Новый метод изоляции внеклеточных везикул для диагностики заболеваний
Биофизики из Сколтеха, МФТИ и компании «Простагност» разработали новую технологию изоляции внеклеточных везикул (EV) из биологических жидкостей. Изучение везикул важно для диагностики и лечения различных заболеваний, включая рак. Новая методика не только превосходит известные методы по чистоте и выходу EV, но также проста, быстра, недорога и может выполняться на стандартном лабораторном оборудовании. Исследование опубликовано в Journal of Extracellular Vesicles.
Клетки организма «общаются», выделяя в кровоток сигнальные молекулы. Для безопасной доставки молекулы инкапсулированы в крошечные наноразмерные везикулы (EV), которые действуют как система доставки. EV из здоровых и больных клеток имеют разное содержимое, что лежит в основе диагностики. Везикулы, секретируемые нездоровыми клетками, содержат множество молекул, служащих биомаркерами заболевания. Изучение биомаркеров помогает как диагностировать болезнь, так и контролировать лечение, анализируя изменения в количестве EV с выбранными маркерами.
Однако возникает вопрос, как выделить эти крошечные носители. Из множества молекул в биологических жидкостях необходимо выбрать только EV, чтобы идентифицировать содержащиеся в них белковые молекулы, которые могут быть биомаркерами заболевания или признаком здоровья. В зависимости от того, какие нуклеиновые кислоты (например, mRNA или DNA) или белки обнаружены внутри или на поверхности EV, делается вывод о перспективах пациента. Поэтому важно, чтобы эти исследования выполнялись быстро, эффективно и с низкими затратами.
Ведущий автор, научный сотрудник Лаборатории разработки инновационных лекарственных средств и агробиотехнологий МФТИ и Лаборатории биофотоники Сколтеха Василий Чернышев отмечает, что «в настоящее время существует несколько общепризнанных методов выделения везикул, но они либо слишком громоздки, либо требуют специализированного оборудования, такого как ультрацентрифуга. Не каждая клиника может себе это позволить, к тому же этот метод имеет довольно низкую эффективность выделения».
Команда разработала фильтрационное устройство, специальный состав и дизайн мембраны, а также пошаговую процедуру выделения. Решение позволяет быстро и эффективно изолировать EV, обеспечивая высокую чистоту, что очень важно как для диагностики, так и для исследований EV. Устройство полностью изготовлено из российских компонентов при минимальной стоимости.
Василий Чернышев добавляет: «В устройстве для выделения EV, которое мы разработали совместно с компанией «Простагност», разделение происходит в глубине мембраны со специфичной конструкцией пор. В отличие от обычной фильтрации, мы захватываем продукт внутри фильтра и извлекаем его обратным потоком».
«С помощью этой новой техники мы можем эффективно выделять EV различных размеров, включая экзосомы, практически из любой биологической жидкости, такой как кровь, плазма и моча, и получать EV высокой чистоты, свободные от внеклеточных частиц или молекул. Но самое главное, для задачи нам нужна только обычная лабораторная центрифуга и специфичные мембраны и пробирки, доступные для любой российской клинической лаборатории».
Руководитель Лаборатории разработки инновационных лекарственных средств и агробиотехнологий МФТИ Сергей Леонов комментирует: «Наша команда приложила много усилий для описания и доказательства чистоты экзосом — мембранных везикул размером от 40 до 100 нм. Это очень важно как для диагностики, так и для протеомики».
«Существует большая потребность в таких простых, быстрых и эффективных методах для научных и медицинских исследований EV. Мы предложили уникальную технологию отечественной разработки, которая может превратиться в полезную рутину для обычной онкологической практики. Это исследование — прекрасный пример межведомственного, промышленного и международного сотрудничества МФТИ, которое помогает успешно решать задачи импортозамещения и выводить на рынок инновационные российские решения, во многом превосходящие зарубежные аналоги».