Exosomen reguleren intercellulaire communicatie bij kankers, en trekken de aandacht als een potentiële kankerbiomarker. Een Japanse onderzoeksgroep heeft een zeer gevoelige methode ontwikkeld voor het detecteren van deze exosomen die mogelijk kunnen bijdragen aan vroege detectie van kanker.

De onderzoeksgroep was gericht op de faculteit in het Kobe University Medical Device Fabrication Engineering Center, onder leiding van professor Toshifumi Takeuchi (Kobe University Graduate School of Engineering) en professor Ryohei Sasaki (Kobe University Hospital), in samenwerking met Kazuyuki Hamada (System Instruments Co., Ltd.). De bevindingen werden op 3 januari gepubliceerd in Internationale editie van Angewandte Chemie , en staat op de binnenomslag van het tijdschrift (Figuur 1).

Exosomen zijn membraanblaasjes bestaande uit een lipide dubbellaag die slechts ongeveer 100 nanometer groot is en uit verschillende cellen wordt afgevoerd. Exosomen die door kankercellen worden uitgescheiden, zijn nauw verbonden met kankermigratie, invasie, en metastase. Door deze door kanker uitgescheiden exosomen te onderzoeken, kunnen we misschien een nieuwe methode ontwikkelen voor vroege opsporing van kanker.

De huidige exosoomanalysemethoden omvatten gecompliceerde en tijdrovende procedures, inclusief een combinatie van ultracentrifugatie en affiniteitsscheiding. Als we door kanker uitgescheiden exosomen zouden kunnen onderscheiden van andere exosomen in lichaamsvloeistoffen zonder ingewikkelde voorbehandelingen, dit zou een eenvoudige test voor vroege opsporing van kanker mogelijk maken.

Met behulp van moleculaire imprinting-technologie (Figuur 2), het team maakte een kunstmatige polymeerfilm van ongeveer 30 nanometer, met holtes ter grootte van een exosoom bovenop het glazen substraat (een exosoom-bindende holte). Vervolgens, met behulp van hun eigen post-imprinting-technologie, de onderzoekers hebben selectief antilichamen geïntroduceerd die membraaneiwitten op het oppervlak van exosomen kunnen herkennen, en fluorescerende moleculen die exosome bindingsinformatie kunnen rapporteren. Dit resulteerde in een exosome-sensing-chip (Figuur 3), een baanbrekende, zeer gevoelige fluorescentiedetectiechip die antilichamen en kunstmatige materialen combineert. Het herkent de membraaneiwitten op exosomen, vangt de exosomen, en rapporteert de informatie via veranderingen in fluorescentie.

Om exosome-analyse te vereenvoudigen met behulp van dit op fluorescentie gebaseerde detectieplatform, het team werkte samen met System Instruments Co., Ltd. om een ​​apparaat te maken dat het hele analyseproces automatiseert (Figuur 4). Dit instrument is een zeer gevoelige CMOS-camera gemonteerde fluorescentiemicroscoop uitgerust met een 3D-robotarm. Met een op maat gemaakte platte pipetpunt ingebracht met het exosome detectiesubstraat, het kan automatisch zuigen uitvoeren, afvoer, fluorescentiedetectie en substraatreiniging van de monsters. Met behulp van deze apparatuur, zonder voorbehandeling en binnen 10 minuten, het team bereikte een ongekende detectie met hoge gevoeligheid van 6 picogram per milliliter. Met deze technologie kunnen we ongeveer 150 exosomen detecteren in 10 microliter, een gevoeligheidsniveau dat eerder gerapporteerde meettechnieken ver overtreft.

Voor vroege opsporing van kanker, we hebben voorafgaande controles nodig voordat de ziekte zich uitbreidt, maar door de complexiteit van deze controles wordt momenteel slechts een klein deel van de mensen gescreend. Het in deze studie ontwikkelde instrument maakt het makkelijker om de exosomen in lichaamsvloeistoffen te analyseren. "Vooruit gaan, we zullen op grote schaal klinische monsters verzamelen en exosoomanalyses uitvoeren, ", zegt professor Takeuchi. "Als kan worden geverifieerd dat het analyseren van door kanker uitgescheiden exosomen nuttig is bij kankeronderzoeken, dit zal bijdragen aan het vergroten van het aantal vertoningen. Het kan ook worden toegepast op kankertests, effectiviteit van de behandeling, voorspellingen van kankeroverdracht, en prognoses na de behandeling."