CN112251333B - 一种细胞外泌体提纯装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种细胞外泌体提纯装置及方法，提纯装置包括第一中空纤维柱和第二中空纤维柱，第一中空纤维柱内腔两端分别与原液瓶连通形成精滤回路，第二中空纤维柱内腔两端分别与中转瓶连通形成浓缩回路；第一中空纤维柱的外腔通过滤液管路与所述中转瓶连接，滤液管路上连接有第一手动夹；精滤回路上在所述原液瓶的出液口处依次连接有第一过滤膜和第一蠕动泵，浓缩回路上在中转瓶的出液口处连接有第二蠕动泵。本发明的提纯装置，将外泌体细胞原液先经过第一中空纤维柱进行过滤，然后再通过第二中空纤维柱进行浓缩，适用于大规模大量的上清液持续自动上样浓缩，大大节省了人工操作时间，可大规模制备含有外泌体的上清液，实现外泌体制备的标准化。

Description

一种细胞外泌体提纯装置及方法

技术领域

本发明涉及细胞培养及提纯相关技术领域，具体涉及一种细胞外泌体提纯装置及方法。

背景技术

外泌体是由细胞内多泡小体与细胞质膜融合后释放进入细胞外环境的磷脂双分子层包封囊泡，直径约40-100nm，其在血清和体液中的丰度较高。但从血液或体液中分离外泌体的产量是非常低的。

从血液或细胞上清液中分离外泌体是一个很复杂的工程。现有的外泌体分离技术，如离心、超速离心、磁珠分离以及基于亲和捕获的方法，非常耗时，且纯度、处理量和重复性较差。其中离心和超速离心法耗时长、纯度低，磁珠和亲和捕获法容易导致外泌体表面修饰，即影响外泌体特性，又不容易祛除，不利于后续功能分析。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种细胞外泌体提纯装置及方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种细胞外泌体提纯装置，包括第一中空纤维柱和第二中空纤维柱，所述第一中空纤维柱内腔两端分别与所述原液瓶连通形成精滤回路，所述第二中空纤维柱内腔两端分别与中转瓶连通形成浓缩回路；所述第一中空纤维柱的外腔通过滤液管路与所述中转瓶连接，所述滤液管路上连接有第一手动夹；所述精滤回路上在所述原液瓶的出液口处依次连接有第一过滤膜和第一蠕动泵，所述浓缩回路上在所述中转瓶的出液口处连接有第二蠕动泵。

本发明的有益效果是：本发明的提纯装置，将外泌体细胞原液先经过第一中空纤维柱进行过滤，然后再通过第二中空纤维柱进行浓缩，适用于大规模大量的上清液持续自动上样浓缩，大大节省了人工操作时间，可大规模制备含有外泌体的上清液，实现外泌体制备的标准化。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述浓缩回路上还连接有第三中空纤维柱，所述第三中空纤维柱与所述第二中空纤维柱并联布置。

采用上述进一步方案的有益效果是：第三中空纤维柱有助于外泌体的进一步浓缩纯化。

进一步，所述第一中空纤维柱的孔径为200-400nm，所述第二中空纤维柱的孔径为30-35nm，所述第三中空纤维柱的孔径为5-10nm。

进一步，所述精滤回路中，所述第一中空纤维柱的出液管路上安装有第一调压阀；所述浓缩回路中，所述第二中空纤维柱的出液管路上安装有第二调压阀，所述第三中空纤维柱的出液管路上安装有第三调压阀。

采用上述进一步方案的有益效果是：调压阀的设置，有利于整个精滤回路和浓缩回路中压力的稳定。

进一步，所述浓缩回路上，所述第二中空纤维柱和第三中空纤维柱的进液管路分别通过收获管路与收获瓶连接，所述收获管路上安装有第三蠕动泵和控制阀。

进一步，所述第一中空纤维柱、第二中空纤维柱和第三中空纤维柱的进液管路上分别安装有压力监测装置。

采用上述进一步方案的有益效果是：可对管路压力进行有效监控。

进一步，所述浓缩回路中，所述第二中空纤维柱和第三中空纤维柱的进液管路和出液管路上均安装有控制阀。

进一步，所述浓缩回路上连接有大气接入管，所述大气接入管上连接有第二过滤膜和控制阀。

采用上述进一步方案的有益效果是：大气接入管的设置有利于管路中压力稳定。

进一步，所述第二中空纤维柱的外腔通过第一废液管路与第一废液瓶连接，所述第三中空纤维柱的外腔通过第二废液管路与第二废液瓶连接，所述第一废液管路上连接有第二手动夹，所述第二废液管路上连接有第三手动夹。

采用上述进一步方案的有益效果是：可有利于浓缩剩余废液进行收集。

进一步，所述精滤回路上在所述原液瓶的进液口处通过第一输液管路连接第一盐水袋，所述第一中空纤维柱与所述中转瓶之间的管路上通过第二输液管路连接第二盐水袋，所述第一输液管路上连接有第一输液管夹，所述第二输液管路上连接有第二输液管夹。

采用上述进一步方案的有益效果是：盐水袋的设置，有利于清洗管路和浓缩液收集。

一种采用上述提纯装置进行细胞外泌体提纯的方法，包括以下步骤：

步骤1，设备上样：向进液瓶中灌入细胞外泌体原液样品，利用成品泵将样品泵到原液瓶中，打开第一调压阀、第二调压阀、第三调压阀；关死第一手动夹、第二手动夹、第三手动夹；利用第一蠕动泵将原液瓶中的样品泵入到精滤回路的第一中空纤维柱中；

步骤2，开始第一次浓缩：打开第一手动夹，关死第一调压阀，将经过第一中空纤维柱过滤的样品滤液进入中转瓶中，中转瓶液量增加到一定量时，关死第二手动夹，打开第二调压阀；待第二中空纤维柱的浓缩回路全部充满样品滤液之后打开第二手动夹，关死第二调节阀；

此时第一蠕动泵和第二蠕动泵均同时运行，一次浓缩提纯的细胞外泌体留在第二中空纤维柱中，浓缩废液进入到第一废液瓶中；

步骤3，收集第一次浓缩液：当样品全部用完之后，中转瓶液量快见底的时候，打开第二输液管夹放入生理盐水，打开第二调压阀、关死第二手动夹；通过第二蠕动泵将生理盐水泵入到第二中空纤维柱中对其内的细胞外泌体清洗，并通过收获管路及其上的第三蠕动泵将一次浓缩液泵入到收获瓶中进行收获；

步骤4，开始第二次浓缩：打开第三调压阀、关死第三手动夹；第三中空纤维柱内腔循环管路全部充满样品液之后打开第三手动夹，关死第三调节阀，待中转瓶液量全部浓缩完毕之后停止；

步骤5，收集第二次浓缩液：打开第三调压阀、关死第三手动夹；同S6进行收集；

步骤6，清洗：多次重复清洗内腔，每清洗完一次就倒掉原液瓶和中转瓶中的液体，直到液体不浑浊为止；多次重复清洗外腔，每清洗完一次就倒掉原液瓶和中转瓶中的液体，直到液体不浑浊为止；

步骤7，第一中空纤维柱、第二中空纤维柱、第三中空纤维柱、精滤回路和浓缩回路以及收获管路中均灌入NaOH保养。

本发明的细胞外泌体提纯方法采用中空纤维柱的浓缩方案，细胞外泌体原液先经过一个300nm孔径的第一中空纤维柱，把细胞外泌体原液里面直径比较大的颗粒杂质过滤掉，然后再通过一个30nm孔径的第二中空纤维柱进行浓缩，可根据需要再通过一个7nm孔径的第三中空纤维柱进行再次浓缩，最终可将细胞外泌体原液浓缩至一定体积，可以适用于大规模大量的细胞外泌体原液持续自动上样浓缩，大大节省了人工操作的成本和时间。

附图说明

图1为本发明细胞外泌体提纯装置的流程图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、第一中空纤维柱；2、第二中空纤维柱；3、第三中空纤维柱；4、进液瓶；5、原液瓶；6、中转瓶；7、第一废液瓶；8、第二废液瓶；9、收获瓶；10、第一过滤膜；11、第二过滤膜；12、第一调压阀；13、第二调压阀；14、第三调压阀；15、第一输液管夹；16、第二输液管夹；17、第一盐水袋；18、第二盐水袋；19、第一手动夹；20、第二手动夹；21、第三手动夹；22、成品泵；23、压力监测装置；24、控制阀；

LP1、第一蠕动泵；LP2、第二蠕动泵；LP3、第三蠕动泵。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，本实施例的一种细胞外泌体提纯装置，包括第一中空纤维柱1和第二中空纤维柱2，所述第一中空纤维柱1内腔两端分别与所述原液瓶5连通形成精滤回路，所述第二中空纤维柱2内腔两端分别与中转瓶6连通形成浓缩回路；所述第一中空纤维柱1的外腔通过滤液管路与所述中转瓶6连接，所述滤液管路上连接有第一手动夹19；所述精滤回路上在所述原液瓶5的出液口处依次连接有第一过滤膜10和第一蠕动泵LP1，所述浓缩回路上在所述中转瓶6的出液口处连接有第二蠕动泵LP2。

具体的，如图1所示，所述原液瓶5通过进液管连接有进液瓶4，所述进液管上连接有成品泵22。第一过滤膜10可选用0.45μm微孔滤膜。

如图1所示，本实施例的一个可选方案为，所述浓缩回路上还连接有第三中空纤维柱3，所述第三中空纤维柱3与所述第二中空纤维柱2并联布置。第三中空纤维柱3有助于外泌体的进一步浓缩纯化。

其中，所述第一中空纤维柱1的孔径为200-400nm，优选300nm；所述第二中空纤维柱2的孔径为30-35nm，优选30nm；所述第三中空纤维柱3的孔径为5-10nm，优选7nm。

如图1所示，所述精滤回路中，所述第一中空纤维柱1的出液管路上安装有第一调压阀12；所述浓缩回路中，所述第二中空纤维柱2的出液管路上安装有第二调压阀13，所述第三中空纤维柱3的出液管路上安装有第三调压阀14。调压阀的设置，有利于整个精滤回路和浓缩回路中压力的稳定。

如图1所示，所述浓缩回路上，所述第二中空纤维柱2和第三中空纤维柱3的进液管路分别通过收获管路与收获瓶9连接，所述收获管路上安装有第三蠕动泵和控制阀。

如图1所示，所述第一中空纤维柱1、第二中空纤维柱2和第三中空纤维柱3的进液管路上分别安装有压力监测装置23，可对管路压力进行有效监控。

如图1所示，所述浓缩回路中，所述第二中空纤维2和第三中空纤维柱3的进液管路和出液管路上均安装有控制阀。控制阀可选用夹子或球阀等。

如图1所示，所述精滤回路上在所述原液瓶5的进液口处通过第一输液管路连接第一盐水袋17，所述第一中空纤维柱1与所述中转瓶6之间的管路上通过第二输液管路连接第二盐水袋18，所述第一输液管路上连接有第一输液管夹15，所述第二输液管路上连接有第二输液管夹16。盐水袋的设置，有利于清洗管路和浓缩液收集。

如图1所示，为了浓缩回路中压力稳定，所述浓缩回路上连接有大气接入管，所述大气接入管上连接有第二过滤膜11和控制阀。所述第二过滤膜11可选用0.2μm微孔滤膜。

如图1所示，所述第二中空纤维柱2的外腔通过第一废液管路与第一废液瓶7连接，所述第三中空纤维柱3的外腔通过第二废液管路与第二废液瓶8连接，所述第一废液管路上连接有第二手动夹20，所述第二废液管路上连接有第三手动夹21。可有利于浓缩剩余废液进行收集。

本实施例的提纯装置，将外泌体细胞原液先经过第一中空纤维柱进行过滤，然后再通过第二中空纤维柱进行浓缩，适用于大规模大量的上清液持续自动上样浓缩，大大节省了人工操作时间，可大规模制备含有外泌体的上清液，实现外泌体制备的标准化。

本实施例采用上述提纯装置进行细胞外泌体提纯方法如下：

S1，排空NaOH：关死第一调压阀12、第二调压阀13、第三调压阀14；打开第一手动夹19、第二手动夹20、第三手动夹21；打开第一输液管夹15、第二输液管夹16，往原液瓶5与中转瓶6放入生理盐水；开始排空NaOH，第一蠕动泵LP1和第二蠕动泵LP2运行将原液瓶5和中转瓶6中的生理盐水泵入到第一中空纤维柱1、第二中空纤维柱2和第三中空纤维柱3中，再将三根中空纤维柱中的NaOH排空。在设备运转过程中要时刻关注原液瓶5与中转瓶6中的液量，当液量快见底的时候要即使得打开第一输液管夹15和第二输液管夹16放入一些生理盐水，确保第一蠕动泵LP1和第二蠕动泵LP2不会吸入空气导致管路中有气泡。排空完毕之后将原液瓶5与中转瓶6中的液体倒掉。

S2，清洗内腔：打开第一调压阀12、第二调压阀13、第三调压阀14；关死第一手动夹19、第二手动夹20、第三手动夹21；打开第一输液管夹15、第二输液管夹16，往原液瓶5与中转瓶6中放入生理盐水；第一蠕动泵LP1和第二蠕动泵LP2开始运行，将生理盐水依次循环泵入到三根中空纤维柱的内腔中，开始清洗内腔，设备运行完毕之后将原液瓶5与中转瓶6中的液体倒掉。

S3，清洗外腔：关死第一调压阀12、第二调压阀13、第三调压阀14；打开第一手动夹19、第二手动夹20、第三手动夹21；打开第一输液管夹15、第二输液管夹16，往原液瓶5与中转瓶6放入生理盐水；第一蠕动泵LP1和第二蠕动泵LP2开始运行，将生理盐水依次循环泵入到三根中空纤维柱中，开始清洗外腔，生理盐水经过中空纤维柱的滤孔进入到外腔进行清洗，第一中空纤维柱1的清洗废液进入到中转瓶6中，第二和第三中空纤维柱的清洗废液进入到废液瓶中，在设备运转过程中要时刻关注原液瓶5与中转瓶6中的液量，当液量快见底的时候要即使得打开输液管夹放入一些生理盐水，确保蠕动泵不会吸入空气导致管路中有气泡。设备运行完毕之后将原液瓶与中转瓶中的液体倒掉。

S4，清洗收获管路：当中转瓶6中生理盐水在200mL以上时，通过第二蠕动泵LP2和第三蠕动泵LP3对收获管路进行清洗。

S5，设备上样：将进液瓶4换成细胞外泌体原液样品，将进液管插入瓶子中，利用成品泵22将样品源源不断的泵到原液瓶5中，打开第一调压阀12、第二调压阀13、第三调压阀14；关死第一手动夹19、第二手动夹20、第三手动夹21；利用第一蠕动泵LP1将原液瓶5中的样品泵入到精滤回路的第一中空纤维柱1中。

S5，开始第一次浓缩：打开第一手动夹19，关死第一调压阀12，将经过第一中空纤维柱1过滤的样品滤液进入中转瓶6中，中转瓶6液量增加到一定量时，关死第二手动夹20，打开第二调压阀13；待第二中空纤维柱2的浓缩回路(内腔循环管路)全部充满样品滤液之后打开第二手动夹20，关死第二调节阀13。

此时第一蠕动泵LP1和第二蠕动泵LP2均同时运行，一次浓缩提纯的细胞外泌体留在第二中空纤维柱2中，浓缩废液进入到第一废液瓶7中。此过程需要时刻关注原液瓶5与中转瓶6中的液量，确保蠕动泵不会吸入空气导致管路中有气泡。

S6，收集第一次浓缩液：当样品全部用完之后，中转瓶6液量快见底的时候，打开第二输液管夹16放入生理盐水，打开第二调压阀13、关死第二手动夹20；通过第二蠕动泵LP2将生理盐水泵入到第二中空纤维柱2中对其内的细胞外泌体清洗，并通过收获管路上的第三蠕动泵LP3将一次浓缩液泵入到收获瓶9中进行收获。

为了增加回收率，可多次重复S5和S6。

此时，根据需要可以对一次浓缩液再通过第三中空纤维柱3进行二次浓缩，也可以直接将中转瓶6中的样品滤液直接通过第三中空纤维柱3进行浓缩。下面以对中转瓶6中的样品滤液进行二次浓缩为例进行说明。

S7，开始第二次浓缩：打开第三调压阀14、关死第三手动夹21；第三中空纤维柱3内腔循环管路全部充满样品液之后打开第三手动夹21，关死第三调节阀14，待中转瓶6液量全部浓缩完毕之后停止。

S8，收集第二次浓缩液：打开第三调压阀14、关死第三手动夹21；同S6进行收集。为了更进一步增加收获率，需要再次进行冲刷第三中空纤维柱3内壁进行收获。

S9，清洗：多次重复S2清洗内腔，每清洗完一次就倒掉原液瓶5和中转瓶6中的液体，直到液体不浑浊为止。多次重复S3清洗外腔，每清洗完一次就倒掉原液瓶5和中转瓶6中的液体，直到液体不浑浊为止。

S10，第一中空纤维柱1、第二中空纤维柱2、第三中空纤维柱3、精滤回路和浓缩回路以及收获管路中均灌入NaOH保养。

本实施例的细胞外泌体提纯方法采用中空纤维柱的浓缩方案，细胞外泌体原液先经过一个300nm孔径的第一中空纤维柱，把细胞外泌体原液里面直径比较大的颗粒杂质过滤掉，然后再通过一个30nm孔径的第二中空纤维柱进行浓缩，可根据需要再通过一个7nm孔径的第三中空纤维柱进行再次浓缩，最终可将细胞外泌体原液浓缩至70-80ml，整套提纯方法可以适用于大规模大量的细胞外泌体原液持续自动上样浓缩，大大节省了人工操作的成本和时间。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (3)

1.一种细胞外泌体提纯装置，其特征在于，包括第一中空纤维柱和第二中空纤维柱，所述第一中空纤维柱内腔两端分别与原液瓶连通形成精滤回路，所述第二中空纤维柱内腔两端分别与中转瓶连通形成浓缩回路；所述第一中空纤维柱的外腔通过滤液管路与所述中转瓶连接，所述滤液管路上连接有第一手动夹；所述精滤回路上在所述原液瓶的出液口处依次连接有第一过滤膜和第一蠕动泵，所述浓缩回路上在所述中转瓶的出液口处连接有第二蠕动泵；所述浓缩回路上还连接有第三中空纤维柱，所述第三中空纤维柱与所述第二中空纤维柱并联布置；所述精滤回路中，所述第一中空纤维柱的出液管路上安装有第一调压阀；所述浓缩回路中，所述第二中空纤维柱的出液管路上安装有第二调压阀，所述第三中空纤维柱的出液管路上安装有第三调压阀；所述浓缩回路上，所述第二中空纤维柱和第三中空纤维柱的进液管路分别通过收获管路与收获瓶连接，所述收获管路上安装有第三蠕动泵和控制阀；

所述第二中空纤维柱的外腔通过第一废液管路与第一废液瓶连接，所述第三中空纤维柱的外腔通过第二废液管路与第二废液瓶连接，所述第一废液管路上连接有第二手动夹，所述第二废液管路上连接有第三手动夹；所述精滤回路上在所述原液瓶的进液口处通过第一输液管路连接第一盐水袋，所述第一中空纤维柱与所述中转瓶之间的管路上通过第二输液管路连接第二盐水袋，所述第一输液管路上连接有第一输液管夹，所述第二输液管路上连接有第二输液管夹；

所述第一中空纤维柱的孔径为200-400nm，所述第二中空纤维柱的孔径为30-35nm，所述第三中空纤维柱的孔径为5-10nm；

采用所述细胞外泌体提纯装置进行细胞外泌体提纯的方法包括以下步骤：

步骤1，设备上样：向进液瓶中灌入细胞外泌体原液样品，利用成品泵将样品泵到原液瓶中，打开第一调压阀、第二调压阀、第三调压阀；关死第一手动夹、第二手动夹、第三手动夹；利用第一蠕动泵将原液瓶中的样品泵入到精滤回路的第一中空纤维柱中；

步骤2，开始第一次浓缩：打开第一手动夹，关死第一调压阀，将经过第一中空纤维柱过滤的样品滤液进入中转瓶中，中转瓶液量增加到一定量时，关死第二手动夹，打开第二调压阀；待第二中空纤维柱的浓缩回路全部充满样品滤液之后打开第二手动夹，关死第二调节阀；

此时第一蠕动泵和第二蠕动泵均同时运行，一次浓缩提纯的细胞外泌体留在第二中空纤维柱中，浓缩废液进入到第一废液瓶中；

步骤3，收集第一次浓缩液：当样品全部用完之后，中转瓶液量快见底的时候，打开第二输液管夹放入生理盐水，打开第二调压阀、关死第二手动夹；通过第二蠕动泵将生理盐水泵入到第二中空纤维柱中对其内的细胞外泌体清洗，并通过收获管路及其上的第三蠕动泵将一次浓缩液泵入到收获瓶中进行收获；

步骤4，开始第二次浓缩：打开第三调压阀、关死第三手动夹；第三中空纤维柱内腔循环管路全部充满样品液之后打开第三手动夹，关死第三调节阀，待中转瓶液量全部浓缩完毕之后停止；

步骤5，收集第二次浓缩液：打开第三调压阀、关死第三手动夹；同S6进行收集；

步骤6，清洗：多次重复清洗内腔，每清洗完一次就倒掉原液瓶和中转瓶中的液体，直到液体不浑浊为止；多次重复清洗外腔，每清洗完一次就倒掉原液瓶和中转瓶中的液体，直到液体不浑浊为止；

步骤7，第一中空纤维柱、第二中空纤维柱、第三中空纤维柱、精滤回路和浓缩回路以及收获管路中均灌入NaOH保养。

2.根据权利要求1所述一种细胞外泌体提纯装置，其特征在于，所述第一中空纤维柱、第二中空纤维柱和第三中空纤维柱的进液管路上分别安装有压力监测装置；所述浓缩回路中，所述第二中空纤维柱和第三中空纤维柱的进液管路和出液管路上均安装有控制阀。

3.根据权利要求1所述一种细胞外泌体提纯装置，其特征在于，所述浓缩回路上连接有大气接入管，所述大气接入管上连接有第二过滤膜和控制阀。

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