Осциллирующие микропузырьки сортируют экзосомы из крови за минуты, без химикатов и центрифуг

Экзосомы, секретируемые большинством клеток, несут биологическую информацию и белки, служащие неинвазивными биомаркерами для диагностики и прогнозирования прогрессирования и метастазирования заболеваний. Однако быстрая изоляция экзосом высокой чистоты из различных биожидкостей, таких как неразбавленная цельная кровь, плазма и сыворотка, остаётся сложной задачей.

Акустические методы, использующие акустические волны для щадящего, бесконтактного манипулирования, предлагают многообещающий путь. Однако эффективная изоляция наноразмерных частиц, таких как экзосомы, непосредственно из сложных жидкостей, таких как цельная кровь, остаётся сложной. Это отчасти связано с акустическим дифракционным пределом, который ограничивает точность фокусировки и управления акустическими волнами, тем самым препятствуя развитию наноразделительных технологий.

В исследовании, опубликованном в Science Advances, группа учёных под руководством академика Чжэн Хайжуна и профессора Мэн Лона из Шэньчжэньского института передовых технологий (SIAT) Китайской академии наук, в сотрудничестве с профессором Тянь Чжэньхуа из Virginia Tech, США, разработала метаматериалы на основе осциллирующих массивов микропузырьков (OMAMs) для эффективной изоляции экзосом из неразбавленной цельной крови без процедур маркировки или предварительной обработки.

OMAMs — это многофункциональные настраиваемые ультраглубокие субволновые метаматериалы. Они позволяют генерировать множественные произвольные акустические поля с ультраглубоким субволновым разрешением, облегчают переключение между различными полями акустической энергии и позволяют пространственно настраивать акустические волны. Используя силы акустического излучения и акустическое течение, они захватывают более крупные частицы, такие как клетки крови, эффективно фильтруя образец и позволяя проходить более мелким экзосомам.

Для понимания механизмов захвата частиц исследователи разработали платформу OMAMs как высокоэффективный, многоразовый нанофильтр с 46 750 микропузырьками. Это расширило возможности акустического манипулирования в поперечном масштабе для in situ изоляции экзосом высокой чистоты из образцов цельной крови.

Было обнаружено, что OMAMs могут изолировать экзосомы из неразбавленной цельной крови примерно за три минуты с чистотой 93%, не требуя химических реагентов или предварительных обработок, таких как центрифугирование и фильтрация. Настройка амплитуд колебаний микропузырьков позволяет проводить дальнейшую изоляцию субпопуляций экзосом по размеру в пределах разных средних диаметров, демонстрируя универсальную акустическую настраиваемость.

По сравнению с существующими методами, платформа OMAMs предлагает значительно более быстрый, простой и потенциально более экономичный метод получения экзосом высокой чистоты непосредственно из клинических образцов. Эта возможность имеет решающее значение для продвижения диагностики жидкой биопсии и разработки экзосомной терапии.

«Мы ожидаем, что OMAMs принесут пользу исследованиям и клиническому применению на основе экзосом, а также разработке настраиваемых акустических линз и преобразователей на основе метаматериалов», — сказал профессор Мэн.