NTU 科学家找到识别糖尿病血管炎症风险的新方法

来自新加坡南洋理工大学、新加坡陈笃生医院 (TTSH) 和美国麻省理工学院 (MIT) 的国际科学家团队开发了可以从人的血液中提取微小的生物颗粒，并将它们作为生物标记来评估血管的健康状况的一种方法，以此来识别出血管炎症导致并发症风险的糖尿病患者。

研究成果

这种新方法从人的血液中提取微小的生物颗粒并将其用作生物标志物来评估其血管的健康状况。生物标志物是一种称为细胞外囊泡 (EVs) 的纳米级颗粒，它们由特定细胞释放到血液中。

该团队在2021年6月发表在英国皇家化学协会-芯片实验室（Royal Society of Chemistry - Lab on a Chip）的一篇论文表明，部分糖尿病患者的血液样本相较于其他患者有着异常高由免疫细胞和血小板分泌的EVs（10到50倍）。当这些EVs被添加到血管细胞时，会导致更严重的血管炎症发生。因此，结果表明，具有更高EVs值的患者，从长远来看更有可能发生血管并发症。

研究团队

新芯片的工作原理

该研究由南洋理工大学机械与航天工程学院Hou Han Wei助理教授和校长Subra Suresh教授共同领导的跨学科团队报告，与南洋理工大学材料科学与工程Dalton Tay助理教授、Rinkoo Dalan副教授、Ming Dao博士(内分泌学高级顾问、TTSH和麻省理工高级科学家，南大客座教授)等人合作完成。

该跨学科团队在论文中解释了他们的“芯片实验室”（lab-on-a-chip）是如何在一小时内自动从血液样本中分离EVs。

名为ExoDFF（Exosome isolation using Dean Flow Fractionation）的微流控芯片首先将血液样本通过高速的螺旋形通道送出。基于离心和惯性效应，较大的血细胞会朝着一个方向分离，而较小的EVs会流动得更快，并被引导到不同的出口进行搜集。

实验仪器

目前基于全球基准使用ExoDFF方法从血液中分离EVs非常耗时（长达5小时）。而且从血液样本中捕获的EVs非常少。由于不同的实验室对提取和净化EVs有不同的要求，这也是一项费力和非标准化的工作。

南洋理工大学李光前医学院侯副教授表示，相比之下，使用ExoDFF芯片可以将EVs分离和富集过程结合到一个步骤中，不需要训练有素的专业知识。“我们与TTSH临床进行密切合作，以确保只需一步操作，芯片即可轻松提取EVs进行分析。微流体现在是一项成熟的技术，凭借我们在该领域的深厚专业知识，我们可以轻松地设计独特的微流体解决方案，从人类血液中分离各种细胞和生物标志物。”

实验仪器

研究意义

目前世界上有超过4.22亿人患有糖尿病，新加坡10%的人口(超过40万)患有代谢疾病，而心血管疾病约占全世界死亡人数的31%。

李光前医学院副教授Rinkoo Dalan表示:“2019年，心血管疾病(CVD)导致全球1860万人死亡，其中58%发生在亚洲。尽管在治疗方面取得了显著进展，但与动脉粥样硬化相关的死亡率和发病率仍然很高。”

“我们需要在动脉受到严重损害之前，就对糖尿病和其他高危患者的潜在风险进行分类，以便制定预防措施。” 这一创新方法为早期糖尿病患者的潜在风险分类开辟新的途径，以便在对动脉造成重大损害之前对患者进行临床干预。除此之外，这种方法还有潜力用于评估治疗对动脉的影响。

南洋理工大学校长Subra Suresh说:“能够识别血管炎症可能性增加的糖尿病患者，可以让医生在心血管疾病发展到更严重的情况之前做出反应，因此在早期阶段治疗心血管疾病方面具有很大优势。”

目前，EVs分离芯片可以在一小时内处理多达5毫升的血液。由于ExoDFF的设计是可扩展和低成本的，而且不需要任何化学物质，未来它可以升级处理更大的样本量，或者用于制造基于细胞或EV的治疗，如干细胞治疗。

未来该团队希望开发一种自动化的、更小的的机器，用于临床和研究。此外，团队计划用更大的样本组进行更多的实验，来进一步验证他们将EVs作为糖尿病患者风险分层的假设。

*本文图片来源：NTU官网

参考文献：

1. "New method to assess risk of vascular inflammation for diabetes patients" NTU Media Release;

2.“Direct isolation of circulating extracellular vesicles from blood for vascular risk profiling in type 2 diabetes mellitus”, Royal Society of Chemistry Lab on a Chip.