Новый микрочип захватывает экзосомы для более быстрой и чувствительной диагностики рака легких по анализу крови

Новый метод диагностики рака легких по анализу крови, разработанный исследователями Мичиганского университета, работает в 10 раз быстрее и обладает в 14 раз большей чувствительностью, чем предыдущие методы.

Микрочип, созданный в U-M, захватывает из плазмы крови экзосомы — крошечные пакеты, выделяемые клетками, — для выявления признаков рака легких.

Экзосомы, ранее считавшиеся клеточным "мусором", представляют собой наноразмерные посылки (30–200 нм), содержащие белки, фрагменты ДНК и РНК, которые важны для межклеточной коммуникации. Экзосомы раковых клеток могут способствовать распространению опухоли.

"Экзосомы, покидающие микроокружение опухоли, выходят и как бы подготавливают почву. Позже клетки-семена опухоли отрываются и с током крови попадают в подготовленную почву, чтобы начать расти", — объясняет Сунита Награт, профессор химической и биомедицинской инженерии U-M и соавтор исследования в журнале Matter.

Принцип работы основан на хиральности — "правой" или "левой" закрученности — белков на поверхности экзосом. Мутации в раковых клетках меняют форму белка и, следовательно, его хиральность. Эти различия можно обнаружить с помощью кругового поляризованного света, который резонирует с белком.

Ключевое новшество — золотые наночастицы в форме закрученных дисков (структура впервые описана в Nature в 2022 году). Их центральная полость идеально подходит по размеру, форме и химии поверхности для захвата экзосом. Частицы с правой закруткой сильно резонируют с правополяризованным светом, что известно как круговой дихроизм.

Белки захваченных экзосом, погруженные в полость, усиливают или ослабляют возвращаемый сигнал в зависимости от своей формы. Частицы, размещенные в каналах микрофлюидного чипа (названного CDEXO — Circular Dichroism detection of EXOsomes), улавливали экзосомы из плазмы и демонстрировали четкие различия в сигналах между образцами здоровых участников и пациентов с раком легких.

"Я ожидал, что оптическая активность наночастиц будет зависеть от мутаций в белках, но был приятно удивлен, насколько она чувствительна. Это связано с тем, что все наночастицы в детекторе ориентированы одинаково", — отметил Николас Котов, профессор химических наук и инженерии U-M.

Перспективы: Чип CDEXO потенциально может различать конкретные мутации при раке легких, помогая врачам подбирать таргетную терапию. Исследователи видят его первоначальное применение вместе с традиционными методами диагностики, а в будущем — для скрининга и раннего выявления других видов рака.

Следующим шагом станет изучение спектральных сигнатур мутировавших белков при различных солидных опухолях для дальнейшего повышения точности их различения.