Recent Advances of Exosomes Bioanalysis and Their Clinic Applications

doi:10.7503/cjcu20200408

Abstract

Abstract:

Exosomes are extracellular vesicles with various pivotal bioactive molecules such as lipids， proteins and nucleic acids. They are secreted by all types of cells and distributed in all biofluids， e.g. blood， saliva， sweat and urine. More importantly， the exosomes participate in multiple physiological activities including intercellular communication， mammalian reproduction and immune responses， and play the important role in the pathological progression including the metabolic and cardiovascular diseases， neurodegeneration and cancer， which make them the attractive natural non-invasive biomarkers， and are considered to be potential tools for the clinical diagnosis and therapy. In this review， we summarize the recent developments of biosensors for the detection of exosomes including series of methods such as fluorescence， electrochemistry， electrogenerated chemiluminescence， surface enhanced Raman spectra， colorimetry and microfluidic analysis. In addition， the clinic applications of exosomes were also described on the clinic diagnostic and diseases therapies. Finally， the challenges on the exosomes analysis as well as the potential researches on the clinic diagnostics and diseases therapies in the future were also discussed.

Key words: Exosomes, Biosensor, Quantitative analysis, Clinical application

CLC Number:

O657

TrendMD:

ZHANG Yimeng, ZHANG Huixin, LIU Yang. Recent Advances of Exosomes Bioanalysis and Their Clinic Applications[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2020, 41(11): 2306.

Figures/Tables 9

Fig.3 Scheme of an Au electrode array patterned on a glass surface for detection of exosomes[45](A), scheme of the electrochemical sensor using CD9 antibody for detection of exosomes[46](B), scheme of the electrochemical sensor using CD9 antibody for detection of exosomes in cell culture media[47](C), scheme of the multiplexed electrochemical sensor for detection of exosomes[48](D), scheme of the electrochemical sensor for detection of exosomes based on the gold electrodes[36](E), scheme of the iMEX for detection of exosomes[41](F), ECL biosensor for detection of HeLa cell derived exosomes[4](G), ECL biosensor for detection of OVCAR cell derived exosomes[53](H)(A) Copyright 2016, Elsevier; (B) Copyright 2016, American Chemical Society;(C) Copyright 2017, Wiley; (D) Copyright 2016, Wiley; (E) Copyright 2017, American Chemical Society; (F) Copyright 2016, American Chemical Society; (G) Copyright 2019, American Chemical Society; (H) Copyright 2020, American Chemical Society.

Fig.4 Scheme of the fluorescent biosensor based on the Cy3?CD63 aptamer/Ti3C2 MXenes nanocomplex as nanoprobe to detect exosomes[63](A), scheme of the fluorescent biosensor based on the fluorophore? labeled aptamers[64](B), scheme of the fluorescent ExoAPP[65](C), scheme of the fluorescent biosensor based on the aptamer/DNA nanoassemblies on the surfaces of exosomes[66](D), scheme of fluorescent biosensor based on a copper?mediated signal amplification strategy[67](E), scheme of fluorescent biosensor based on zirconium?phosphate coordination[68](F)(A) Copyright 2018, American Chemical Society; (B) Copyright 2018, Elsevier; (C) Copyright 2018, American Chemical Society; (D) Copyright 2017, American Chemical Society; (E) Copyright 2018, American Chemical Society; (F) Copyright 2019, Royal Society of Chemistry.

Fig.5 Scheme of the colorimetric biosensor based on the aptamer/AuNPs complex for molecular profi?ling of exosomal proteins[72](A), (B)scheme of the colorimetric biosensor based on DNA?capped single?walled carbon nanotubes[71], scheme of the colorimetric biosensor based on g?C3N4 NSs[73](C)(A) Copyright 2017, Wiley; (B) Copyright 2017, Elsevier; (C) Copyright 2017, American Chemical Society.

Fig.6 Scheme of the solid?based SERS biosensors based on the gold nanorods coated with QSY21 Raman reporters[78](A); scheme of the solid?based SERS biosensors based on AuNS@4?MBA@Au[79](B); scheme of the solution?based SERS biosensors based on the nanobeads with anti?HER2 antibody[80](C); scheme of the solution?based SERS biosensors based on the gold shell magnetic nanobeads with aptamers[81](D)(A) Copyright 2018, Ivyspring International Publisher; (B) Copyright 2018, The Royal Society of Chemistry; (C) Copyright 2016, The Royal Society of Chemistry; (D) Copyright 2018, The Royal Society of Chemistry.

Fig.7 Scheme of the SPRi biosensor on the gilded gold chip[86](A), scheme of the SPRi biosensor based on the CD81 and GM1 antibodies[87](B), scheme of the LSPR based on the SAM?AuNIs[88](C), scheme of the SPR biosensor based on the TiN[89](D)(A) Copyright 2014, American Chemical Society; (B) Copyright 2018, American Chemical Society; (C) Copyright 2017, Elsevier; (D) Copyright 2019, Wiley.

Fig.8 Scheme of the microfluidic biosensors for isolation of the exosomes[92](A); scheme of the ExoPCD?chip for the isolation and in situ detection of the exosomes[93](B); scheme of the microfluidic chip with SAW for exosomal RNA[94](C); scheme of the microfluidic chip for POC[95](D)(A) Copyright 2017, American Chemical Society; (B) Copyright 2018, American Chemical Society; (C) Copyright 2015, The Royal Society of Chemistry; (D) Copyright 2015, Nature Publishing Group.

Fig.9 Clinical use of thermophoretic sensor for profiling exosomal miRNAs in breast cancer patients[108](A); antitumor activity of Exos?Dox[113](B); design of exosomes loading system[114](C)(A) Copyright 2020, American Chemical Society; (B) Copyright 2014, Elsevier; (C) Copyright 2019, Wiley.

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