$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
أدى الاهتمام المتزايد بأبحاث EV في التشخيص والعلاجات1،2،3،4،5 ، جنبا إلى جنب مع التحديات التي يواجهها هذا المجال ، إلى تطوير وتنفيذ مجموعة كبيرة ومتنوعة من الأساليب والتقنيات لتحديد أو توصيف هذه الحويصلات. الطرق الأكثر استخداما لتحديد EV هي النشاف المناعي الخاص بالبروتين والبروتينات لتأكيد أصل EVs ، والمجهر الإلكتروني النافذ (TEM) لتأكيد هيكلها ، وتحليل تتبع الجسيمات النانوية (NTA) لتحديد عددها وتوزيع حجمها في حجم العينة.
ومع ذلك ، لا تقدم أي من هذه التقنيات بمفردها جميع المعلومات المطلوبة لتوصيف المجموعات الفرعية للمركبات الكهربائية. إن عدم التجانس المتأصل في المركبات الكهربائية بسبب التنوع في خصائصها البيوكيميائية والفيزيائية يعوق التحليلات العالمية الموثوقة والقابلة للتكرار ، خاصة بالنسبة للمركبات الكهربائية الموجودة في خليط (عينة خام). لذلك ، هناك حاجة إلى طرق الكشف والتوصيف للمركبات الكهربائية ، بشكل فردي وعام لاستكمال الطرق الأخرى الأسرع ولكن غير الانتقائية6.
يسمح التصوير عالي الدقة بواسطة TEM (أو cryoTEM) أو AFM بتحديد مورفولوجيا ومقاييس المركبات الكهربائية بدقة نانومترية7،8،9،10،11،12. ومع ذلك ، فإن القيد الرئيسي لاستخدام المجهر الإلكتروني للأشياء البيولوجية ، مثل EVs ، هو الحاجة إلى فراغ لإجراء الدراسة التي تتطلب تثبيت وتجفيف العينة. مثل هذا التحضير يجعل من الصعب الترجمة من الهياكل التي تمت ملاحظتها إلى مورفولوجيا EV في الحل. لتجنب هذا الجفاف للعينة ، فإن تقنية cryoTEM هي الأنسب لتوصيف EV13. يستخدم على نطاق واسع لتحديد البنية التحتية للمركبات الكهربائية. كما أن وضع العلامات المناعية للحويصلات بواسطة جسيمات الذهب النانوية الوظيفية بيولوجيا يجعل من الممكن تحديد مجموعات فرعية محددة من المركبات الكهربائية وتمييزها عن الجسيمات الأخرى الموجودة في عينة بيولوجية معقدة. ومع ذلك ، نظرا لانخفاض عدد المركبات الكهربائية التي تم تحليلها بواسطة المجهر الإلكتروني ، غالبا ما يكون من الصعب إجراء توصيف يمثل عينة معقدة وغير متجانسة.
للكشف عن عدم تجانس الحجم هذا ، تقترح الجمعية الدولية للحويصلات خارج الخلية (ISEV) تحليل عدد كاف من الصور واسعة المجال ، مصحوبة بصور أصغر ، للكشف عن EVs فردية عالية الدقة14. AFM هو بديل للنهج البصرية وتقنيات الحيود الإلكترونية لدراسة المركبات الكهربائية. تستخدم هذه التقنية طرفا حادا يحمله ناتئ مرن يقوم بمسح العينة المودعة على دعامة واحدة ، سطرا بسطر ، ويضبط المسافة بين الطرف والعناصر الموجودة من خلال حلقة التغذية المرتدة. هذا يجعل من الممكن توصيف تضاريس العينة وجمع المعلومات المورفولوجيةالميكانيكية 15،16،17،18. يمكن مسح المركبات الكهربائية بواسطة AFM إما بعد ترسبها على ركيزة مسطحة ذريا أو بعد التقاطها على ركيزة معينة تعمل بواسطة الأجسام المضادة أو الببتيدات أو الأبتامرات لتوصيف المجموعات السكانية الفرعيةالمختلفة 18,19. نظرا لقدرته على تحديد البنية والميكانيكا الحيوية والمحتوى الجزيئي الحيوي الغشائي للمركبات الكهربائية داخل العينات البيولوجية المعقدة والتحقيق فيها في وقت واحد دون الحاجة إلى المعالجة المسبقة أو وضع العلامات أو الجفاف ، يتم الآن استخدام AFM بشكل متزايد لتوصيف المركبات الكهربائية بطريقة دقيقة ومتعددة المعلمات في ظل الظروف الفسيولوجية لدرجة الحرارة والمتوسطة.
تقترح هذه الورقة منهجية تستخدم رقاقة حيوية ذهبية أساسية قادرة على أن تكون وظيفية كيميائيا (حيوية) بتنسيق متعدد الإرسال. هذه الركيزة هي حجر الزاوية في منصة تحليلية قوية تجمع بين الكشف البيولوجي عن مجموعات فرعية من المركبات الكهربائية عن طريق رنين البلازمون السطحي ، وبمجرد امتصاص / تطعيم المركبات الكهربائية أو التقاطها مناعيا على الرقاقة ، يتيح AFM التوصيف المترولوجي والمورفولوجي للمركبات الكهربائية. إلى جانب توقيع رامان للمجموعات الفرعية للمركبات الكهربائية التي تم التقاطها على الشريحة ، تتيح هذه المنصة التحليلية تأهيل المركبات الكهربائية الموجودة في العينات البيولوجية بطريقة خالية من الملصقات ودون الحاجة إلى خطوات ما قبل التحليل. توضح هذه الورقة أن الجمع بين التقنيات القوية ، بمساعدة منهجية صارمة للغاية في إعداد الركيزة والحصول على البيانات ، يجعل تحليل EV عميقا ونهائيا وقويا.
مبدأ النهج المقترح هو إعداد ركيزة ذهبية ، لامتصاص / تطعيم أو التقاط الأنواع الفرعية للمركبات الكهربائية ، ومسحها ضوئيا بواسطة AFM لتقدير حجم وشكل كل مجموعة فرعية من المركبات الكهربائية. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تحليل تلك المركبات الكهربائية الممتصة بواسطة التحليل الطيفي لرامان. يمكن لهذه الركيزة ، في الواقع ، أن تقدم ثلاثة أنواع من الواجهات ذات التعقيد المتزايد: المصفوفات الدقيقة العارية أو الوظيفية كيميائيا أو الرباط. قبل وصف الخطوات المختلفة للبروتوكول ، تتم إحالة القراء إلى العرض التخطيطي لنهج منصة التحليل الحيوي النانوي (NBA) في الشكل 1 ، والذي يجمع بين التصوير بالرنين البلازموني السطحي (SPRi) و AFM والتحليل الطيفي.

الشكل 1: منصة التحليل الحيوي النانوي. يجمع هذا النهج بين (أ) التصوير بالرنين البلازموني السطحي ، (ب) مجهر القوة الذرية ، والتحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء / رامان (نانو) ، وكلها تعمل على نفس الركيزة - شريحة ذهبية متعددة. الاختصارات: NBA = منصة التحليل الحيوي النانوي ؛ SPRi = التصوير بالرنين البلازموني السطحي ؛ AFM = مجهر القوة الذرية ؛ EV = حويصلة خارج الخلية. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
تشكل الرقاقة الحيوية الذهبية الأساسية قلب المنصة حيث يتم إجراء جميع تقنيات التوصيف الخالية من الملصقات على هذه الرقاقة الحيوية. وفقا لاحتياجات توصيف EV (إما مجموعات EVs العالمية / الكلية أو مجموعات فرعية EV) وقيود / متطلبات الطرق المستخدمة ، تم تطوير ثلاثة أنواع من أسطح الرقائق الحيوية الذهبية: إما "عارية" ، وظيفية كيميائيا "C11 / C16" ، أو ligand-biofunctionalized ، تسمى سطح الذهب "ligand".
تتيح الرقاقة الحيوية العارية ، المسماة "عارية" ، الامتزاز البسيط للمركبات الكهربائية على الذهب. من الممكن تحديد المخزن المؤقت المستخدم وتحقيق هذا الامتزاز إما بطريقة سلبية (الحضانة ثم خطوات الشطف) أو لمراقبته تحت التدفق (في SPRi). علاوة على ذلك ، يمكن تحقيق هذا الامتزاز السلبي إما على الشريحة بأكملها (كمصفوفة كبيرة) أو موضعية في المصفوفات الدقيقة باستخدام مراقب ماصة دقيقة. يسمح "إجراء التدفق المنخفض" للمحققين بمتابعة الحركية ومستوى امتصاص EV. يتم اعتماد هذا النهج على الركيزة الذهبية المجردة عندما تتداخل واجهة الطبقة الكيميائية مع الطريقة التحليلية (على سبيل المثال ، لتحليل رامان الطيفي).
تستخدم الرقاقة الحيوية الوظيفية كيميائيا ، والتي تسمى "C11 / C16" ، لإنشاء "سجادة" كثيفة وقوية من المركبات الكهربائية المرتبطة تساهميا على سطح الذهب عن طريق تكوين روابط أميد أولية مع الثيولات عندما يكون الهدف هو الحصول على رؤية عالمية لعينة EV. في الواقع ، في هذه الحالة ، يتم تشغيل الذهب بواسطة خليط ثيولات من mercapto-1-undecanol (11-MUOH: "C11") وحمض mercapto-1-hexadecanoic (16-MHA: "C16") ، ويتم تنشيط جزء من الثيولات كيميائيا لإنشاء ارتباط تساهمي مع الأهداف. مرة أخرى ، يمكن تحقيق هذه الاستراتيجية إما بشكل سلبي (خطوات الحضانة ثم الشطف ، إما في "macroarray" أو في مصفوفات دقيقة متعددة باستخدام مراقب micropipit) أو تحت معدلات التدفق (في SPRi) لمتابعة حركية ومستوى تطعيم EV على سطح الذهب.
يتم تنشيط الرقاقة الحيوية ذات الوظائف الحيوية ، والتي تسمى "الروابط" ، كيميائيا لتطعيم روابط مختلفة تساهميا (على سبيل المثال ، الأجسام المضادة والمستقبلات) لالتقاط مجموعات فرعية مختلفة من EV تتعايش في العينة البيولوجية بشكل انتقائي (مع التقارب).