Внеклеточные везикулы, захваченные нановолокном из древесной целлюлозы, могут улучшить диагностику и лечение рака

Исследовательская группа из Японии под руководством Акиры Йокои из Университета Нагои разработала инновационную технику. Она использует листы из целлюлозного нановолокна (CNF), полученного из древесной целлюлозы, для захвата внеклеточных везикул (EV) из образцов жидкостей и даже с поверхности органов во время операции.

EV — это мелкие структуры, выделяемые раковыми клетками, которые играют ключевую роль в межклеточной коммуникации. Извлечение и анализ EV с помощью этой новой технологии может произвести революцию в ранней диагностике рака и открыть путь к персонализированной медицине. Результаты опубликованы в Nature Communications.

Раннее обнаружение рака с помощью EV и их анализ предоставляют жизненно важную информацию о статусе заболевания и его прогрессировании. Однако ранее попытки использовать EV были ограничены из-за отсутствия эффективной стратегии их выделения.

Для захвата EV Йокои и его коллеги использовали CNF-листы, чтобы извлечь их из образцов жидкости у мышиных моделей рака яичников. Материал имеет пористую наноструктуру: лист впитывает жидкость с EV в свои поры, которые закрываются при высыхании. Учёные обнаружили, что листы захватывают и сохраняют EV всего из десяти микролитров биологических жидкостей. Для сравнения, стандартные методы, такие как ультрацентрифугирование, более трудоёмки и требуют гораздо больших объёмов образцов.

«Мы разработали уникальное целлюлозное нановолокно, применив технологии производства бумаги и вытеснения растворителя, — сказал Йокои. — Это устойчивый биоматериал, который в основном получают из клеточных стенок древесины. Эти листы обладают привлекательными свойствами: они легкие, прочные и, что самое важное, легко биоразлагаемые».

Используя эту технику, исследователи успешно выделили и проанализировали EV и содержащиеся в них микроРНК (miRNA) у мышиных моделей рака яичников. Поскольку miRNA различаются у здоровых и больных пациентов, они представляют собой идеальный диагностический маркер рака. Команда также идентифицировала отдельные наборы miRNA в EV, собранных с поверхности опухолей, некоторые из которых уменьшились после удаления опухоли.

Отслеживание наличия или отсутствия этих miRNA может стать простым способом анализа эффективности лечения и его адаптации в соответствии с гетерогенностью опухоли. Гетерогенность — это распространённая проблема, когда даже в одной опухоли раковые клетки имеют разные характеристики.

Структура листов похожа на структуру медицинской марли, поэтому их можно легко прикрепить и снять даже при размещении на органах во время операции. В тестах на недавно удалённых человеческих органах учёные сделали важное открытие: EV с поверхности опухоли показали уникальные профили miRNA по сравнению с тканью самой опухоли.

«Поверхности органов представляли собой ранее не анализированную субпопуляцию EV, которую теперь можно подвергать биологической оценке, — пояснил Йокои. — CNF-бумага позволяет получать EV из нескольких участков тела. Затем, проверяя молекулярные профили этих EV, мы можем отслеживать прогрессирование заболевания и подбирать лучший препарат, способствуя персонализированной медицине».

Доктор Такахиро Очия, член правления Международного общества внеклеточных везикул и президент Японского общества внеклеточных везикул, высоко оценил потенциал метода: «Анализ экзосом с помощью CNF-листов — это чрезвычайно новаторский метод, и ожидается, что он найдёт множество применений, в том числе в медицине. Мы ожидаем, что это станет большим шагом вперёд, который приблизит применение знаний об экзосомах в медицинских исследованиях непосредственно к пациентам».

Это исследование открывает возможность анализа EV во время операции — область, ранее не изученную. В дальнейшем команда намерена развивать медицинское применение CNF-листов для различных заболеваний, повышать точность диагностики и способствовать наступлению эры персонализированной медицины.