Однако теперь Тони Ху, исследователь из Центра персонализированной диагностики Biodesign Вирджинии Дж. Пайпер, и его коллеги изобрели хитрый метод выявления рака поджелудочной железы на ранней стадии его развития. Их метод основан на чувствительном обнаружении внеклеточных пузырьков (EV) — крошечных пузырьков материала, испускаемых большинством живых клеток.В новом исследовании, опубликованном в продвинутом онлайн-выпуске журнала Nature Biomedical Engineering, доктор Ху и его коллеги описывают метод обнаружения ЭМ, полученных из опухолей, которые несут определенный поверхностный белок, который функционирует как контрольный маркер рака поджелудочной железы.
Способность точно обнаруживать этот белок, известный как EphA2, может позволить ему служить указателем, который может диагностировать даже самые ранние стадии рака поджелудочной железы.«Рак поджелудочной железы — это один из видов рака, при котором нам отчаянно нужен ранний биомаркер крови», — говорит Ху. В настоящее время единственным лекарством от рака поджелудочной железы остается хирургическое удаление пораженной ткани, но во многих случаях это невозможно из-за степени распространения рака на момент постановки диагноза. «Для обнаружения использовались и другие технологии, но они не работают очень хорошо из-за природы этого рака.
Очень сложно уловить ранний диагностический сигнал, когда нет никаких симптомов. Это не похоже на рак груди, когда вы можете почувствовать боль, и вы можете легко проверить наличие аномального роста ».
Это исследование теперь демонстрирует, что платформа, которая использует взаимодействие между двумя разными наночастицами для обнаружения связанных с опухолью ЭВ, может четко различать образцы крови пациентов с раком поджелудочной железы, панкреатитом — заболеванием, которое может иметь общие симптомы с раком поджелудочной железы — и здоровыми людьми. . Кроме того, этот метод в конечном итоге может быть полезен для быстрого и точного обнаружения ряда заболеваний на основе их уникальных сигнатур электромобилей.Везикулы в фокусеEV выделяются как эукариотическими клетками (включая клетки человека), так и прокариотическими клетками (например, бактериальными клетками, в которых отсутствует ядро или другие мембраносвязанные компоненты). Электромобили напоминают миниатюрные версии клеток, которые их производят, хотя в них отсутствует большая часть сложного механизма клетки.
Существует множество типов электромобилей, которые по-разному развиваются из родительских клеток. В текущем исследовании исследуется класс электромобилей, известных как экзосомы, размер которых варьируется от 50 до 150 нм. Экзосомы происходят из связанных с мембранами компартментов внутри клетки (известных как эндосомы), которые в конечном итоге сливаются с внешней мембраной клетки, высвобождая экзосомы во внеклеточное пространство.
Когда-то считавшиеся просто обломками метаболической активности клетки, электромобили теперь признаны жизненно важными компонентами с обширными обязанностями, которые только начинают обнаруживаться. Электромобили образуют тонкую и сложную коммуникационную сеть, действующую между клетками, и высоко консервативны у разных видов, что предполагает их важную роль в жизненных процессах.
Среди их действий — перенос нуклеиновых кислот, белков и липидов, которые могут вызывать физиологические и патологические изменения как в родительских клетках, так и в клетках-мишенях. ЭМ также играют решающую роль во врожденных и адаптивных иммунных ответах.Эмблемы здоровья и болезнейИсследования показали, что количество циркулирующих ЭМ значительно увеличивается при ряде заболеваний.
EV, по-видимому, играют важную роль в развитии и прогрессировании некоторых видов рака, включая рак поджелудочной железы. Одна из очевидных функций ЭВ, полученных из опухоли, после того, как они покидают свою родительскую клетку, заключается в миграции в другие ткани и изменении их окружения для создания среды (ниши), благоприятной для инвазии и роста опухоли (метастазирования). Подобно пионерам на новом континенте, электромобили могут проложить путь для раковых клеток, которые последуют за ними.Также есть доказательства того, что экзосомы опухолевого происхождения могут помочь опухолевым клеткам развить лекарственную устойчивость за счет экспорта противоопухолевых препаратов или нейтрализации лекарств на основе антител.
ЭВ могут служить полезным средством оценки бремени рака и ответа на лечение, поскольку уровни ЭВ опухолевого происхождения в образцах крови пациента должны увеличиваться с увеличением массы опухоли и уменьшаться при благоприятном ответе на лечение рака, и, таким образом, предлагать быстрое, недорогое и недорогое лечение. -хирургические средства для исследования изменений в состоянии болезни пациента.
Таким образом, идентификация связанных с опухолью белков EV, таких как EphA2, и лучшее понимание роли EV в развитии и метастазировании опухолей может открыть новую главу в диагностике рака и мониторинге лечения. Учитывая, что случаи рака поджелудочной железы часто характеризуются высокими показателями резистентности к терапии, срочно необходим улучшенный мониторинг лечения, чтобы можно было быстро изменить индивидуальные методы лечения для улучшения индивидуальных результатов пациента.
Кроме того, лучшее понимание конкретных факторов, которые контролируют действия ЭМ, способствующие развитию рака и метастазированию, может привести к открытию новых механистических целей для лечения рака, которые позволяют индивидуально подобранные терапевтические методы лечения.луч светаЭВ были выделены из широкого спектра типов клеток и биологических жидкостей (слюна, моча, кровь, грудное молоко, а также жидкости из семенных, амниотических, носовых и бронхиальных лаважей), что делает их очень привлекательными кандидатами для развития биомаркеров в различных условиях. Однако важнейшей задачей было отделение электромобилей, связанных с заболеванием, от множества других электромобилей, циркулирующих в жидкостях организма.
У исследователей отсутствуют простые методы анализа ЭВ, которые обычно требуют длительных процедур выделения и очистки, которые не подходят для клинических условий. Кроме того, до сих пор отсутствуют биомаркеры, способные точно различать опухолевые ЭВ.Чтобы устранить эти недостатки, новый метод основан на быстрой технологии на основе наночастиц, которая может быстро идентифицировать опухолевые ЭМ с минимальной подготовкой.
Для этого небольшие образцы крови (около 1 микролитра, меньший объем, чем в одной капле слезы) разбавляются и наносятся на сенсорный чип, покрытый антителами к мембранному белку EV. EV, связанные с чипом этим антителом, затем смешиваются с покрытыми антителом наночастицами — одной зеленой наносферой и одним красным наностержнем, — которые распознают второй мембранный белок EV и маркер рака поджелудочной железы EphA2. Только ЭВ, полученные из рака поджелудочной железы, связывают обе наночастицы, и их тесный контакт с этими ЭМ вызывает эффект связи, который изменяет цвет и заметно увеличивает интенсивность их преломленного света, генерируя сигнал, который легко виден при просмотре в микроскоп темного поля. (см. иллюстрацию).В серии экспериментов, проведенных доктором Ху и его коллегами, этот метод позволил идентифицировать образцы крови рака поджелудочной железы с высокой чувствительностью, в том числе образцы с ранней стадией заболевания, легко отличая их от образцов крови пациентов с панкреатитом и здоровых людей.
Кроме того, этот метод обнаружил изменения в уровнях EphA2-EV в крови в образцах крови до и после терапии, соответствующие ответам опухоли на терапию, что демонстрирует способность метода контролировать эффективность лечения.Хотя в текущем исследовании образцы изучались с помощью световой микроскопии, исследователи предполагают полностью автоматизированную систему, способную выполнять такие анализы в клинике с низкими затратами и высокой пропускной способностью.
Доктор Ху указывает, что существует большой интерес к клиническому переводу этой новой диагностической технологии, хотя он отмечает, что для утверждения FDA, вероятно, потребуется 2–3 года.Перспективный рубеж электромобилей
Этот подход является многообещающим для обнаружения широкого спектра заболеваний, при которых ЭМ могут применяться в качестве биомаркеров, поскольку должна быть возможность настроить его, просто заменив один или оба зонда с наночастицами на зонды, специфичные для ЭВ, для интересующей болезни.Доктор Ху и его коллеги уже продемонстрировали, хотя и в исследовании с небольшим количеством образцов, применимость этого метода для выявления случаев активного туберкулеза.
В этом исследовании ЭВ, полученные из бацилл туберкулеза, были обнаружены в большом количестве в образцах мочи пациентов. Эти обнадеживающие результаты открывают дверь для простого неинвазивного тестирования на туберкулез. Это особенно важно для пациентов, которые не могут собрать образцы мокроты для стандартных тестов на туберкулез, и поэтому им может потребоваться пройти одну или несколько инвазивных процедур для получения образца, который можно использовать для диагностики.
Электромобили также изучаются для применения в других областях, связанных с конкретными заболеваниями, и темпы таких исследований продолжают ускоряться. Некоторые исследователи даже изучают способность электромобилей непосредственно служить в качестве средств доставки лекарств или терапевтических агентов.
Таким образом, потенциальные медицинские применения электромобилей, которые когда-то не рассматривались как клеточный мусор, выглядят очень многообещающими.