Nowatorski czujnik egzosomów uwalnianych przez nowotwór
Egzosomy to otoczone błoną pęcherzyki wielkości do 150 nm, które wydzielane są przez komórki. Zawierają one różne biocząsteczki i krążą w płynach ustrojowych takich jak ślina, mocz i krew. Rosnące dowody wskazują na to, że egzosomy mogą pełnić rolę nieinwazyjnych biomarkerów w diagnostyce nowotworów, ale określanie ich ilości nadal stanowi spore wyzwanie.
Innowacyjny bioczujnik
Realizowany przy wsparciu programu „Maria Skłodowska-Curie” projekt ExoSensor zaowocował stworzeniem bioczujnika w postaci egzosomu, który umożliwia diagnozę raka trzustki w miejscu opieki nad pacjentem. „Czujnik powstał z myślą o uniwersalnej technologii klinicznej diagnozy nowotworu za pomocą monitorowania krążących egzosomów”, wyjaśnia kierownik zespołu Khuloud Al-Jamal. Proponowana technologia opiera się na aptamerach, małych oligonukleotydach, które z wysoką specyficznością wiążą się z określoną cząsteczką. Pierwszy krok polega na wyizolowaniu egzosomów z różnych płynów ustrojowych i połączeniu ich w niewielkie struktury. Następnie biotynowe aptamery wiążą się z markerami znajdującymi się na powierzchni egzosomów, takimi jak tetraspanina CD63, które są wykrywane przez wtórny aptamer streptawidyny połączony z enzymem zwanym peroksydazą chrzanową (ang. horseradish peroxidase, HRP). Czujnik wykrywa przemianę bezbarwnej dopaminy będącej substratem HRP w polidopaminę o kolorze brązowym. Kolor, jaki powstanie po 10 minutach, odpowiada markerowi znajdującemu się na powierzchni egzosomu, odzwierciedlając liczebność egzosomów. Bioczujnik został z powodzeniem wykorzystany w celu wykrywania egzosomów uwalnianych przez komórki raka piersi w oparciu o receptor ludzkiego naskórkowego czynnika wzrostu 2 (HER2), biomarker egzosomu. Z jego pomocą określano także liczebność egzosomów raka trzustki, za cel obierając integrynę alfa-v beta-6, nowy potencjalny biomarker raka trzustki.
Zalety i perspektywy na przyszłość
Do tej pory egzosomy wykrywano za pomocą konwencjonalnych metod takich jak cytometria przepływowa, metoda Western blot i analiza ruchu cząsteczek (ang. nanoparticle tracking analysis). Techniki te wymagają jednak specjalistycznego wyposażenia i złożonego lub drogiego oprogramowania, co utrudnia ich wykorzystywanie w miejscu opieki nad pacjentem. Zespół projektu ExoSensor opracował szybką i tanią metodę precyzyjnie wykrywającą egzosomy poprzez analizę kolorymetryczną. Naukowcy udowodnili skuteczność tej prostej technologii w zakresie wykrywania i ilościowego określania egzosomów w próbkach surowicy, potwierdzając jej wysoką czułość i swoistość. ExoSensor dostarcza ponadto wyniki znacznie szybciej niż standardowe metody. „Swoistość ExoSensor opiera się na naturalnej wysokiej swoistości i powinowactwie aptamerów, co decyduje o ich przewadze nad przeciwciałami”, podkreśla Al-Jamal. Dodatkowo bioczujnik wymaga jedynie niewielkiej próbki, dzięki czemu wystarczy zaledwie kilka mikrolitrów krwi pobranej z palca, by wykonać badanie. Metoda ta nie wiąże się ponadto z koniecznością wykorzystywania specjalistycznego sprzętu, co jest szczególnie ważne w przypadku badań przeprowadzanych w terenie i w miejscu opieki nad pacjentem. Stosowanie bioczujnika ExoSensor w badaniach przesiewowych pod kątem raka powinno poprawić diagnostykę i polepszyć rokowania milionów pacjentów na świecie. Jest to szczególnie cenne rozwiązanie w przypadku raka trzustki, który często wykrywany jest zbyt późno, co obniża szanse na wyleczenie – szybko postawiona diagnoza może przedłużyć życie pacjentów. Z uwagi na fakt, że egzosomy odzwierciedlają genetykę lub białka pochodzące z komórek macierzystych bądź narządów, mogą one być wykorzystywane w diagnostyce, monitorowaniu skuteczności leczenia i reakcji organizmu na terapię także w przypadku chorób innych niż nowotwór. Bioczujnik ExoSensor może zatem pomóc w mapowaniu profilu egzosomów, przyczyniając się do dalszych odkryć nowych biomarkerów.
Słowa kluczowe
ExoSensor, egzosom, bioczujnik, aptamer, HER2, CD63, rak piersi, rak trzustki, integryna alfa-v beta-6
