В новом исследовании, опубликованном в журнале Advanced Functional Materials, ученые из Института биомедицинских инноваций Терасаки (Terasaki Institute for Biomedical Innovation) разработали контактную линзу, которая помогает улавливать и обнаруживать в слезной жидкости экзосомы, микроскопические внеклеточные везикулы диаметром 30-100 нанометров, являющиеся диагностическими биомаркерами рака.
Материалы и методы исследования
Линза была разработана с микрокамерами, связанными с антителами, которые могут захватывать экзосомы, обнаруженные в слезной жидкости. Эта конъюгированная с антителами сигнальная микрокамерная контактная линза (ACSM-CL) может быть окрашена для обнаружения специфическими антителами, меченными наночастицами, для селективной визуализации. ACSM-CL выступает в качестве потенциальной платформы для предварительного скрининга рака и вспомогательным диагностическим инструментом, который является простым, быстрым, чувствительным, экономически эффективным и неинвазивным.
Экзосомы образуются в большинстве клеток и секретируются во многие жидкости организма, такие как плазма, слюна, моча и слезная жидкость. Когда-то считалось, что они являются свалкой для нежелательных материалов из клеток их происхождения, но теперь известно, что экзосомы могут транспортировать различные биомолекулы между клетками. Также было показано, что на экзосомах имеется множество поверхностных белков, некоторые из которых являются общими для всех экзосом, а другие увеличиваются в ответ на рак, вирусные инфекции или травмы. Кроме того, экзосомы, полученные из опухолей, могут сильно влиять на регуляцию, прогрессирование и метастазирование опухоли.
Из-за этих возможностей существует большой интерес к использованию экзосом для диагностики, прогноза и лечения рака. Однако этому препятствует сложность выделения экзосом в достаточном количестве и чистоте для этой цели. Текущие методы включают утомительные и трудоемкие ультрацентрифугирование и градиенты плотности, длящиеся не менее 10 часов. Дополнительные трудности возникают при обнаружении изолированных экзосом; широко используемые методы требуют дорогостоящего и занимающего много места оборудования.
Умные контактные линзы для диагностики и скрининга рака
В новом исследовании ученые использовали свой опыт в разработке и производстве биосенсоров для контактных линз, чтобы устранить необходимость в этих методах изоляции, разработав свой ACSM-CL для захвата экзосом из слезной жидкости, оптимального и более чистого источника экзосом, чем кровь, моча и слюна. Исследователи также упростили и оптимизировали подготовку ACSM-CL, используя альтернативные методы.
При изготовлении микрокамер для своей линзы ученые использовали метод прямой лазерной резки и гравировки, а не обычное литье под давлением для структурной фиксации как камер, так и линзы. Кроме того, авторы исследования представили метод, который химически модифицировал поверхности микрокамер, чтобы активировать их для связывания антител. Затем ученые оптимизировали процедуры связывания захватывающего антитела с микрокамерами ACSM-CL и другого (положительного контроля) детектирующего антитела с наночастицами золота, которые можно визуализировать спектроскопически. Оба этих антитела специфичны к двум различным поверхностным маркерам, обнаруженным на всех экзосомах.
В первоначальном проверочном эксперименте ACSM-CL тестировали против экзосом, секретируемых в супернатанты из 10 различных линий тканей и раковых клеток. Способность захватывать и обнаруживать экзосомы подтверждалась спектроскопическими сдвигами, наблюдаемыми во всех испытуемых образцах по сравнению с отрицательным контролем. Аналогичные результаты были получены при тестировании ACSM-CL на 10 различных образцах слезной жидкости, взятых у добровольцев.
В заключительных экспериментах экзосомы в супернатантах, собранных из 3-х разных клеточных линий с разной экспрессией поверхностных маркеров, тестировали против ACSM-CL вместе с различными комбинациями маркер-специфических антител для детекции. Результирующие модели обнаружения и отсутствия обнаружения экзосом из 3-х разных клеточных линий были такими, как ожидалось, что подтверждает способность ACSM-CL точно захватывать и обнаруживать экзосомы с различными поверхностными маркерами.
Обсуждение результатов исследования
«Экзосомы являются богатым источником маркеров и биомолекул, которые могут быть использованы для нескольких биомедицинских приложений», — объясняет автор исследования Али Хадемхоссейни (Ali Khademhosseini). «Методология, разработанная нашей командой, значительно облегчает нам доступ к этому источнику».
Авторы другого исследования утверждают, что цветные контактные линзы вредны.
Руководитель Отдела организации клинических исследований, врач-онколог, уролог в АО «СЗЦДМ» (г. Санкт-Петербург), редактор и автор статей
