Сверхразрешающая количественная оценка отдельных малых внеклеточных везикул

Опухолеобразование и прогрессирование рака — многоэтапный процесс. Стандартная диагностика и прогноз для выбора лечения основаны на комбинации визуализации и инвазивных биопсий тканей, но эти методы не всегда чувствительны на ранних стадиях.

Малые внеклеточные везикулы (sEVs) — наноразмерные носители с липидным бислоем, содержащие липиды, белки, метаболиты, РНК и ДНК. sEVs, выделяемые раковыми клетками, присутствуют почти во всех биологических жидкостях. Они могут стать потенциальными циркулирующими биомаркерами в жидкостной биопсии, так как отражают динамические биологические изменения, связанные с ростом опухоли, и указывают на стадии прогрессирования рака.

В новой статье, опубликованной в eLight, группа учёных под руководством профессора Дайонга Джина из Технологического университета Сиднея разработала инновационную технологию на основе лантаноидных наноусилителей сигнала, нацеленных на везикулы (LENS). Работа «Наночастицы ап-конверсии для сверхразрешающей количественной оценки отдельных малых внеклеточных везикул» имеет огромный потенциал в диагностике и прогнозе рака.

Используемые синтетические наночастицы ап-конверсии (UCNPs) обладают нелинейными фото-переключаемыми свойствами. Они позволяют новой сверхразрешающей наноскопии достигать оптического разрешения менее 30 нм. В своей работе исследователи с помощью нанофотонных зондов добились ультрачувствительности в количественном обнаружении sEVs. Эти зонды показали чувствительность почти на три порядка величины лучше, чем стандартный иммуноферментный анализ (ELISA).

Учёные улучшили разрешение визуализации, чтобы получить сверхразрешение поверхностных биомаркеров на отдельных EVs. Подход основан на использовании однородных, ярких и фотостабильных нанофотонных зондов, каждый из которых сильно легирован десятками тысяч ионов лантаноидов.

В эксперименте sEVs сначала захватывались на предметном стекле, покрытом антителом к CD9, и «сэндвичировались» биотинилированным антителом к EpCAM. Затем стрептавидиновые ап-конверсионные нанозонды метили антитело EpCAM для усиления сигнала. Нанозонды на отдельных sEVs позволили сверхразрешающему микроскопу визуализировать их под лазерным лучом в форме пончика. Одиночный нанозонд в центре такого луча создаёт картину излучения с провалом в месте его нахождения. В результате два соседних нанозонда могут быть разрешены за пределом дифракционного предела в наномасштабе.

Исследователи продемонстрировали, что сверхразрешающая визуализация отдельных sEVs может быть достигнута с использованием библиотеки ап-конверсионных нанозондов, легированных различными видами и концентрациями эмиттеров. Они подтвердили, что конъюгированные с антителами нанозонды могут специфически нацеливаться на опухолевый эпитоп EpCAM как на крупных EVs, так и на отдельных sEVs. С помощью сверхразрешающей визуализации учёные могут количественно определить точное количество нанозондов на каждой sEV. Они показали, что теоретически возможно проанализировать размер нанозондов и стерические затруднения на отдельных sEVs.