Naukowcy z Uniwersytetu Michigan opracowali nową metodę diagnozowania raka płuc, która wymaga jedynie pobrania krwi. Nowatorska technologia jest dziesięć razy szybsza i czternastokrotnie bardziej czuła niż wcześniejsze techniki wykrywania tego rodzaju raka.
Exosomy – przełom w diagnozowaniu raka
Badania koncentrują się na wykorzystaniu mikroczipów, które potrafią wychwytywać exosomy, czyli nanoskalowe „pakiety” wydzielane przez komórki. Exosomy te są mikroskopijnymi cząsteczkami zawierającymi fragmenty DNA, RNA oraz białek. Pierwotnie uważano je za zbędne odpady, ale współczesne badania pokazały, że pełnią kluczową rolę w komunikacji między komórkami. W przypadku raka, exosomy pomagają przygotować organizm na przyjęcie komórek nowotworowych i ułatwiają ich rozprzestrzenianie się.
Profesor Sunitha Nagrath z Uniwersytetu Michigan, współautor badania, wyjaśnia, że „exosomy rakowe opuszczają mikrośrodowisko guza, przygotowując grunt pod rozprzestrzenianie się nowotworu. Następnie komórki rakowe przemieszczają się przez krwiobieg, aby osiedlić się w przygotowanych tkankach i rozpocząć wzrost.”
Wykorzystanie światła do identyfikacji exosomów
Exosomy przenoszą białka zarówno wewnątrz, jak i na swojej zewnętrznej powierzchni. Wiele z tych białek jest chiralnych, co oznacza, że mają prawoskrętną lub lewoskrętną strukturę. Ta właściwość sprawia, że oddziałują one ze światłem w unikalny sposób.
W exosomach rakowych, białka często podlegają mutacjom, co wpływa na ich kształt oraz sposób, w jaki skręcają światło. Dzięki temu możliwe jest ich wykrycie za pomocą spolaryzowanego światła, które tworzy charakterystyczny rezonans zwrotny. Jednak takie sygnały świetlne są zwykle bardzo słabe i trudne do interpretacji. Dlatego exosomy muszą zostać wydobyte z próbki krwi przed przystąpieniem do ich analizy, co jest wyzwaniem ze względu na ich niewielki rozmiar – od 30 do 200 nanometrów.
Złote nanocząsteczki i mikroczipy
Aby rozwiązać problem wykrywania exosomów, zespół badawczy opracował specjalne nanocząsteczki złota w kształcie skręconych dysków. Te nanocząsteczki mają odpowiedni rozmiar, kształt i chemię powierzchni, aby wyłapywać exosomy w centralnej wnęce. Nanocząsteczki te rezonują z prawoskrętnym światłem, a ich reakcja jest zależna od kształtu i struktury białek na powierzchni exosomów.
Mikroczip zbudowany z tych złotych wnęk, nazwany CDEXO (Circular Dichroism detection of EXOsomes), potrafi nie tylko wyłapywać exosomy z osocza krwi, ale także odróżniać sygnały pochodzące od zdrowych osób od tych z rakiem płuc. W rezultacie naukowcy byli w stanie uzyskać unikalne sygnatury optyczne, które różniły się pomiędzy próbkami od zdrowych uczestników badania a próbkami od pacjentów z rakiem płuc.
Potencjalne zastosowanie i dalsze badania
Profesor Nicholas Kotov, współautor badania, był zaskoczony wysoką czułością tej technologii: „Spodziewałem się, że aktywność optyczna nanocząsteczek będzie zależała od mutacji w białkach, ale zaskoczyło mnie, jak bardzo była czuła. To dzięki temu, że wszystkie nanocząsteczki są zorientowane w ten sam sposób w urządzeniu wykrywającym.”
Mikroczipy CDEXO mogą w przyszłości pomóc w identyfikacji konkretnych mutacji raka płuc, co umożliwi lekarzom podejmowanie lepszych decyzji terapeutycznych i dostosowywanie leczenia do dominujących mutacji.
Naukowcy z Uniwersytetu Michigan planują, aby technologia ta była początkowo wykorzystywana w połączeniu z tradycyjnymi metodami diagnostycznymi. W miarę jak zaufanie do nowej technologii będzie rosło, mikroczip mógłby zostać zastosowany również do badania innych rodzajów nowotworów, co poprawiłoby wykrywalność na wczesnych etapach rozwoju choroby.
„Naszym następnym krokiem jest zbadanie, jak różnią się sygnatury spektralne w białkach większości znanych nowotworów litych. Od tego punktu możemy dalej rozwijać technologię, aby zwiększyć te różnice i skuteczniej rozróżniać białka”, dodała Nagrath.
źródło: sciencedaily
Więcej komentarzy...