細(xì)胞外囊泡廣泛存在于循環(huán)系統(tǒng)中，能夠介導(dǎo)細(xì)胞間通訊，在細(xì)胞外基質(zhì)中擴(kuò)散從而調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境。細(xì)胞外囊泡的機(jī)械性質(zhì)影響其生物學(xué)功能，從而影響對(duì)目標(biāo)細(xì)胞的改造效果。此外，囊泡的機(jī)械性質(zhì)還會(huì)影響其穿越細(xì)胞外基質(zhì)的過(guò)程，這對(duì)其向遠(yuǎn)端傳遞生物信息十分重要。細(xì)胞在惡變過(guò)程中力學(xué)性質(zhì)的改變引起細(xì)胞行為和腫瘤微環(huán)境的改變，最終決定腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移。細(xì)胞外囊泡是細(xì)胞分泌的納米級(jí)膜囊泡，攜帶和傳遞來(lái)源細(xì)胞的磷脂膜及胞漿蛋白和核酸等內(nèi)容物，反映來(lái)源細(xì)胞的分子生物信息和力學(xué)性質(zhì)，被認(rèn)為是穩(wěn)定循環(huán)的生物標(biāo)志物，也是理想的細(xì)胞力學(xué)研究模型。細(xì)胞外囊泡的生物力學(xué)性質(zhì)決定其在循環(huán)系統(tǒng)、腫瘤微環(huán)境以及細(xì)胞分泌和攝取等細(xì)胞間通訊過(guò)程中的行為，最終影響腫瘤進(jìn)展和轉(zhuǎn)移。

近年來(lái)，關(guān)于細(xì)胞外囊泡生物力學(xué)性質(zhì)的研究較少，以楊氏模量作為評(píng)估指標(biāo)而表觀地分析囊泡的剛度，缺乏對(duì)囊泡內(nèi)在納米力學(xué)性質(zhì)，如彎曲模量和滲透壓等對(duì)囊泡剛度的探討。在該工作中，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家納米科學(xué)中心研究員楊延蓮和王琛等利用原子力顯微鏡在單個(gè)細(xì)胞外囊泡水平上研究了其力學(xué)行為，剖析了囊泡的內(nèi)在納米力學(xué)性質(zhì)，通過(guò)設(shè)計(jì)納米壓痕實(shí)驗(yàn)研究了彎曲模量和滲透壓等對(duì)囊泡剛度的影響，并通過(guò)建立新的力學(xué)模型對(duì)囊泡的力學(xué)行為進(jìn)行定量分析。通過(guò)比較不同惡性程度和不同大小的細(xì)胞外囊泡，研究建立了細(xì)胞外囊泡納米力學(xué)性質(zhì)與腫瘤惡性程度以及尺寸大小的關(guān)系，這有助于建立以細(xì)胞外囊泡納米力學(xué)性質(zhì)為生物標(biāo)志物的腫瘤惡性程度評(píng)估方法和標(biāo)準(zhǔn)。另外，細(xì)胞外囊泡具有高生物相容性、低免疫原性等特點(diǎn)，因此被越來(lái)越多地用作一種藥物遞送載體。研究細(xì)胞囊泡的生物力學(xué)性質(zhì)可為設(shè)計(jì)和優(yōu)化以細(xì)胞外囊泡為基礎(chǔ)的納米藥物載體，通過(guò)調(diào)節(jié)其剛度從而提高藥物遞送效率提供幫助。

楊延蓮課題組長(zhǎng)期致力于開發(fā)腫瘤檢測(cè)及治療的新方法，前期提出了微球輔助流式細(xì)胞術(shù)方法來(lái)檢測(cè)血液來(lái)源的小細(xì)胞外囊泡，并將該方法拓展應(yīng)用于乳腺癌（Small methods. 2018;2(11):1800122）、腦膠質(zhì)瘤（Theranostics, 2019;9(18): 5347-58），垂體瘤（Analytical Chemistry, 2019;91(15): 9580-89）等多種腫瘤的液體活檢分析當(dāng)中，取得了較好的檢測(cè)效果，實(shí)現(xiàn)了多種癌癥的臨床診斷和分子分型，在臨床上具有廣泛應(yīng)用前景。在此標(biāo)志性蛋白分型的基礎(chǔ)上，考慮到小細(xì)胞外囊泡在腫瘤轉(zhuǎn)移中的力學(xué)性質(zhì)差異，研究人員構(gòu)建了新模型對(duì)AFM典型力曲線數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)合小細(xì)胞外囊泡的尺寸異質(zhì)性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同惡性程度以及同一來(lái)源不同大小囊泡的納米力學(xué)性質(zhì)差異分析。

研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃納米專項(xiàng)，國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究計(jì)劃、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）和中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)的支持。

論文鏈接

基于AFM的納米壓痕示意圖及彎曲模量隨小細(xì)胞外囊泡惡性程度和尺寸變化的規(guī)律

來(lái)源： 國(guó)家納米科學(xué)中心