Новый метод быстрой диагностики рака через "межклеточные сообщения"
Устройство, созданное в Университете Нотр-Дам, использует инновационный метод для "подслушивания" коммуникации между клетками.
Недавно было обнаружено, что некоторые типы РНК (рибонуклеиновой кислоты) выходят за пределы клеточной стенки. Эти нити "внеклеточной РНК" (exRNA) находятся внутри крошечных носителей-"бутылочек" и перемещаются по биологическим жидкостям, как микроскопические сообщения в бутылке, неся информацию другим клеткам.
"Эти внеклеточные РНК — золотая жила информации, — говорит Хсюэ-Чиа Чанг, профессор химического и биомолекулярного инженерии. — Они могут нести ранние признаки рака, болезней сердца, ВИЧ и других угрожающих жизни состояний".
Диагностика с помощью exRNA может быть эффективнее, быстрее и дешевле существующих методов, так как даже в малом образце крови достаточно exRNA для сигнала о многих заболеваниях. Однако перехват и интерпретация этих сообщений были сложной задачей из-за того, что разные типы носителей exRNA перекрываются по размеру и весу, и их трудно разделить фильтрацией или центрифугированием.
Четыре года назад команда исследователей из Нотр-Дам при поддержке Common Fund of the National Institutes of Health решила опробовать радикально новый подход. Результатом стало устройство, описанное в исследовании, опубликованном в ACS Nano.
Принцип работы: разделение по заряду
Новая технология использует комбинацию pH (кислотность/щелочность) и электрического заряда для разделения носителей. Хотя носители схожи по размеру и весу, каждый тип имеет уникальную изоэлектрическую точку — уровень pH, при котором у него нет ни положительного, ни отрицательного заряда.
Устройство создаёт в потоке жидкости градиент pH — от высококислой среды (pH как у грейпфрутового сока) на одной стороне до высокощелочной (pH как у аммиака) на другой. Ключевая особенность: градиент создаётся без добавления химических веществ.
Градиент формируется с помощью двухсторонней мембраны, управляемой специально разработанным чипом. Мембрана расщепляет воду на ионы (H+ и OH-) и добавляет разные ионы к каждой стороне потока: одна сторона высвобождает кислые ионы гидроксония, другая — основные ионы гидроксида. При слиянии потоков образуется плавный градиент pH.
Результаты: чистота и скорость
Градиент pH заставил носители exRNA в потоке отсортироваться по своим изоэлектрическим точкам, подобно цветам света, проходящим через призму. Разные типы носителей выстроились в линии и были направлены в отдельные выходы.
Новый метод позволил получить очень чистые образцы (до 97% чистоты) менее чем из миллилитра плазмы крови, слюны или мочи. Процесс занял всего полчаса, в то время как лучшие существующие технологии требуют около суток для разделения.
"Мы подали заявку на патент и надеемся, что технология будет коммерциализирована, чтобы улучшить диагностику рака и других заболеваний", — говорит ведущий исследователь Химани Шарма.
"Неинфекционные заболевания являются причиной более 70% смертей в мире, и на сердечно-сосудистые заболевания и рак приходится большая часть этого числа. Наша технология показывает путь к улучшению диагностики этих заболеваний, что может спасти огромное количество жизней", — заключает Шарма.