Exosomer reglerar intercellulär kommunikation vid cancer, och drar uppmärksamhet som en potentiell cancerbiomarkör. En japansk forskargrupp har utvecklat en mycket känslig metod för att upptäcka dessa exosomer som potentiellt kan bidra till tidig upptäckt av cancer.

Forskargruppen var fokuserad kring fakulteten i Kobe University Medical Device Fabrication Engineering Center, ledd av professor Toshifumi Takeuchi (Kobe University Graduate School of Engineering) och professor Ryohei Sasaki (Kobe University Hospital), i samarbete med Kazuyuki Hamada (System Instruments Co., Ltd.). Resultaten publicerades den 3 januari Angewandte Chemie International Edition , och visas på tidskriftens inre omslag (Figur 1).

Exosomer är membranvesiklar som består av lipiddubbelskikt som bara mäter cirka 100 nanometer och släpps ut från olika celler. Exosomer som utsöndras från cancerceller är nära kopplade till cancermigrering, invasion, och metastaser. Genom att undersöka dessa cancerutsöndrade exosomer, vi kanske kan utveckla en ny metod för tidig upptäckt av cancer.

Nuvarande exosomanalysmetoder involverar komplicerade och tidskrävande procedurer, inklusive en kombination av ultracentrifugering och affinitetsseparation. Om vi ​​kunde skilja cancerutsöndrade exosomer från andra exosomer i kroppsvätskor utan komplicerade förbehandlingar, detta skulle möjliggöra ett enkelt test för tidig upptäckt av cancer.

Med hjälp av molekylär präglingsteknik (Figur 2), laget förberedde en konstgjord polymerfilm på cirka 30 nanometer, har håligheter som är lika stora som en exosom ovanpå glassubstratet (en exosombindande hålighet). Sedan, använder sin egen eftertrycksteknik, forskarna introducerade selektivt antikroppar som kan känna igen membranproteiner på ytan av exosomer, och fluorescerande molekyler som kan rapportera exosombindningsinformation. Detta resulterade i ett exosomavkännande chip (Figur 3), en banbrytande, mycket känsligt fluorescensdetektionschip som kombinerar antikroppar och konstgjorda material. Det känner igen membranproteinerna på exosomer, fångar exosomer, och rapporterar informationen via förändringar i fluorescens.

För att förenkla exosomanalys med denna fluorescensbaserade avkänningsplattform, teamet samarbetade med System Instruments Co., Ltd. för att skapa en enhet som automatiserar hela analysprocessen (Figur 4). Detta instrument är ett mycket känsligt CMOS-kameramonterat fluorescensmikroskop utrustat med en 3D-robotarm. Med en skräddarsydd platt pipettspets insatt med exosomavkänningssubstratet, den kan automatiskt utföra sug, ansvarsfrihet, fluorescensdetektion och substratrengöring av proverna. Genom att använda denna utrustning, utan förbehandling och inom 10 minuter, teamet uppnådde oöverträffad högkänslighetsdetektion på 6 pikogram per milliliter. Denna teknik gör det möjligt för oss att detektera cirka 150 exosomer i 10 mikroliter, en känslighetsnivå som vida överträffar tidigare rapporterade mättekniker.

För tidig upptäckt av cancer, vi behöver förkontroller innan sjukdomen tar fäste, men för närvarande innebär komplexiteten i dessa kontroller att endast en liten del av personerna screenas. Instrumentet som utvecklats i denna studie gör det lättare att analysera exosomer i kroppsvätskor. "Går framåt, vi kommer att samla in kliniska prover i stor skala och utföra exosomanalys, " kommenterar professor Takeuchi. "Om det kan verifieras att analys av cancerutsöndrade exosomer är till hjälp vid cancerscreeningar, detta kommer att bidra till att öka antalet visningar. Det kan också appliceras på cancertester, behandlingseffektivitet, förutsägelser om canceröverföring, och prognoser efter behandling."