Ученые трудятся, чтобы обнаружить рак и множество других заболеваний у людей, используя новые перспективные биомаркеры, называемые "экзосомы." Действительно, журнал Popular Science назвал диагностику рака на основе экзосом   одним из 20 прорывов, которые будут определять мир в этом году.

Экзосомы может привести к менее инвазивному, раннему выявлению рака, и резко повысить шансы пациентов на выживание. "Экзосомы являются незначительными мембранными везикулами - или мешочками - высвобождаемыми из большинства, если не всех, типов клеток, в том числе раковых клеток," сказал Юн Цзэн, доцент кафедры химии в университете штата Канзас. "Впервые описанные  в середине 80-х, они были как раньше считалось," клетками пыли, 'или мешки для мусора, содержащие нежелательные клеточные содержимое. Тем не менее, в последнее десятилетие ученые поняли, что экзосомы играют важную роль во многих биологических функциях посредством упаковки и доставки молекулярных сообщений в виде нуклеиновых кислот и белков из донорских клеток влияя на функции соседних или удаленных клеток. Другими словами, это формирует конечную связь, при которой клетки говорят с другими ".

В то время как средняя бумажка имеет толщину около 100 000 нанометров, экзосомы имеют только от 30 до 150 нанометров в размере. В связи с этим, экзосомы трудно выделить и тест, требующий многоэтапного ультрацентрифугирования - утомительный и неэффективный процесс требующий длительного времени в лаборатории, говорят ученые. "Есть не так много технологий, которые подходят для эффективной изоляции и чувствительного молекулярного профилирования экзосом", сказал Цзэн. "Прежде всего,существующие сегодня протоколы изоляции  экзосом отнимают много времени и трудно стандартизируются.Во-вторых, обычный процесс анализа на собранных экзосомах - медленный и требуют большого количества образцов, что является ключевым шагом назад в клинической разработке экзосомальных биомаркеров."

Теперь, Цзэн и его коллеги из Университета медицинского центра Канзас и KU онкологического центра только что опубликовали прорыв  в журнале Королевского химического общества , описывающее их изобретение миниатюрной биомедицинскиой испытательной установки для экзосом. Названное "лаборатория на чипе", устройство обещает более короткое время получения результата и в итоге снижение затраты, минимальные требования выборки и лучшую чувствительность анализа по сравнению с обычными стендовыми инструментами, используемыми в настоящее время для изучения крошечных биомаркеров. "Лаборатория на чипе сжимает пипетки, пробирки приборы современного химической лаборатории на микрочип размером пластины", сказал Цзэн. "Также упоминается как технологии 'Microfluidics", она была вдохновлена революцией полупроводниковой электроники и находится под интенсивным развитием с 1990 года. По существу, это позволяет точную манипуляцию крохотных объемов жидкости до одной трилионной литра или меньше для проведения лабораторных функций, таких как очистки образца, работающем химических и биологических реакций, и аналитических измерений ".

Цзэн и его коллеги разработали лабораторию-на-чипе для раннего выявления рака легких - рака-убийцы номер один  в США .Сегодня, рак легких обнаруживается в основном  инвазивной биопсией, после того как опухоль достигарт 3-х и более сантиметров в диаметре,  и даже метастазирует, по мнению исследователя KU. Применяя лаборатории-на-чипе, рак легких можно обнаружить намного раньше, используя только небольшую каплю крови пациента. "В большинстве случаев рак легких сначала диагностируется на основе симптомов, которые указывают, что нормальные функции легких были уже повреждены", сказал Цзэн. "В отличие от некоторых форм рака, таких как рак молочной железы или рак толстой кишки, нет широко доступного принятого оборудования скрининга   для обнаружения рака легких на ранних стадиях. Диагноз рака легких требует удаления кусочка ткани из легких для молекулярной экспертизы.Биопсия опухоли  часто невозможна для ранней диагностики рака,так как развивающаяся опухоль слишком мала, чтобы увидеть ее на существующих средствах визуализации. Напротив, наш ,основанный на анализе крови , тест минимально инвазивный, недорогой, и более чувствительных, таким образом, подходит для проверки населения для выявления опухолей на ранней стадии. "Цзэн сказал что прототип лаборатория на чипе изготовлен из широко используемой силиконовой резины под названием полидиметилсилоксан и использует технологию, называемую "immunoisolation on-chip." "Мы использовали магнитные шарики 3 мкм в диаметре для отделения экзосомы в образцах плазмы", сказал Цзэн. "Для того чтобы избежать вмешательства  других частиц, присутствующих в плазме, на поверхности шарика был химически модифицирован с антителом, которое распознает и связывается с конкретным белком-мишенью, например, белок рецептора ,присутствующего на мембране экзосом . Плазма, содержащая магнитные шарики затем течет через микроканалы на диагностическом чипе, в котором шарики могут быть легко собраны с помощью магнита для извлечения  из плазмы циркулирующих экзосом". Помимо рака легких, Цзэн сказал лаборатория-на-чипе может быть использована для обнаружения ряда потенциально смертельных форм рака. "Наша техника обеспечивает общую платформу для обнаружения экзосом полученных из опухолей   для диагностики рака," сказал он. "В дополнение к раку легких, мы также протестировали рака яичников в этой работе. Теоретически, это должно быть применимо к другим типам рака. Наша долгосрочная цель состоит в том, чтобы перевести эту технологию в клиническом исследовании патологического проявления экзосомы в развитие опухоли. Такое знание поможет разработать более эффективные прогностических биомаркеров и эффективнее целевой терапии для улучшения клинического исхода ".

Дата публикации: 
вторник, октября 14, 2014