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案例应用丨TFF技术实现植物外泌体的精准捕获与高效纯化
发布日期：2025-03-17
植物来源的细胞外囊泡（Plant-derived extracellular vesicles，PLEVs）或植物外泌体样纳米囊泡（Plant exosome-like nanovesicles，PELNVs）作为一种天然存在的脂质双层膜结构，排除了动物源细胞外囊泡的免疫原性，具有包裹疏水性和亲水性化合物、生物相容性和生物降解性等优点，是一种极具潜力的新型载体[1]。另外，因其与植物组织分离后具有某些同源的生物活性物质，如富含生物活性脂质、蛋白质、RNA和其他药理活性分子，可以用作某些疾病的治疗药物或进行疾病的营养干预[2]。然而，植物外泌体的高效提取面临挑战，传统提取方法（如超速离心、聚合物沉淀等）存在效率低、外泌体损伤严重、纯度不足等问题。近年来，切向流过滤技术（Tangential Flow Filtration, TFF）因其高效、可规模化等优势，逐渐成为植物外泌体提取的核心技术。本文重点综述切向流过滤技术在植物外泌体纯化中的优势，并探讨其在抗氧化领域的应用前景。
目前植物主要分为水果、蔬菜、草药三类，每组的PELNs都可应用于生物医学。水果来源的PELNs表现出抗氧化能力，蔬菜来源的PELNs表现出抗病毒和胰岛素抵抗调节能力，草药来源的PELNs具有再生和抗骨质疏松症的作用。多项研究表明，PELNs具有抗炎、抗肿瘤、免疫调节等药理作用，可用于治疗肿瘤、炎症性疾病及细菌感染等疾病，还可作为药物靶向递送的载体，在疾病治疗领域展现出广阔的应用前景（图1）。
图1. 植物来源的PELNs的生物学功能总结[2]
植物外泌体天然携带抗氧化成分，其抗氧化机制包括：①活性分子递送：如多酚类（如白藜芦醇、槲皮素）、黄酮类化合物，可直接清除自由基（ROS）；②调节细胞信号通路：通过递送miRNA激活Nrf 2/ARE通路，促进抗氧化酶（SOD、CAT、GPx）表达；③线粒体保护：修复氧化应激导致的线粒体膜损伤，维持能量代谢平衡。如葡萄外泌体可抑制UVB诱导的皮肤氧化损伤，柑橘外泌体通过上调SOD活性减轻肝脏氧化应激（表1）。
切向流过滤通过平行于膜表面的流体剪切力，实现外泌体与杂质（如蛋白质、细胞碎片）的高效分离。典型的流程包括：
1. 粗分离：使用大孔径膜（如500kDa）去除大颗粒；
2. 浓缩：通过中空纤维浓缩样品；
洗滤：置换缓冲液以去除小分子污染物。
1.高效处理大体积样品：
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连续浓缩与纯化：TFF通过切向流设计，可快速浓缩大体积样品（如植物培养液或提取液），避免传统超速离心法的时间限制；
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缩短周期：相比超速离心需多次重复离心，TFF可一步完成浓缩和洗滤，显著提升效率，尤其适合工业化生产需求（图2）。
图2. 超速离心法（UC）和切向流法（TFF）提取外泌体的过程和原理[3]
2.温和操作保护外泌体完整性
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低剪切力环境：切向流设计减少膜表面堵塞，降低机械剪切力，避免外泌体膜结构损伤。
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生理条件兼容：全程在低温或中性缓冲液中进行，无需添加化学沉淀剂（如PEG），保留外泌体的天然生物活性及功能。
3.高回收率与高纯度
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精准分离：通过选择合适截留分子量（如100-500 kDa）或孔径（0.1 μm）的滤膜，有效区分外泌体（30-150 nm）与杂质（蛋白聚集体、细胞碎片）。
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减少损失：动态过滤模式减少膜堵塞，外泌体回收率可达80%以上，远超超速离心（通常低于50%）。
4.可扩展性强，适应工业化需求
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线性放大能力：实验室规模与工业生产设备原理一致，工艺参数（切向流速、跨膜压力）可直接放大，降低工艺开发成本。
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自动化控制：可与在线监测系统（如压力、流量传感器）联用，确保批次间一致性，符合GMP生产标准。
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皮肤修复：姜外泌体经TFF纯化后，多酚浓度提高3倍，显著抑制黑色素瘤细胞ROS生成（体外实验IC50降低40%）；
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神经保护：西兰花外泌体负载姜黄素，靶向递送至脑部，改善阿尔茨海默病模型小鼠的氧化损伤。
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抗衰老配方：苹果外泌体通过TFF与脂质体融合，透皮吸收率提升50%，减少紫外线诱导的胶原蛋白降解。
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功能性食品添加剂：绿茶外泌体经TFF纯化后稳定性增强，可制成口服片剂抑制肠道氧化应激。
基于上述切向流技术的应用场景，同腾新创自主研发的CEL-G® TFF Lab系列外泌体浓缩系统（图3），在切向流超滤浓缩的基础上，创新性地引入“澄清、浓缩、除菌”三级分离原理，实现了外泌体的规模化、自动化浓缩富集。该系统不仅显著提高了外泌体的收获效率，还大幅减少了人工干预，提升了操作的便捷性和一致性。
图3. CEL-G® TFF Lab系列外泌体浓缩系统
系统具备高效、便捷、自动化程度高、可根据需求灵活调节收获体积以及全程参数监控等诸多优势，并严格符合GMP规范（图4）。此外，其独特的设计理念在一定程度上有效减少了滤膜堵塞现象，从而更好地保障了外泌体形态和功能的完整性。
图4. CEL-G® TFF Lab系列外泌体浓缩系统的优势
目前，通过TFF Lab系统，已成功提取了人参、姜、马齿苋、西红柿等多种植物外泌体，为外泌体在生物医学、化妆品、食品等领域的应用提供了有力的技术支持。
切向流过滤技术通过高效、温和的分离特性，正在推动植物外泌体从实验室研究向临床应用转化。随着膜材料科学与自动化控制的进步，TFF有望成为植物源纳米药物工业化生产的核心技术，结合其天然抗氧化特性，未来有望在精准医疗和绿色生物制造中发挥关键作用。
[1]. Wu C, Li J, Huang K, et al. Advances in preparation and engineering of plant-derived extracellular vesicles for nutrition intervention[J].Food Chemistry, 2024: 140199.
[2]. Dad H A, Gu T W, Zhu A Q, et al. Plant exosome-like nanovesicles: emerging therapeutics and drug delivery nanoplatforms[J]. Molecular Therapy, 2021, 29(1): 13-31.
[3].Reka Agnes, Haraszti,Rachael, Miller,Matteo, Stoppato et al. Exosomes Produced from 3D Cultures of MSCs by Tangential Flow Filtration Show Higher Yield and Improved Activity. [J] .Mol Ther, 2018, 26(12):2838-2847.
[4].Rufan, Huang,Bo, Jia,Dandan, Su et al. Plant exosomes fused with engineered mesenchymal stem cell-derived nanovesicles for synergistic therapy of autoimmune skin disorders.[J] .J Extracell Vesicles, 2023, 12(10):e12361.
[5].Lifen, Yin,Ling, Yan,Qian, Yu et al. Characterization of the MicroRNA Profile of Ginger Exosome-like Nanoparticles and Their Anti-Inflammatory Effects in Intestinal Caco-2 Cells.[J] .J Agric Food Chem, 2022, 70(15):4725-4734.
[6]. Mu, J., et al. (2018). Interspecies communication between plant and mouse gut host cells through edible plant-derived exosome-like nanoparticles. Molecular Nutrition & Food Research, 62(10), e1700830.
[7]. Teng, Y., et al. (2022). Plant-derived exosomal microRNAs shape the gut microbiota. Cell Host & Microbe, 30(6), 801-823.
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