세포유래의 세포외 소포(extracellular vesicles)는 세포 간 통신에서 중요한 역할을 수행하는 지질 이중막 소포이다. 세포외 소포는 상당한 생의학적 잠재력을 지니고 있음에도 불구하고, 세포외 소포의 기존 분리 방법론은 정교한 전처리를 필요로 하므로 노동집약적이며 처리량 면에서 제한적이다. 이러한 과제를 극복하기 위해, 맞춤형 세포외 소포 분리를 위한 약 400 nm 크기의 기공을 갖는 메조-대공성(meso-macroporous) 하이드로겔 매트릭스를 제조하는 손쉬운 제작 경로를 제시한다. 하이드로겔 매트릭스 내에서 표면 전하 선택적 포획(surface charge-selective capture)을 통해 세포외 소포를 포획하고, 고이온강도(high ionic strength)로 이를 회수함으로써, 전처리 없이 다양한 생체유체—전혈, 혈장, 복수, 타액, 소변, 소 우유 및 세포 배양 배지—에서 마이크로리터에서 리터 규모에 이르는 처리량 범위로 직접적인 세포외 소포 분리를 보고한다. 또한, 메조-대공성 하이드로겔이 세포외 소포를 필요 시점(on-demand) 하류 분석(downstream analyses)을 위해 보존하는 고체상(solid-phase) 매트릭스로도 기능함을 입증하여, 치료제(therapeutics), 코스메슈티컬(cosmeceuticals) 및 질병 진단(disease diagnostics)에 적용 가능함을 보여준다.

• VEUS는 정밀 진단 능력을 갖춘 현장(POCT) 기반 검사 플랫폼이다. • VEUS는 외상성 뇌손상에 대해 임상 진단과 동등한 수준의 진단 역량을 보인다. • VEUS는 다중화를 위해 길이 인코딩된 막대형 자성 입자를 활용한다. • VEUS는 분석법부터 이미지 처리까지 완전 자동화를 제공한다. • VEUS는 1× 배율에서 전방위(둘레 방향)로 집광하는 조명을 가진다. 생의학 분야에서 시의적절한 의료 개입을 위해 POCT의 역량을 정밀 진단과 결합하려는 수요가 증가하고 있다. 정밀 진단은 높은 민감도와 다중화 능력을 제공하지만, 결과 회신까지 최소 하루가 필요하며 비용이 많이 들고 부피가 큰 장비와 숙련된 운영자가 요구된다. 기존 POCT는 높은 민감도, 정확성, 다중화 기능, 신속성을 동시에 달성하는 데 어려움이 있다. 면역 및 분자 진단을 가능하게 하는 플랫폼은 진단 및 예후 정밀도를 향상시킬 것이다. 본 연구에서는 POCT와 정밀 진단의 이점을 통합한 VEUS (Versatile, Easy, User-friendly System)를 제시한다. VEUS는 네 가지 핵심 구성 요소를 갖추고 있다: 1) 분석법 워크플로우의 완전 자동화, 2) 1× 영상 획득을 위한 전방위 집광 조명, 3) 고처리량 AI 기반 디코딩 및 이미지 처리, 그리고 4) 길이 인코딩된 막대형 자성 입자. 이러한 혁신은 기존 현미경에 비해 10배 더 높은 광학 민감도를 제공하며, 면역 및 분자 진단 모두를 수행할 수 있는 보편적이며 상용화 준비가 된 플랫폼을 제공한다. 광범위한 임상 적용 가능성을 보여주기 위해, 우리는 면역검사를 통해 외상성 뇌손상과 패혈증을 진단하고 CRISPR/Cas 기반 분자 검사를 통해 호흡기 바이러스 감염을 진단함으로써 이 이중 기능을 제시한다. VEUS는 환자에게 현장에서 신속하고 정확한 진단을 제공함으로써 임상 결과를 유의미하게 개선할 잠재력이 있다.