Японские ученые создали нанопроволочное устройство для поиска следов рака в крови
Устройство на основе нанопроволок из оксида цинка помогает быстро и без операции выделять из крови внеклеточные пузырьки, связанные с раком. На образцах сыворотки пациенток с раком яичников метод сохранил важные белки и микроРНК для анализа болезни.
Источник: Новости науки
МОСКВА, 15 июня. /Новости науки/. Японские ученые разработали микрофлюидное устройство, которое с высокой точностью захватывает из крови внеклеточные пузырьки, связанные с раковыми клетками. Об этом сообщила пресс-служба Университета Нагои. Результаты исследования опубликованы в журнале Device.
Метод относится к жидкой биопсии. Так называют анализ крови, мочи или других жидкостей организма, который помогает получать сведения о болезни без взятия кусочка ткани. Такой подход меньше нагружает пациента, чем обычная биопсия.
Главная цель новой разработки — выделять внеклеточные пузырьки, или EV. Это наночастицы, которые клетки выпускают во внешнюю среду. Они несут микроРНК, матричную РНК и белки на поверхности мембраны. По этим молекулам можно понять, из каких клеток вышли пузырьки и какие процессы идут в организме.
Обычные методы выделения EV часто требуют много времени, больших объемов образца и не всегда хорошо отличают нужные частицы от лишних белков. Команда профессора Такао Ясуи из Высшей школы инженерии Университета Нагои использовала нанопроволоки из оксида цинка. К ним ученые прикрепили антитела, которые узнают нужные белки на поверхности пузырьков.
Сложность была в том, что антитела нужно надежно закрепить на нанопроволоках. При этом устройство не должно сильно связывать посторонние белки. Для этого исследователи создали шесть вариантов синтетического полимера поликетона с разной длиной цепей. Лучший результат показал вариант pKNHS 4.2. Он стабильно держался на нанопроволоках и позволил прикреплять антитела за один этап.
Сначала ученые проверили устройство на культурах клеток рака молочной железы. Нанопроволоки без антител захватывали около 65% внеклеточных пузырьков с белком CD9. Нанопроволоки с антителами к CD9 захватывали уже 90% таких частиц.
Затем исследователи настроили устройство на маркеры рака яичников CLDN3, FOLR1 и TROP2. Такие антитела помогли избирательно выделять внеклеточные пузырьки из клеток рака яичников.
После этого ученые изучили образцы сыворотки крови шести пациенток с серозной карциномой яичников высокой степени злокачественности и шести людей без рака. Анализ микроРНК во внеклеточных пузырьках показал разные профили у этих двух групп.
При сравнении пузырьков, захваченных тремя типами антител, ученые нашли 126 общих микроРНК. Они могут отражать общие сигналы, связанные с раком яичников. Кроме того, исследователи выявили микроРНК, характерные только для отдельных маркеров: 40 для CLDN3, 37 для FOLR1 и 45 для TROP2. Это говорит о том, что разные подгруппы внеклеточных пузырьков несут разные молекулярные следы болезни.
«В этом исследовании мы разработали нанопроволочное микрофлюидное устройство, которое с высокой эффективностью избирательно захватывает внеклеточные пузырьки, связанные с раком, и при этом подавляет неспецифическое связывание за счет простой химической модификации», — сказал Ясуи.
По его словам, подход сохраняет и мембранные белки пузырьков, и внутренние микроРНК. Это важно для чувствительного анализа состояния опухоли.
Один из авторов работы Кунанон Чаттраират отметил, что команда планирует сравнить технологию с уже существующими клиническими методами. В дальнейшем ученые хотят применять ее для неинвазивной жидкой биопсии и ранней диагностики разных типов рака.
Метод относится к жидкой биопсии. Так называют анализ крови, мочи или других жидкостей организма, который помогает получать сведения о болезни без взятия кусочка ткани. Такой подход меньше нагружает пациента, чем обычная биопсия.
Главная цель новой разработки — выделять внеклеточные пузырьки, или EV. Это наночастицы, которые клетки выпускают во внешнюю среду. Они несут микроРНК, матричную РНК и белки на поверхности мембраны. По этим молекулам можно понять, из каких клеток вышли пузырьки и какие процессы идут в организме.
Обычные методы выделения EV часто требуют много времени, больших объемов образца и не всегда хорошо отличают нужные частицы от лишних белков. Команда профессора Такао Ясуи из Высшей школы инженерии Университета Нагои использовала нанопроволоки из оксида цинка. К ним ученые прикрепили антитела, которые узнают нужные белки на поверхности пузырьков.
Сложность была в том, что антитела нужно надежно закрепить на нанопроволоках. При этом устройство не должно сильно связывать посторонние белки. Для этого исследователи создали шесть вариантов синтетического полимера поликетона с разной длиной цепей. Лучший результат показал вариант pKNHS 4.2. Он стабильно держался на нанопроволоках и позволил прикреплять антитела за один этап.
Сначала ученые проверили устройство на культурах клеток рака молочной железы. Нанопроволоки без антител захватывали около 65% внеклеточных пузырьков с белком CD9. Нанопроволоки с антителами к CD9 захватывали уже 90% таких частиц.
Затем исследователи настроили устройство на маркеры рака яичников CLDN3, FOLR1 и TROP2. Такие антитела помогли избирательно выделять внеклеточные пузырьки из клеток рака яичников.
После этого ученые изучили образцы сыворотки крови шести пациенток с серозной карциномой яичников высокой степени злокачественности и шести людей без рака. Анализ микроРНК во внеклеточных пузырьках показал разные профили у этих двух групп.
При сравнении пузырьков, захваченных тремя типами антител, ученые нашли 126 общих микроРНК. Они могут отражать общие сигналы, связанные с раком яичников. Кроме того, исследователи выявили микроРНК, характерные только для отдельных маркеров: 40 для CLDN3, 37 для FOLR1 и 45 для TROP2. Это говорит о том, что разные подгруппы внеклеточных пузырьков несут разные молекулярные следы болезни.
«В этом исследовании мы разработали нанопроволочное микрофлюидное устройство, которое с высокой эффективностью избирательно захватывает внеклеточные пузырьки, связанные с раком, и при этом подавляет неспецифическое связывание за счет простой химической модификации», — сказал Ясуи.
По его словам, подход сохраняет и мембранные белки пузырьков, и внутренние микроРНК. Это важно для чувствительного анализа состояния опухоли.
Один из авторов работы Кунанон Чаттраират отметил, что команда планирует сравнить технологию с уже существующими клиническими методами. В дальнейшем ученые хотят применять ее для неинвазивной жидкой биопсии и ранней диагностики разных типов рака.
