Ett forskarlag i Japan, ledd av Nagoya Universitys Akira Yokoi, har utvecklat en innovativ teknik som använder cellulosa nanofiber (CNF)-ark som härrör från träcellulosa för att fånga extracellulära vesiklar (EV) från vätskeprover och till och med organ under operation.

Elbilar är små strukturer från cancerceller som spelar en avgörande roll i cell-till-cell-kommunikation. Att extrahera och analysera elbilar med denna nya teknik har potential att revolutionera tidig cancerdiagnos och öppna dörren till personlig medicin. Forskarna har publicerat sina resultat i Nature Communications .

Cancer är ökänt för sin dåliga prognos och i många fall förblir oupptäckt till dess avancerade stadier, vilket lämnar patienter med begränsade behandlingsmöjligheter. Att upptäcka cancern tidigt med hjälp av elbilar och analysera dem ger viktig information om sjukdomsstatus och dess utveckling. Detta bör hjälpa läkare att övervaka och anpassa personliga cancerbehandlingsplaner. Forskare har dock varit begränsade i tidigare försök att använda elbilar på grund av bristen på en effektiv isoleringsstrategi.

För att fånga elbilar använde Yokoi och hans kollegor CNF-ark gjorda av träcellulosa för att extrahera dem från vätskeprover från äggstockscancermössmodeller. Eftersom materialet har en porös nanostruktur absorberar arket vätskan som innehåller elbilarna i sina porer och stänger dem vid torkning. De fann att lakanen fångade och bevarade elbilar från så lite som tio mikroliter kroppsvätskor. Däremot är de nuvarande standardmetoderna, såsom ultracentrifugering, mer tidskrävande och kräver mycket större prover.

"Vi har utvecklat den unika nanofibern av cellulosa genom att använda papperstillverkning och lösningsmedelsförträngningsteknik," sa Yokoi. "De cellulosananofibrer vi använder är ett hållbart biomassamaterial som till största delen kommer från träcellväggar. Dessa ark har attraktiva egenskaper, som att vara lätta, höghållfasta och viktigast av allt, lätt biologiskt nedbrytbara."

Med hjälp av tekniken har forskarna framgångsrikt extraherat och analyserat elbilar och mikroRNA (miRNA) som finns i dem från möss äggstockscancermodeller. Eftersom miRNA skiljer sig mellan friska och sjuka patienter, representerar de en idealisk diagnostisk markör för cancer. Teamet identifierade också distinkta uppsättningar av miRNA i elbilar som samlats in från tumörytor, av vilka några minskade efter tumörborttagning.

Att spåra närvaron eller frånvaron av dessa miRNA kan vara ett enkelt sätt att analysera effektiviteten av behandlingen och sedan skräddarsy behandlingen efter tumörens heterogenitet. Heterogenitet är ett vanligt problem där cancerceller till och med i en enda tumör har olika egenskaper och egenskaper.

Strukturen på lakanen liknar den hos medicinsk gasväv, så de kan enkelt fästas och tas bort även när de placeras på organ under operationen. För att testa detta använde gruppen nyligen borttagna mänskliga organ. Deras framgångsrika test avslöjade en spännande upptäckt, eftersom elbilarna på tumörytan visade unika miRNA-profiler jämfört med tumörvävnaden.

"Organytor var en tidigare oanalyserad EV-subpopulation, som nu kan utsättas för biologiska bedömningar," sa Yokoi. "CNF-papper gör det möjligt att erhålla elbilar från flera platser i kroppen. Sedan, genom att kontrollera dessa elbilars molekylära profiler, kan vi övervaka sjukdomsförloppet och skräddarsy valet av det bästa läkemedlet, vilket bidrar till personlig medicin."

Dr. Takahiro Ochiya, styrelsemedlem i International Society for Extracellular Vesicles och ordförande för Japanese Society for Extracellular Vesicles är entusiastisk över arkens potential och säger:"Exosomanalys med CNF-ark är en extremt ny metod och förväntas ha en mängd olika tillämpningar, inklusive medicinsk användning. Vi förväntar oss att detta kommer att vara ett stort framsteg som kommer att föra kunskapen om exosomer som medicinsk forskning direkt till patienterna."

Denna forskning har breda konsekvenser och öppnar upp analysen av elbilar under operation, ett outforskat område hittills. När vi blickar framåt är forskargruppen engagerade i att utveckla de medicinska tillämpningarna av EV-lakan för olika sjukdomar, förbättra diagnostisk noggrannhet och hjälpa till att inleda en era av personlig medicin.

Mer information: Rumslig exosomanalys med användning av nanofiberark av cellulosa avslöjar lokaliseringsheterogeniteten för extracellulära vesiklar, Nature Communications (2023).

Journalinformation: Nature Communications

Tillhandahålls av Nagoya University