Диагностика рака путем экстракции экзосом мочи

1 апреля 2018



Экзосомы — это микроскопические внеклеточные пузырьки, «упакованные» в клеточную мембрану и выбрасываемые в межклеточное пространство клетками различных тканей и органов. Экзосомы обнаружены в самых различных тканевых жидкостях организма: в сыворотке крови, спинномозговой жидкости, в слюне и грудном молоке, а также в моче. Экзосомы имеют цитоплазматическое происхождение, их мембрана образуется в результате выпячивания эндосомальной мембраны. Они содержат белки, РНК, липиды и другие клеточные компоненты. Как полагают ученые, экзосомы участвуют в межклеточной коммуникации, и есть данные, что их количество возрастает в случаях развития болезненных состояний. Следовательно, растет интерес к сбору и анализу этих пузырьков для диагностических целей. Исследователи заинтересованы в диагностическом потенциале микроРНК, и, особенно, в сборе экзосом, потому что содержащиеся в них РНК разрушаются медленнее, чем свободно плавающие.

Исследование мочи на микроРНК: (1) Небольшой объем мочи вводится в микрожидкостное устройство, где положительно заряженные нанопроволочки из оксида цинка привлекают и связывают отрицательно заряженные экзосомы. (2) Буфер для лизиса вводится в устройство, чтобы разорвать экзосомы и освободить микроРНК, которые затем собирают для последующего анализа.

«Они заполнены важной информацией», — говорит Кай Ван из Института системной биологии в Сиэтле. «Но проблема в том, что у нас на самом деле нет достаточно хорошего способа их изолировать и это ограничивает как фундаментальные исследования экзосом, так и их клиническое использование», — объясняет он.

Сейчас экзосомы из биологических жидкостей экстрагируют используя центрифуги и вортексы. Но ультрацентрифугирование требует больших объемов исследуемых жидкостей и в то же время имеет скудную отдачу, объясняет Йоханна ДиСтефано из Исследовательского института трансляционной геномики (TGen) в Финиксе. В новом устройстве, разработанном Такао Ясуи и его коллегами из Университета Нагоя в Японии, для изоляции везикул используется нанопроволоки оксида цинка. «Они не только используют гораздо меньший объем биологических жидкостей, но и получают намного более высокую концентрацию экзосом из этого меньшего объема », - говорит ДиСтефано, которая не участвовала в работе. «Метод превосходит все существующие на сегодняшний момент».

Нанопроводки имеют ширину приблизительно 100 нм и длину 2000 нм и удерживаются на месте в микрожидкостной камере с помощью органического полимера на основе кремния. Проводки создают большую положительно заряженную поверхность, говорит Ясуи, которая, как предположила группа ученых, является «мощным инструментом» для сбора отрицательно заряженных экзосом. Надежды исследователей оправдались. Прохождение всего одного миллилитра мочи через устройство, за которым следует 1 мл буфера для лизиса, позволило команде собирать и упорядочивать небольшие РНК, которые давали примерно в три раза больше видов микроРНК, чем количество, полученное ультрацентрифугированием в 20 раз большего объема мочи.

Группа продолжала анализировать экзосомы у здоровых людей и пациентов с различными видами рака и обнаружила различия в профилях микроРНК. По словам ДиСтефано, потребуется больше тестов, чтобы выяснить, являются ли эти различия воспроизводимыми и информативными, но она добавляет, что исследование является «шагом в правильном направлении».