Новая «лаборатория на чипе» может произвести революцию в ранней диагностике рака

«Экзосомы представляют собой крохотные мембранные пузырьки — или мешочки, — высвобождаемые из большинства, если не всех типов клеток, включая раковые клетки», — сказал Йонг Цзэн, доцент химии Канзасского университета. «Впервые описанные в середине 80-х годов, они когда-то считались« клеточной пылью »или мешками для мусора, содержащими нежелательное клеточное содержимое. Однако в последнее десятилетие ученые осознали, что экзосомы играют важную роль во многих биологических функциях посредством капсулирования и доставки молекулярные сообщения в форме нуклеиновых кислот и белков от донорских клеток, влияющие на функции ближайших или удаленных клеток. Другими словами, это формирует решающий путь, по которому клетки разговаривают с другими ».

В то время как средний лист бумаги имеет толщину около 100 000 нанометров, экзосомы имеют размер от 30 до 150 нанометров. Из-за этого экзосомы трудно отделить и протестировать, требуя многоэтапного ультрацентрифугирования — утомительный и неэффективный процесс, по словам ученых, требует длительных периодов в лаборатории.«Существует не так много технологий, которые подходят для эффективной изоляции и чувствительного молекулярного профилирования экзосом», — сказал Цзэн. «Во-первых, текущие протоколы выделения экзосом требуют времени и их сложно стандартизировать. Во-вторых, обычные последующие анализы собранных экзосом медленны и требуют больших образцов, что является ключевым препятствием в клинической разработке биомаркеров экзосом».

Теперь Цзэн и его коллеги из Медицинского центра Канзасского университета и Онкологического центра KU только что опубликовали революционную статью в журнале Королевского химического общества, в которой описывается их изобретение миниатюрного биомедицинского устройства для тестирования экзосом. Это устройство, получившее название «лаборатория на кристалле», обещает более быстрое получение результатов, снижение затрат, минимальные требования к образцам и лучшую чувствительность анализа по сравнению с обычными настольными приборами, которые сейчас используются для исследования крошечных биомаркеров.«Лаборатория на чипе сжимает пипетки, пробирки и аналитические инструменты современной химической лаборатории на пластину размером с микрочип», — сказал Цзэн. «Технология, также известная как« микрофлюидика », была вдохновлена ​​революционной полупроводниковой электроникой и интенсивно разрабатывалась с 1990-х годов. По сути, она позволяет точно манипулировать крошечными объемами жидкости вплоть до одной триллионной литра или меньше для выполнения нескольких лабораторные функции, такие как очистка проб, проведение химических и биологических реакций и аналитические измерения ».

Цзэн и его коллеги-исследователи разработали лабораторию на чипе для раннего обнаружения рака легких — убийцы рака номер один в США. Сегодня рак легких обнаруживается в основном с помощью инвазивной биопсии после того, как опухоли больше 3 сантиметров в диаметре и даже с метастазами, по мнению исследователя КУ.Используя технологию «лаборатория на чипе», рак легких можно было обнаружить гораздо раньше, используя лишь небольшую каплю крови пациента.

«Большинство видов рака легких сначала диагностируется на основании симптомов, которые указывают на то, что нормальные функции легких уже нарушены», — сказал Цзэн. «В отличие от некоторых типов рака, таких как рак груди или толстой кишки, не существует широко признанного инструмента скрининга для выявления рака легких на ранних стадиях. Диагностика рака легких требует удаления кусочка ткани из легкого для молекулярного исследования. Биопсия опухоли часто невозможна. для ранней диагностики рака, поскольку развивающаяся опухоль слишком мала, чтобы ее можно было увидеть с помощью современных средств визуализации.

Напротив, наш анализ крови является минимально инвазивным, недорогим и более чувствительным, поэтому подходит для скрининга большого населения для выявления опухолей на ранних стадиях. "Цзэн сказал, что прототип «лаборатория-на-кристалле» изготовлен из широко используемого силиконового каучука, называемого полидиметилсилоксаном, и использует метод, называемый «иммуноизоляция на кристалле».«Мы использовали магнитные шарики диаметром 3 микрометра, чтобы удалить экзосомы в образцах плазмы», — сказал Цзэн. «Чтобы избежать других мешающих видов, присутствующих в плазме, поверхность гранул была химически модифицирована антителом, который распознает и связывается с конкретным белком-мишенью, например белковым рецептором, присутствующим на мембране экзосомы. Плазма, содержащая магнитные затем шарики проходят через микроканалы на диагностическом чипе, в которые шарики могут быть легко собраны с помощью магнита для извлечения циркулирующих экзосом из плазмы ».По словам Цзэна, помимо рака легких, «лаборатория на чипе» может быть использована для обнаружения ряда потенциально смертельных форм рака.

«Наша методика обеспечивает общую платформу для обнаружения экзосом опухолевого происхождения для диагностики рака», — сказал он. «Помимо рака легких, в этой работе мы также проверили рак яичников. Теоретически это должно быть применимо к другим типам рака.

Наша долгосрочная цель — использовать эту технологию в клинических исследованиях патологических последствий экзосомы в развитии опухоли. Такие знания помогут разработать более точные прогностические биомаркеры и более эффективную таргетную терапию для улучшения клинического результата ».


Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *