Biomarkery umożliwiają wczesne wykrywanie raka piersi
Wczesne wykrycie nowotworów piersi istotnie zwiększa szanse pacjentów na przeżycie. Jednym z nowych biomarkerów stosowanych w biopsji płynnej nowotworów są pęcherzyki zewnątrzkomórkowe, w tym egzosomy – cząsteczki wydzielane przez komórki do płynów ustrojowych. Choć dotychczasowe badania wykazały, że pęcherzyki krążące we krwi przenoszą informacje molekularne z komórek źródłowych, którymi mogą być także komórki nowotworowe, głównym wyzwaniem pozostawało znalezienie sposobu na niezawodne pozyskanie tych informacji. „Pęcherzyki są niezwykle małe i różnorodne, a izolowanie i charakteryzowanie pęcherzyków związanych z chorobą z próbek krwi bywa trudne i czasochłonne”, wyjaśnia Uğur Aygün, adiunkt na Uniwersytecie w Koç(odnośnik otworzy się w nowym oknie) w Turcji. Zespół finansowanego ze środków działania „Maria Skłodowska-Curie”(odnośnik otworzy się w nowym oknie) projektu EXCEED Aygün wraz ze współpracownikami - Hakanem Üreyem(odnośnik otworzy się w nowym oknie) oraz Utkanem Demircim(odnośnik otworzy się w nowym oknie) – skupili się na tym analitycznym wąskim gardle, opracowując nowe metody czułej, niewymagającej znakowania charakteryzacji pojedynczych pęcherzyków.
Nowy łańcuch analityczny pęcherzyków zewnątrzkomórkowych
W ramach projektu EXCEED zespół opracował nową ścieżkę analityczną łączącą metodę ExoTIC(odnośnik otworzy się w nowym oknie) – mikroprzepływową technologię izolacji pęcherzyków opracowaną w laboratorium Demirciego na Uniwersytecie Stanforda – z nowatorskim systemem obrazowania umożliwiającym charakteryzowanie pojedynczych cząstek. System obrazowania wykorzystuje światło rozproszone i odbite do wykrywania pojedynczych pęcherzyków w nanoskali, co umożliwia ich wykrywanie bez stosowania znaczników fluorescencyjnych. Dopełnienie tej techniki stanowiła spektroskopia ramanowska, która pozwoliła na uzyskanie informacji chemicznych dotyczących pęcherzyków. Do weryfikacji osiągów platformy badacze zastosowali referencyjne nanocząstki oraz pęcherzyki zewnątrzkomórkowe pobrane z modeli komórek nowotworowych i nienowotworowych, a także z próbek pobranych od pacjentów. „Pozwoliło nam to zbadać zarówno fizyczne, jak i chemiczne właściwości tych mikroskopijnych pęcherzyków oraz przeanalizować potencjał wykorzystania tego podejścia w badaniu biopsji płynnej w kontekście nowotworów”, wyjaśnia Aygün.
Wykrywanie bez użycia znaczników
Jednym z najważniejszych rezultatów projektu było opracowanie możliwości wykrywania i charakteryzacji poszczególnych pęcherzyków o średnicy wynoszącej zaledwie 30 nm w stosunkowo dużym polu widzenia bez konieczności stosowania znaczników. „Umożliwia to jednoczesną analizę wielu pojedynczych pęcherzyków”, zauważa Aygün. Zespół zaprezentował również metodę wykrywania i charakteryzowania pęcherzyków związanych z nowotworami oraz zbadał szersze możliwości zastosowania tej metody, wykorzystując próbki związane z innymi rodzajami nowotworów. Równolegle badacze pracowali nad algorytmami uczenia maszynowego wykorzystywanymi do rozróżniania nanocząstek na podstawie ich właściwości optycznych i fizycznych. Rezultaty tych prac wskazują na potencjał tego rozwiązania w zakresie łączenia danych fizycznych, chemicznych i obliczeniowych w celu szczegółowej analizy zróżnicowanych pęcherzyków.
Wykorzystanie pęcherzyków do diagnostyki wielu nowotworów
„Moim zdaniem pęcherzyki zewnątrzkomórkowe mogą być wykorzystywane jako biomarkery nie tylko w przypadku raka piersi, ale także wielu innych nowotworów ze względu na informacje molekularne związane z komórkami i tkankami, z których pochodzą”, dodaje Aygün. Choć pęcherzyki te nie są jeszcze rutynowo wykorzystywane w klinicznych badaniach krwi, badacz uważa, że technologie zbliżone do rozwiązań opracowywanych w ramach projektu EXCEED mogą pomóc wypełnić tę lukę diagnostyczną i w przyszłości mogą być coraz częściej stosowane w europejskich systemach opieki zdrowotnej. „Początkowo tego rodzaju rozwiązania mogą umożliwić badaczom wykrywanie i weryfikację sygnatur związanych z chorobami występujących w pęcherzykach, które obecnie trudno jest rozróżnić”, zauważa badacz. „W przyszłości zweryfikowane sygnatury mogą stanowić podstawę minimalnie inwazyjnych badań krwi służących monitorowaniu odpowiedzi na leczenie, postępu choroby i nawrotów, a także umożliwiających wczesne wykrywanie choroby”. W trakcie prac zespół zdał sobie sprawę, że te same technologie mogą okazać się przydatne nie tylko do badania roli pęcherzyków zewnątrzkomórkowych w różnych chorobach, ale także w celu charakteryzowania innych biologicznych nanocząstek, w tym wirusów i nanocząstek istotnych z punktu widzenia opracowywania szczepionek. „Chciałbym, żeby nasze technologie wyszły z laboratoriów badawczych i stały się praktycznymi narzędziami, z których naukowcy i lekarze będą mogli korzystać w celu badania biomarkerów, a w dłuższej perspektywie także w diagnostyce opartej na badaniach krwi”, zauważa badacz.
