/外泌体与核酸扩增混合液混合后分散到大量的液滴或小室中,进行核酸扩增反应;基于泊松分布,每个液滴或小室至多有一个胞外囊泡/外泌体,统计有荧光信号的液滴或小室数目,即可得到胞外囊泡/外泌体的数目。基于液滴的数字PCR法绝对定量检测胞外囊泡/外泌体原理如图2所示。
实施例1
将100000个/μL,直径1 μm的聚苯乙烯微球与核酸标记的外泌体相混合,室温下孵育30min,加5 g/mL的BSA封闭。
吸附有外泌体的聚苯乙烯微球与PCR混合液混合后进行核酸扩增反应后产生的荧光;标记有核酸的外泌体能够通过PCR检测,而且聚苯乙烯微球对其没有干扰。
将上述结合有外泌体的聚苯乙烯微球,取10 µL与过量核酸聚合酶、核酸扩增引物、核酸荧光探针探针、核酸扩增缓冲液混合,总体积20 µL,进行实时荧光定量PCR反应,实现对外泌体的相对定量。结果如图3所示,结合有微球的外泌体能出现明显的扩增曲线。
实施例2
100000个/μL,直径10 μm的聚苯乙烯微球与核酸标记的外泌体相混合室温下孵育30min,加5 g/mL的BSA封闭。。
将上述结合有外泌体的聚苯乙烯微球,取10 µL与过量核酸聚合酶、核酸扩增引物、核酸荧光探针探针、核酸扩增缓冲液混合,总体积20 µL,利用QX200数字PCR仪的液滴生成器将上述溶液包封到大量液滴中,进行等温核酸扩增反应。
利用流式细胞仪对有荧光信号的液滴进行计数,实现对外泌体的绝对定量,结果如图4所示,与微球结合后外泌体检测能够得到阳性信号,且每微升样品含有外泌体数量为5420个;而未微球的外泌体进行检测,每微升样品检测到的外泌体含量为0.28个,与实际不符。
实施例3
将100000个/μL,直径500 nm的带poly T的纳米磁珠与带poly A核酸标记的外泌体相混合,两者的DNA链杂交结合,室温下孵育30 min,加5 g/mL的BSA封闭。
将上述结合有外泌体的聚苯乙烯微球,取10 µL与过量核酸聚合酶、核酸扩增引物、核酸荧光探针探针、核酸扩增缓冲液混合,总体积20 µL,利用QX200数字PCR仪的液滴生成器将上述溶液包封到大量液滴中,进行数字PCR检测。
利用流式细胞仪对有荧光信号的液滴进行计数,实现对外泌体的绝对定量。
实施例4
将100000个/μL,直径1 μm的带CD63抗体的纳米磁珠与核酸标记的外泌体相混合,室温下孵育30 min,加5 g/mL的BSA封闭。
将上述结合有外泌体的免疫磁珠,取10 µL与过量核酸聚合酶、核酸扩增引物、核酸荧光探针探针、核酸扩增缓冲液混合,总体积20 µL,利用QX200数字PCR仪的液滴生成器将上述溶液包封到大量液滴中,进行数字PCR检测。
利用流式细胞仪对有荧光信号的液滴进行计数,实现对外泌体的绝对定量。
实施例5
将100000个/μL,直径1 μm的带CD63抗体的纳米磁珠与核酸抗体复合体标记的外泌体相混合,室温下孵育30 min,加5 g/mL的BSA封闭。
将上述结合有外泌体的免疫磁珠,取10 µL与过量核酸聚合酶、核酸扩增引物、核酸荧光探针探针、核酸扩增缓冲液混合,总体积20 µL,利用QX200数字PCR仪的液滴生成器将上述溶液包封到大量液滴中,进行数字PCR检测。
利用流式细胞仪对有荧光信号的液滴进行计数,实现对特异性外泌体的绝对定量。
实施例6
100000个/μL,直径10 μm的聚苯乙烯微球与适配体标记的外泌体相混合室温下孵育30min,加5 g/mL的BSA封闭。
将上述结合有外泌体的聚苯乙烯微球,取10 µL与过量核酸聚合酶、核酸扩增引物、核酸荧光探针探针、核酸扩增缓冲液混合,总体积20 µL,利用QX200数字PCR仪的液滴生成器将上述溶液包封到大量液滴中,进行等温核酸扩增反应。
利用流式细胞仪对有荧光信号的液滴进行计数,实现对特异性外泌体的绝对定量。
Claims (10)
1.一种胞外囊泡/外泌体的数字PCR检测方法,其特征在于包含如下操作步骤:
1)将胞外囊泡/外泌体与微球孵育结合;
2)将结合后的胞外囊泡/外泌体进行数字核酸扩增检测,定量。
2.如权利要求1所述的一种胞外囊泡/外泌体的数字PCR检测方法,其特征在于所述步骤1)中微球为功能性微米纳米尺寸的微球包括但不限于纳米磁珠、聚苯乙烯微球和琼脂糖微球,优选为纳米磁珠和聚苯乙烯微球。
3.如权利要求1所述的一种胞外囊泡/外泌体的数字PCR检测方法,其特征在于所述步骤1)中胞外囊泡/外泌体与微球结合方式为包括但不限于非特异性吸附和分子结合方式,所述非特异性结合包括但不限于微球胞外囊泡/外泌体相互吸附,所述分子结合包括但不限于抗体-抗原作用、DNA杂交结合、链霉亲和素-生物素结合。
4.如权利要求1所述的一种胞外囊泡/外泌体的数字PCR检测方法,其特征在于所述步骤1)中微球直径为100 nm-100 μm,优选直径为500 nm-10 μm。
5.如权利要求1所述的一种胞外囊泡/外泌体的数字PCR检测方法,其特征在于所述步骤1)中孵育条件为在10 ℃-80 ℃下孵育5 min-24 h,优选为10 ℃-80 ℃下孵育5 min-24h。
6.如权利要求1所述的一种胞外囊泡/外泌体的数字PCR检测方法,其特征在于所述步骤1)中微球的数量大于与胞外囊泡/外泌体的数量,优选为胞外囊泡/外泌体的数量为微球数量的1/2-1/100000,更优选比例为1/10-1/10000。
7.如权利要求1所述的一种胞外囊泡/外泌体的数字PCR检测方法,其特征在于所述步骤2)中核酸扩增包括但不限于PCR扩增、核酸等温扩增、LAMP扩增、核酸信号扩增。
8.如权利要求1所述的一种胞外囊泡/外泌体的数字PCR检测方法,其特征在于所述步骤2)中核酸扩增采用的核酸扩增混合液为含有DNA聚合酶、引物、核酸荧光探针的混合液,混合液中的每一种物质相对于胞外囊泡/外泌体的数目均为过量。
9.如权利要求1所述的一种胞外囊泡/外泌体的数字PCR检测方法,其特征在于所述步骤2)中定量方法包括基于荧光信号强度进行相对定量方法和对荧光信号点计数进行绝对定量方法。
10.如权利要求9所述的一种胞外囊泡/外泌体的数字PCR检测方法,其特征在于所述步骤2)中所述的对荧光信号点计数进行绝对定量的方法是指:将标记后的胞外囊泡/外泌体与核酸扩增混合液混合后分散到大量的液滴或小室中,进行核酸扩增反应;基于泊松分布,每个液滴或小室至多有一个胞外囊泡/外泌体,统计有荧光信号的液滴或小室数目,即可得到胞外囊泡/外泌体的数目。
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