细胞外的细胞细胞(EVs)是细胞释放到周围的细胞膜内的小颗粒。 这些结构现在被公认为细胞间交流的基本机制,特别是在细胞培养系统中,它们能够协调反应、分子货物转移和细胞行为的调节。 理解EV生物学对于基础研究以及制定新的治疗策略都至关重要。

定义细胞外的维基及其子类型

细胞细胞包括主要根据其大小、生物起源途径和分子组成分类的多种细胞群。 三大类是外吸体、微囊(也称为外吸体)和体外吸体。外吸体直径为30-150纳米,起源于内吸体网络。它们作为多体内体内体的体内体组成,当这些细胞与血浆膜融化时释放。 细胞表面直接产生微囊(100-1 000纳米)芽,而在细胞死亡时释放出体外体(500纳米—5微米 ) 。 每种子类型都含有不同的蛋白质、脂质和核酸,它们反映了产细胞的生理状态。

细胞外体的生物起源和货物

异形的形成

外源生物起源始于内源性细胞膜的内源芽,产生内源性细胞囊。这一过程涉及运输所需的内源性分拣机械,但ESCRT-独立途径也存在,比如依赖子宫内酰胺或四聚体的路径。 一旦多源性细胞与血浆膜结合,内源性细胞囊就会作为外源体释放。

微冰弹

微囊通过血浆膜的外发芽和裂变产生,这一过程由钙的流入,细胞骨骼的重排,以及膜脂不对称的变化所调节. GTPase ARF6小片和蛋白质TSG101已经与微囊释放有关.

分子货物

电子脉冲携带一个丰富的有效载荷,包括蛋白质(例如四聚苯丙醇、CD63、CD81;热休克蛋白;细胞骨骼组件;信号分子],]核酸[](mRNA、微RNA、IncRNA、DNA碎片],以及脂质(胆固醇、sphingomyelin、phosphatidylserin),这种货物有选择地包装:与母细胞相比,某些RNA和蛋白质在电离子中是丰富的。这种成分可以随病态而变化,使EVs具有宝贵的生物标记来源。

文化中经EV-代言的交流机制

收件人单元格获取路径

电子电视通过以下几种途径向接收细胞发送其内容:

  • 内分泌 — — 最常见的进入机制,包括克氏剂依赖或克氏剂依赖途径、磷酸酯、巨噬细胞病或洞霉素介导吸收。 内分泌的电离子可以与内分泌物结合释放货物或被回收到表面。
  • 直肠膜聚变[] – EVs可以与等离子膜接合,直接将它们的润滑内装物沉积在细胞质中,这种方法有利于具有高膜曲率的较小的球体.
  • 受体 ⁇ ligand绑 – EVs上的表面蛋白质(如整粒素,四聚素,MHC分子)与受体在靶细胞上发生接触,触发细胞内信号级联而不受内化.

电子数据接收的功能后果

交货后,EV货物改变了接收细胞的行为。

  • 转移遗传材料:水平传递mRNA或微RNA可以在靶细胞中重新编程基因表达. 在癌症模型中,肿瘤的衍生EV携带着致病性微RNA促进元化和免疫逃逸.
  • 蛋白 ⁇ 介导信号[:生长因子受体,细胞基,以及嵌入在EV中的粘合分子可以激活扩散或迁移途径.
  • 免疫调制:来自抗原的EV 呈现出刺激T ⁇ 细胞反应的肽-MHC复合物,而肿瘤EVs则经常携带抑制抗肿瘤免疫的免疫分子.

在细胞培养中,EV ⁇ 介质的通信使细胞能够在没有直接细胞 ⁇ to ⁇ 细胞接触的情况下在距离上同步活动,这对共生系统特别重要,是器官 ⁇ o ⁇ chip模型中的一个关键因素。

文化中研究电子变量的实验技术

隔离和净化

获得纯电子脉冲准备是一项重大挑战,常见的方法包括离心[(差别或密度梯度]]、大小排除色谱[、多聚物基降水[](例如聚乙烯甘醇)、免疫捕获[和[调频滤流,每一种都具有产量、纯度和可伸缩性之间的权衡。

特征

EV的特点是大小、浓度和分子标记。 Nanoph粒子跟踪分析[NTA],动力光散射[DLS],和电子显微镜提供大小分布。 西布特定或质量谱仪证实EVXX相关蛋白(如CD9,CD63,TSG101)的存在,以及细胞器官等污染物的缺失。 低细胞测量可用于更大的EV或与荧光抗体标签后使用。

功能分析

为了研究EV的交流,研究人员经常将EV贴上脂质染料(如PKH67,DiI)或荧光蛋白(如CD63 ⁇ GP)的标签,并跟踪受体细胞的吸收情况,功能结果通过扩散,迁移,分化,或记者的化验来评估. EV ⁇ 处理细胞的RNA测序或蛋白质组学揭示下游分子变化.

生物医学研究中的应用

癌症生物学

肿瘤衍生的EV已被证明可以重塑微观环境,促进药物抗药性,并准备前的细胞静脉反应。在培养中,癌细胞释放将纤维性细胞或内皮细胞转化为亲肿瘤性细胞的EVs。研究这些相互作用有助于确定治疗目标。EVs还携带变异的肿瘤产物(如EGFRvIII),从而能够进行液体活检,从而早期发现。

化疗细胞和再生医学

细胞干细胞(MSC) 衍生的EVs 重述其母细胞的免疫机能和组织修复效应。在培养中,MSC ⁇ EVs可以抑制T ⁇ 细胞的增殖,减少炎症,促进伤口愈合。它们正在作为细胞无阻替代干细胞移植的替代品进行探索,在安全、储存和可用性方面都有好处。最近的工作表明,MSC ⁇ EVs 增强了血管生长,减少了临床前心脏和皮肤损伤模型中的疤痕形成。

免疫学和传染病

病毒在免疫反应中起到双重作用,它们可以提出抗原并激活免疫细胞,但也可以调解免疫抑制。 例如,含有肿瘤抗原的腺细胞“衍生的”病毒可以在培养中形成细胞毒性T细胞,形成基于EV的癌症疫苗的基础。 相反,艾滋病毒和丙肝病毒等病毒劫持了EV生物源以扩散其成分并逃避免疫。 了解这些途径是制定抗病毒战略的关键。

治疗潜力和挑战

以EV作为药物运载工具

由于EV是天然载体,它们对于运送治疗性核酸,蛋白质,或小分子具有吸引力. 它们的免疫力低,跨越生物障碍的能力(如血脑屏障)和内在的靶向能力是显著的优势. EGINEEVs可以通过将货物装入生产细胞或通过后同化改造(如电化,声化,化学结合)来生产. 瞄准胶片可以在EV表面展示,以直接治疗特定组织. 几个临床试验正在评价基于EV ⁇ 的癌症,神经障碍和炎症治疗方法. gov Clinicalciences.gov列出正在进行的研究.

翻译方面的挑战

尽管有承诺,但仍然存在若干障碍:

  • 异质性:EV样本包含多种子类型,大小和标记重叠,很难给单个人群分配特定功能,标准化的隔离和特征描述协议仍在演化中.
  • 可扩展性:从培养系统生产足够数量的临床级电子脉冲病毒是昂贵和费时的,目前正在制定生物反应器生产和优化喂养战略。
  • 功能再现:EV活动可以随细胞通过号,培养条件(如低氧,无血清介质)和捐赠者变异而变化. 严格质量控制是必需的.
  • 在vivo跟踪中:不改变自然行为的标记EV在技术上是具有挑战性的,需要图像技术和基因记录员的进步.

未来展望

标准化和最佳做法

该领域正在走向共识,诸如细胞外细胞体研究的微观信息等举措提供了报告准则,改善了研究之间的可比性,期刊越来越需要遵守这些标准,EV隔离和分析的自动化平台将加快可复制性。

下一个工程 − 生成 EVs

合成生物学的进步使研究人员能够设计定制的EV货物和表面特征,例如,通过转录生产细胞来装载治疗性mRNA,或通过隐形的peptides来安装靶向moieties. EV生物学与纳米技术(例如混合的exosome-liposome系统)相结合,可以进一步提高稳定性和针对性.

与微生系统结合

有机芯片和3D培养模型比传统的2D单层机更忠实地复制组织水平的相互作用。 电子脉冲是这些系统的组成部分,因为它们在微流体室中调解不同细胞类型之间的交叉交谈。 研究这些平台的电磁交流将更深入地了解组织自動靜態、疾病发展以及药物反应。

细胞外的细胞细胞改变了我们对细胞在培养中如何相互交谈的理解。 通过对这些微小颗粒中传递的信息进行解码,研究人员为诊断、治疗和细胞生物学基础开辟了新的途径。 持续完善隔离方法、特征工具和工程方法无疑将使基于EV ⁇ 的应用更接近临床现实。