一种用于动态、长期、免标记监测细胞摄取纳米囊泡的系统及方法

本发明属于细胞电生理检测，具体涉及一种用于动态、长期、免标记监测细胞摄取纳米囊泡的系统及方法。

背景技术：

1、心血管疾病是全球死亡率和发病率的主要原因，其中心肌梗塞是导致心血管疾病有害影响的重要因素。尽管现有药物治疗、经皮冠状动脉介入治疗成功改善了心肌梗死后的早期生存率，但不能恢复受损组织的功能。目前，亟需开发新型的心梗治疗策略。

2、以外泌体为代表的新型纳米级细胞外囊泡(纳米囊泡)是一类具有潜力的治疗药物之一。科学、合理地评价外泌体/纳米囊泡作为心梗潜在治疗药物的作用，显得尤为重要。目前研究者们已经开发了多种方法，建立了包括体外细胞培养模型、动物模型在内的临床前研究方案和临床研究方案。体外模型允许进行对照实验，以评估氧化应激条件下纳米囊泡对细胞反应的影响。动物模型可以更全面地了解纳米囊泡在体内的治疗效果及其对组织修复和再生的影响。这些评估研究，可以评估细胞活力、氧化应激标志物、组织损伤和功能恢复等参数，也可用于评估纳米囊泡的治疗效果。

3、文献1(bohao liu，et.al.，cardiac recovery via extended cell-freedelivery of extracellular vesicles secreted by cardiomyocytes derived frominduced pluripotent stem cells，nature biomedical engineering，vol 2，may 2018，293-303)公开了：通过延长诱导多能干细胞心肌细胞分泌的细胞外囊泡的无细胞递送进行心脏恢复。为了研究纳米囊泡治疗对心脏损伤和恢复的影响，对心脏损伤反应的影响进行了组织学检查，并对大鼠进行连续的在体心电图监测。此外，文献2(rimi lee，et.al.，real-time and label-free monitoring of nanoparticle cellular uptake usingcapacitance-based assays，scientific reports，6：33668，doi：10.1038/srep33668)公开了：一种电容传感器阵列，可以实时监测纳米颗粒处理的细胞的电容值，而无需标记。在细胞摄取纳米颗粒时，基于ζ电位变化，在低频(例如100hz)下观察到作为时间函数的电容峰值。在高频区(例如，15-20khz)，与细胞生长对照组相比，由于细胞质电阻增加以及膜电容和电阻降低，电容降低的速率随着时间的推移而减慢。但是目前还缺乏动态、长期、免标记检测不同物种来源纳米囊泡及其氧化应激损伤治疗效果的体外可扩展检测平台。由于实验限制，很难检测纳米囊泡与心肌细胞的实时相互作用以及纳米囊泡的长期疗效。

4、心肌细胞传感阵列提供了对心肌细胞电活动的高时空分辨率监测，可以用于研究心脏疾病的发生机制、药物筛选以及心脏组织工程等领域的研究。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于心肌细胞的传感阵列检测方法，可以简单、快速、高效地记录胞外电位信号，在外源纳米囊泡作用下，细胞本身会进行反馈与调整，导致其电生理特征发生变化。该方法可以用于动态、长期、免标记感知纳米囊泡的摄取过程，以及用于评估基于外泌体类纳米囊泡药物的治疗效果。利用心肌细胞传感阵列来捕捉细胞对来自不同物种来源的纳米囊泡的动态响应信号。同时，在体外用h2o2构建细胞氧化应激损伤模型，可探究纳米囊泡改善氧化应激的治疗潜力，为相关疾病提供了一种更有效、方便的新型治疗策略。同时，本发明为体外实时感知和鉴别纳米囊泡建立了一个有前景的生物传感平台，并为研究纳米囊泡在心脏和循环系统中的功能创造了新的机会。

2、本发明首先提供了一种用于动态、长期、免标记监测细胞摄取纳米囊泡的系统，包括：

3、(1)心肌细胞，

4、(2)传感阵列，顶面具有用于培养心肌细胞的培养腔，培养腔底面具有用于检测心肌细胞电生理信号的电极，

5、(3)纳米囊泡，通过将纳米囊泡与心肌细胞共孵育，由所述传感阵列检测心肌细胞电生理信号的变化。

6、优选的，所述纳米囊泡为大肠杆菌纳米囊泡、栀子花纳米囊泡、hek293细胞纳米囊泡或间充质干细胞纳米囊泡。

7、本发明又提供了一种用于监测细胞摄取纳米囊泡的方法，使用所述系统，所述方法包括以下步骤：

8、s1，将心肌细胞培养在所处传感阵列顶面的培养腔中，

9、s2，将纳米囊泡加入所述培养腔中与心肌细胞共孵育，

10、s3，由传感阵列对纳米囊泡加入前后心肌细胞电生理信号进行监测，评估纳米囊泡对心肌细胞的影响。

11、本发明还提供了一种纳米囊泡对减轻氧化应激诱导的细胞损伤的方法，包括：

12、s1，提供心肌细胞，

13、s2，提供传感阵列，所述传感阵列的顶面具有用于培养心肌细胞的培养腔，培养腔底面具有用于检测心肌细胞电生理信号的电极，

14、s3，将所述心肌细胞培养到所述培养腔中，

15、s4，提供纳米囊泡，将纳米囊泡加入所述培养腔中与所述心肌细胞共孵育，

16、s5，将双氧水加入所述培养腔中刺激所述心肌细胞，

17、s6，由传感阵列对纳米囊泡加入前后、双氧水加入前后的心肌细胞电生理信号进行监测，评估纳米囊泡对减轻氧化应激诱导损伤的作用。

18、优选的，步骤s4中所述纳米囊泡为间充质干细胞纳米囊泡。

19、优选的，步骤s4中纳米囊泡与所述心肌细胞共孵育24h，再进行步骤s5双氧水的加入。

20、优选的，步骤s5中双氧水的使用浓度为200μm。

21、优选的，所述传感阵列对双氧水加入后的72h内心肌细胞电生理信号进行监测。

22、本发明相对于目前技术短板具有以下有益效果：

23、本发明提供了一种基于心肌细胞传感阵列的纳米囊泡摄取动态、长期、免标记监测的方法与系统，与其他依赖于标记染料和特定时间点或终点有限测量的技术不同，本发明中引入的心肌细胞传感阵列方法允许连续检测纳米囊泡被细胞摄取的过程和监测对外泌体/纳米囊泡类药物的长期疗效，而无需对纳米囊泡进行标记或添加额外标记分子，具有巨大的应用潜力。

24、并且，这种方法为动态、长期、免标记观察和评估纳米囊泡摄取动力学提供了明显的优势，本发明首次利用微电极阵列记录的信号反应来定量评估基于纳米囊泡的心脏治疗的效果，为治疗的时间动态和疗效提供了有价值的参考，对推进纳米囊泡在心血管治疗研究及其在各个领域的应用具有重要意义。

技术特征：

1.一种用于动态、长期、免标记监测细胞摄取纳米囊泡的系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述用于动态、长期、免标记监测细胞摄取纳米囊泡的系统，其特征在于，所述纳米囊泡为大肠杆菌纳米囊泡、栀子花纳米囊泡、hek293细胞纳米囊泡或间充质干细胞纳米囊泡。

3.一种用于动态、长期、免标记监测细胞摄取纳米囊泡的方法，其特征在于，使用权利要求1或2所述系统，所述方法包括以下步骤：

4.一种纳米囊泡对减轻氧化应激诱导的细胞损伤的方法，其特征在于，包括：

5.根据权利要求4所述纳米囊泡对减轻氧化应激诱导的细胞损伤的方法，其特征在于，步骤s4中所述纳米囊泡为间充质干细胞纳米囊泡。

6.根据权利要求4所述纳米囊泡对减轻氧化应激诱导的细胞损伤的方法，其特征在于，步骤s4中纳米囊泡与所述心肌细胞共孵育24h，再进行步骤s5双氧水的加入。

7.根据权利要求4所述纳米囊泡对减轻氧化应激诱导的细胞损伤的方法，其特征在于，步骤s5中双氧水的使用浓度为200μm。

8.根据权利要求4所述纳米囊泡对减轻氧化应激诱导的细胞损伤的方法，其特征在于，所述传感阵列对双氧水加入后的72h内心肌细胞电生理信号进行监测。

技术总结
本发明公开了一种用于动态、长期、免标记监测细胞摄取纳米囊泡的系统及方法。所述系统包括心肌细胞、传感阵列和纳米囊泡，通过将纳米囊泡与心肌细胞共孵育，由所述传感阵列检测心肌细胞电生理信号的变化。本发明中引入的心肌细胞传感阵列方法允许连续检测纳米囊泡被细胞摄取的过程和监测对外泌体/纳米囊泡类药物的长期疗效，而无需对纳米囊泡进行标记或添加额外标记分子，具有巨大的应用潜力。并且，这种方法为动态、长期、免标记观察和评估纳米囊泡摄取动力学提供了明显的优势，本发明首次利用微电极阵列记录的信号反应来定量评估基于纳米囊泡的心脏治疗的效果，为治疗的时间动态和疗效提供了有价值的参考。

技术研发人员：徐李舟,秦春莲,刘滢佳,应义斌,平建峰
受保护的技术使用者：浙江大学杭州国际科创中心
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15