基于SELEX技术的乳腺癌特异性外泌体分离及其生物标志物研究

Current exosome-based liquid biopsy and associated cancer research rely on analysis of the bulk exosomes from clinical samples. The reliability of such results is significantly influenced by the presence of exosomes derived from other dysregulated or normal cells. Identification and separation of tumor specific exosomes via antibody based immunological method requires the recognition of specific antigens or biomarkers of exosomes under study. Therefore, the ability to effectively separate tumor specific exosomes from clinical samples with limited knowledge of exosome membrane structure has become a particular challenge to overcome. Systematic evolution of ligands by exponential enrichment (SELEX) technique is able to effectively recognize minor differences between targets and therefore hold promise for solving this problem. In this study, we are planning to develop a novel Exosome-SELEX platform by applying breast cancer-derived exosomes as research models. The success of this project allows: (1) extending the application range of SELEX technique; (2) enhancing the reliability of exosome-based liquid biopsy of breast cancer; (3) providing a new strategy for the discovery of novel bio-markers of breast cancer and (4) generalizing the application of Exosome-SELEX platform to exosome separation and biomarker discovery of other types of cancers.

目前基于外泌体的癌症液体活检和基础研究往往以临床样品中的总外泌体为研究对象。其结果的可靠性受到体液中来自其他细胞的外泌体的干扰。运用抗体对特定外泌体进行纯化依赖于对该外泌体外膜特异性抗原的深入了解，当前对外泌体的认识限制了这一方法的实施。如何在对其外膜缺乏了解的情况下进行特定肿瘤来源的外泌体的分离成为一个亟需解决的问题。本课题组长期从事适配体的开发和应用工作，所建立的指数富集的配体进化（SELEX）平台可有效区分不同细胞之间的细微差别，为这一问题的解决带来了希望。本项目以乳腺癌外泌体为研究对象，通过对已有的SELEX平台进行改进，建立能够特异性识别乳腺癌外泌体的Exosome-SELEX平台。 本项目的实施将 1）拓宽SELEX技术的应用范围；2）提高乳腺癌液体活检的可靠性；3）揭示新的乳腺癌生物标记物，为乳腺癌的诊断和治疗提供依据；4）为其他癌症外泌体的分离和生物标记物的识别提供新方法。

目前基于外泌体的乳腺癌液体活检和基础研究往往以临床样品中的总外泌体为研究对象。 其结果的可靠性受到体液中其他细胞来源的外泌体的干扰。 运用传统免疫学方法对特定来源的外泌体进行分离依赖于对该外泌体特异性抗原的识别。 当前外泌体研究的水平限制了这一方法的实施。 如何在对其外膜构造缺乏了解的情况下进行特定肿瘤来源的外泌体的分离成为一个亟需解决的问题。核酸适配体是近年来发展起来的一种化学抗体，其可在靶标性质不明的情况下对其进行亲和配体筛选，为这一问题的解决带来了可能。.. 在本研究的实施过程中，我们首先通过改进的指数富集的配体系统进化（SELEX ）技术完成了对外泌体普遍标志物CD63，CD81以及微泡标志物CD40的适配体筛选，并获得了多条具有高亲和力（kd<50nM）的适配体结构。进而，通过构建稳定的Biotin-Streptavidin磁珠体系，我们实现了对乳腺癌来源的外泌体的特异性提取。然后，使用纯化的乳腺癌外泌体，我们进行了第二次SELEX 筛选。通过使用改进的基于Size exclusive色谱柱的筛选体系，我们最终筛选出两对具有较高亲和力（kd<100nM）和特异性的适配体序列。检验表明，开发的两对适配体可以从细胞培养及临床血清样本中对乳腺癌外泌体进行特异性提取。在此基础上，我们创造性地开展了以下工作（1）完善了对乳腺癌外泌体具有特异性识别能力的适配体磁珠体系，我们发现该体系可以显著提高基于外泌体的乳腺癌 （Claudin-low型）液体活检检测可靠性；（2） 构建了纳米金检测试纸，并使用两种不同大小的纳米金（40nm和10nm）进行二次捕获，实现了对乳腺癌外泌体的高灵敏度快速识别 （20分钟）；（3）结合适配体/外泌体孵育及质谱分析，对乳腺癌外泌体的标志性蛋白进行了解析，共发现20种高表达蛋白。 .. 该研究的一系列成果不仅具有临床应用价值，为乳腺癌的快速诊断提供新方法，同时也为乳腺癌的深入研究提供了新的标志物，并极大地丰富了适配体技术的适用范围。