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泛血管性疾病（PVDs）由系统性血管损伤引发，传统疗法存在长期疗效受限问题。外泌体作为跨器官信号载体，在PVDs的诊断与治疗中潜力显著，但面临分离效率低、功能调控难等挑战。微流控技术通过精准控制流体环境，实现外泌体的高效分离、功能化修饰及多组学分析，为PVDs的精准诊疗提供新策略。
王世英|田景涵|刘阳|郝玉婷|赵婉婷|杜娜|程世波|沈志诺|王彦春|李颖
湖北中医药大学湖北石镇实验室实验室医学学院，中国武汉黄家湖西路16号，430065
摘要
血管疾病（PVDs）是一类主要由动脉粥样硬化引起的系统性疾病，导致多个器官系统的广泛血管损伤。大规模基于人群的影像学研究表明，即使在无症状人群中，动脉粥样硬化病变也非常普遍，并且常常涉及多个血管床，这突显了血管病理的系统性负担以及改进早期检测和干预策略的必要性。在这方面，源自哺乳动物细胞的外泌体已成为血管疾病中有前景的循环生物标志物和纳米级递送载体。然而，它们的实际应用受到血液中外泌体含量低、囊泡异质性以及临床相关样本分析复杂性等因素的阻碍。本综述全面概述了用于PVDs中外泌体分离、检测和治疗工程的微流控生物传感器平台。基于尺寸排阻、免疫亲和捕获以及集成电化学或光学转导的微流控策略能够提高分析灵敏度、减少样本消耗、实现高通量处理并提高重复性。此外，微流控技术支持的外泌体负载和表面功能化方法比传统批量方法能更精确地控制外泌体的修饰。总体而言，这些技术建立了可扩展且集成化的微流控框架，推动了基于外泌体的诊断和治疗工程的发展，同时也指出了在标准化、多重检测能力和临床转化方面仍存在的挑战。
引言
血管疾病（PVDs）是一系列由多个器官共有的血管损伤机制引起的系统性疾病。内皮功能障碍、血管炎症和不良重塑共同驱动疾病进展，影响心脏、大脑、肾脏和周围血管，产生具有重叠生物标志物特征的异质性内皮表型（Musia?ek等人，2019；Tang等人，2024；Zhou等人，2022）。从机制上看，PVDs中的血管损伤涉及内皮一氧化氮缺乏、氧化应激、细胞凋亡、免疫激活和平滑肌增殖，这些因素加速了动脉粥样硬化的进程并影响了长期干预效果（Baaten等人，2023；Ajoolabady等人，2024；Fu等人，2024；Lin和Davis，2023）。传统疗法（包括药物干预、外科手术和血管重建）可以缓解症状并改善短期结果（Grundy等人，2019；Neumann等人，2019），但其长期疗效受到手术相关并发症、全身性副作用和持续血管功能障碍的限制（Giustino等人，2022；Hou等人，2025）。这些挑战凸显了迫切需要针对血管损伤的共同机制的创新策略，同时实现疾病活动的敏感性和系统级监测。
外泌体——几乎所有细胞类型分泌的纳米级细胞外囊泡——已成为PVDs诊断和治疗的有希望的候选者。它们携带的蛋白质、RNA和脂质分子反映了其母细胞的生理状态，并能防止降解，从而促进细胞间通信和维持血管稳态（Kalluri和LeBleu，2020；Pegtel和Gould，2019；Shao等人，2018）。重要的是，外泌体可以介导跨器官信号传递，使其特别适用于PVDs等系统性疾病。内皮前体细胞来源的外泌体可以促进内皮再生并抑制新生内膜增生，显示出在血管修复中的治疗潜力（Tan等人，2024）。此外，外泌体还可以作为微创生物标志物，提供关于血管损伤、炎症和重塑的动态信息（Chae等人，2025）。这些发现使外泌体成为血管治疗和再生医学领域的一个有前景的前沿。
尽管具有这些优势，但由于外泌体在大小和分子组成上的内在异质性，其临床转化仍然具有挑战性，这影响了其生物分布、靶向效率和治疗效果。传统的分离技术（如超速离心、过滤和沉淀）通常会导致产量低、污染和重复性差（Van De Wakker等人，2023；Li等人，2017）。此外，优化外泌体负载在技术上也很困难，因为电穿孔或化学修饰等方法可能产生不一致的结果（Wang等人，2021）。解决这些问题对于推进外泌体在临床应用中的发展至关重要。
微流控传感技术已成为PVDs领域的变革性工具，克服了传统方法（如样本量小、背景噪声高和需要多重分析）的局限性。通过实现精确的微尺度流体控制，这些平台提高了外泌体的回收率，保持了囊泡的完整性，并提高了分析的重复性（Chen等人，2024）。与传统方法相比，这些系统能够从有限样本中高效分离高纯度的外泌体，并将分离、富集和分析模块集成到单一自动化工作流程中，从而提高检测通量和标准化程度（Contreras-Naranjo等人，2017；Zhu等人，2025）。
除了分离之外，微流控辅助的药物加载技术（包括流体动力学聚焦和纳米流体限制）提高了外泌体负载的效率和一致性，同时不损害其生物活性（M等人，2018）。除了工程化之外，这些平台还能模拟病理微环境，支持评估外泌体对PVD相关模型中内皮功能、炎症和血管重塑的影响（Maringanti等人，2024；Zhang等人，2025；Zheng等人，2016）。总体而言，微流控技术为高通量、多重外泌体表征和工程提供了多功能工具，弥合了平台创新与PVDs临床应用之间的差距。
总之，PVDs表现出复杂的临床挑战，包括内皮功能障碍、血管炎症和不良血管重塑，需要能够捕捉不同血管床疾病异质性的生物传感策略。当前的干预措施往往无法解决这种复杂性，因此需要更精确、微创的诊断和治疗方法。外泌体因其能够促进细胞间通信和血管修复而成为有前景的生物标志物和治疗载体。同时，微流控技术为高纯度外泌体分离、精确的货物工程和功能评估提供了多功能平台，增强了其临床转化潜力。如图1所示，这些集成的微流控-外泌体平台为PVDs的下一代诊断和治疗奠定了基础，其中PVDs的生物学复杂性为生物传感策略的设计和应用提供了依据。
部分摘录
用于泛血管疾病应用的外泌体分离的微流控传感方法
在详细介绍各种微流控传感方法之前，有必要建立一个基于病理学的框架，将典型的PVD亚型与外泌体来源的生物标志物及其相关的分析挑战联系起来，如表1所总结的。在动脉粥样硬化中，内皮激活和慢性炎症表现为富含促炎microRNA（如miR-92a）的细胞外囊泡，而粘附分子（如VCAM-1和ICAM-1）则主要
泛血管疾病中外泌体 cargo 检测和分析的微流控传感策略
在高效基于微流控的分离之后，向临床转化迈出的更关键一步是对外泌体内容的分析，而不仅仅是确认囊泡的存在（Liu等人，2024）。在PVDs中，外泌体是内皮功能障碍、炎症和血管重塑的活跃介质，这些病理效应主要由它们的分子 cargo 决定，包括表面蛋白、microRNA、mRNA和脂质（Gan等人，2025）。
泛血管疾病中外泌体基础的治疗策略
PVDs涉及全身性的内皮功能障碍、慢性炎症、异常血管生成、血栓形成和多器官的不良血管重塑。这些多灶性和动态的病理特征限制了传统疗法的效果，因为这些疗法往往缺乏血管特异性和实时功能评估。由于外泌体在血管细胞间通信中的内在作用及其递送能力，它们已成为PVDs的有希望的治疗剂
结论
微流控技术与基于外泌体的策略的结合显著推进了PVDs的诊断和治疗工程。通过精确的微尺度流体操控和可控的反应环境，微流控平台提高了外泌体分离的纯度、分子检测灵敏度和货物加载效率，优于传统的批量方法。这些系统减少了样本消耗、缩短了处理时间并优化了工作流程
作者贡献声明
王彦春：撰写——审阅与编辑。沈志诺：撰写——审阅与编辑、原始草稿撰写、概念化。程世波：研究。杜娜：监督。李颖：撰写——审阅与编辑。王世英：撰写——原始草稿。赵婉婷：研究。郝玉婷：研究。刘阳：研究。田景涵：撰写——审阅与编辑
未引用的参考文献
Hou等人，2025；Li等人，2023；Liu等人，2024；M等人，2018；Travis，2015；Wang等人，2021；Wang等人，2021；Wang等人，2021；Wang等人，2024；Wang等人，2022；Zhang等人，2025；Zhang等人，2024。
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。
致谢
本工作得到了中国非传染性疾病-国家科技重大项目（2024ZD0528200）、湖北省自然科学基金 中医创新联合发展基金（2025AFD567）、湖北省中医药管理局中医研究项目（ZY2025L224）、湖北省教育厅研究基金（2024T011）以及中国博士后奖学金计划（B级）的支持
