BBRC | 荧光mRNA标记结合fMOST成像：解析外泌体肺部分布的高分辨率技术体系
2026-03-12
外泌体作为纳米级细胞外囊泡，凭借天然的生物相容性、低免疫原性及强生物屏障穿透能力，成为极具潜力的生物药物和药物递送载体。然而，其临床转化面临关键瓶颈——传统示踪技术难以精准、定量地解析外泌体在体内的药代动力学特征。常用的脂溶性荧光染料（如 DiO、DiI）标记法易出现染料脱落、信号扩散等问题，导致信噪比低，无法在复杂组织环境中准确定位外泌体；而激光共聚焦等成像技术受限于景深和分辨率，难以实现全器官尺度的三维高分辨率观察与定量分析。在肺部疾病治疗中，外泌体的给药途径（如静脉注射、鼻内给药）直接影响其靶向效率，但现有技术无法清晰揭示不同途径下外泌体在肺内的精细空间分布。开发新型高特异性、高分辨率的外泌体示踪技术，对优化外泌体给药策略、推动其临床转化至关重要。
2026 年 1 月 25 日，海军军医大学王越等人团队在《Biochemical and Biophysical Research Communications》上发表了题为 “High-resolution imaging of exosome pulmonary spatial distribution via fluorescent mRNA labeling and fMOST” 的研究性论文。本研究建立了“荧光 mRNA 标记-fMOST 成像” 整合技术体系，解决了传统外泌体示踪的技术瓶颈。该体系通过脂质体转染将荧光标记 mRNA 载入外泌体腔室，标记效率达 85.6%，且不破坏外泌体结构完整性，信噪比显著优于传统 DiO 染料。结合光片荧光显微镜（LSFM）和荧光显微光学切片断层成像（fMOST）技术，实现了外泌体在肺组织中的三维高分辨率可视化。研究发现，尾静脉注射后外泌体在肺内的积累量是鼻内给药的 2.48 倍，且 fMOST 成像揭示外泌体在肺叶中部区域富集的空间分布特征。该技术体系为外泌体的体内药代动力学分析提供了全新工具，为外泌体药物的靶向效率评估和递送策略优化奠定了基础。
01 荧光 mRNA 标记外泌体的高效性与生物相容性验
为解决传统标记技术的缺陷，研究利用外泌体天然的核酸载体特性，通过 Exo-Fect 转染试剂将 Cy3/Cy5 标记的 mRNA 载入间充质干细胞来源外泌体。透射电镜（TEM）显示，标记后的外泌体仍保持典型的杯状双层膜结构，无明显破裂；纳米颗粒追踪分析（NTA）和纳米流式细胞术证实，标记后外泌体粒径仍集中在 100-150 nm 的特征范围，仅因 mRNA 负载略有增大。WB 检测显示，标记前后外泌体均高表达 CD63、CD9、ALIX 等阳性标志物，无钙联蛋白（Calnexin）污染，证实外泌体纯度未受影响。纳米流式细胞术验证显示，荧光 mRNA 标记效率达 85.6%，显著优于传统染料标记。
02 荧光 mRNA 标记实现外泌体在肺内的特异性定位
对比传统 DiO 染料与荧光 mRNA 的标记效果，激光共聚焦显微镜（LSCM）观察显示，DiO 标记的外泌体在肺组织切片中呈现弥散性非特异性染色，信号易扩散至周围细胞；而荧光 mRNA 标记的外泌体信号呈离散的浓缩斑点，可精准追踪至特定受体细胞，主要被气管上皮细胞和巨噬细胞摄取。这一结果证实，荧光 mRNA 标记可避免染料脱落导致的信号干扰，实现外泌体在复杂组织微环境中的特异性定位。
03 不同给药途径对外泌体肺内积累量的影响
为明确给药途径对肺靶向效率的影响，研究分别采用尾静脉注射和鼻内给药两种方式，结合组织透明化技术与光片荧光显微镜（LSFM）成像定量分析。结果显示，尾静脉注射组肺内荧光 mRNA 标记外泌体数量达 413,647 个，而鼻内给药组仅为 166,880 个，前者积累量是后者的 2.48 倍。三维重建与二维光学切片图像均证实，静脉注射组外泌体在肺内的分布范围更广、信号更强，提示静脉注射可通过肺循环首过效应实现外泌体在肺内的高效富集，而鼻内给药需跨越多重生理屏障，导致靶向效率降低。
04 fMOST 成像揭示外泌体在肺内的精细空间分布
为解析外泌体在肺内的三维空间分布特征，研究对静脉注射样本进行 fMOST 成像，以 0.35×0.35×2 μm 的分辨率实现全肺三维重建。结果显示，外泌体在肺组织中呈现明显的分布梯度，主要富集于肺叶中部区域，而肺外周区域分布较少。这种空间分布特征可能与肺部血管网络分布、局部微环境等因素相关，为理解外泌体在肺内的靶向机制提供了直接可视化证据。fMOST 的高分辨率优势使单外泌体水平的空间定位成为可能，填补了全器官尺度与单细胞尺度之间的观察空白
结论
本研究成功建立了“荧光 mRNA 标记-fMOST 成像” 整合技术体系，通过荧光 mRNA 腔内标记解决了传统染料标记的信号扩散问题，结合 LSFM 和 fMOST 技术实现了外泌体在肺组织中的三维高分辨率示踪与定量分析。该体系具有标记效率高、生物相容性好、分辨率高等优势，明确了静脉注射相比鼻内给药更有利于外泌体在肺内富集，且揭示了外泌体在肺叶中部富集的空间分布特征。这一技术突破为外泌体的体内药代动力学研究提供了全新工具，不仅可用于评估外泌体药物的靶向效率，还能指导给药途径优化，为外泌体在肺部疾病治疗中的临床转化提供了重要的技术支撑和数据参考。
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所属分类：
学术进展
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