从细胞培养物中分离完整溶酶体的新技术

溶酶体是在细胞消化和废物处理中发挥重要作用的细胞器，溶酶体功能障碍通常会导致严重疾病。在最近的一项研究中，科学家开发了一种新技术，利用磁性纳米颗粒从细胞中提取完整的溶酶体。他们的方法比以前的方法快得多，并能得到高纯度的样品，使我们能够更好地了解溶酶体及其代谢物，并有望为溶酶体疾病的治疗铺平道路。

　　

   

   

图片:一旦磁性纳米颗粒通过内吞途径自然聚集在细胞的溶酶体中，细胞膜就会破裂。它的内容用磁铁“筛选”了30分钟。在这一过程的最后，完整的溶酶体可以从磁体中提取出来，并用于研究其结构、代谢物和蛋白质组成。

来源:JAIST Shinya Maenosono

我们细胞的正确功能依赖于许多复杂过程和细胞器的精确协调。溶酶体是重要的细胞器，是许多动物细胞中充满酶的亚基，有助于分解和再利用大分子，如蛋白质、脂质和核苷酸。除了在细胞消化和废物处理中发挥作用外，溶酶体还参与氨基酸信号传导，刺激蛋白质合成和其他作用。

鉴于许多疾病都是由溶酶体功能缺陷引起的，研究人员几十年来一直在积极地试图了解这些细胞器也就不足为奇了。但是只有少数技术可以从细胞内提取溶酶体。最常用的方法是密度梯度超离心法。它需要轻轻打破细胞膜，对细胞内的物质施加离心力。这就通过密度来分离细胞成分。不幸的是，其他一些细胞器具有与溶酶体相同的密度，导致样品中含有杂质。此外，这个过程需要很长时间，当它完成时，许多溶酶体蛋白质已经丢失和/或降解了。

一种更先进的技术叫做“免疫沉淀”，它依赖于修饰溶酶体的表面蛋白质，这样它们就能被覆盖在特制抗体上的磁珠捕获。虽然这种方法可以产生更纯的结果，但提取的溶酶体的蛋白质组成会被程序修改，因此，随后的蛋白质分析可能会受到影响。很明显，我们需要找到一种更好的方法从细胞中提取溶酶体。

幸运的是，由日本高级科学技术研究所(JAIST)的Shinya Maenosono教授领导的一组科学家已经开始着手研究，并开发了一种快速分离高纯度完整溶酶体的新策略。本研究发表在《ACS Nano》杂志上，参与研究的还有JAIST的Kazuaki Matsumura教授、Yuichi Hiratsuka副教授、日本东北大学的Tomohiko Taguchi教授。

他们的策略是利用磁等离子体混合纳米粒子(MPNPs)，该纳米粒子由银和铁钴合金制成，并覆盖一种名为氨基葡聚糖(aDxt)的化合物。这种方法的基础是，覆盖adxt的MPNPs通过“内吞作用”自然被细胞摄入，并在溶酶体内达到高潮。一旦溶酶体内积累了足够多的MPNPs，细胞就可以被轻轻“粉碎”，然后用磁铁回收溶酶体。

为了使这种方法可行，MPNPs只位于溶酶体内而不位于其他细胞器内是至关重要的。这就是等离子体成像派上用场的地方，因为等离子体纳米粒子与光相互作用的独特方式使它们很容易用光学显微镜可视化。通过使用免疫染色对内吞途径中的每种细胞器进行不同的染色，并检查MPNPs的位置如何与它们重叠，研究人员确定了大多数MPNPs到达溶酶体所需的精确时间。反过来，这确保分离过程产生高纯度的溶酶体样品。

随后，该团队分析了温度和磁分离时间对提取的溶酶体蛋白质组成的影响。他们的结果表明，即使在低至4°C的温度下，蛋白质的流失也非常快。幸运的是，他们的方法足够快，可以提取完整的溶酶体，正如Maenosono教授强调的那样:“我们发现细胞破裂后分离溶酶体所需的最长时间为30分钟，这大大缩短了使用基于离心的技术所需的时间，后者通常需要最少几个小时的分离时间。”

总的来说，这项新技术将帮助研究人员探索溶酶体的脆弱代谢物以及它们如何在刺激下发生变化。反过来，这将为溶酶体功能障碍相关疾病的新见解铺平道路。在这方面，Maenosono教授评论说:“鉴于溶酶体与许多细胞代谢物的深刻关系，有必要对溶酶体功能进行更深入的了解，以确定其在不同细胞状态下的调节。”因此，我们的技术可以在未来更好地理解和治疗溶酶体疾病。”此外，该方法还可用于除溶酶体外的其他细胞器的提取。希望这项研究能让我们更深入地了解细胞的内容。

原文检索：

Title of original paper:	Quick and Mild Isolation of Intact Lysosomes Using Magnetic–Plasmonic Hybrid Nanoparticles
Journal:	ACS Nano
DOI:	10.1021/acsnano.1c08474