ACS Nano:突破!科學家利用來自尿液的生物標誌物進行早期癌症篩查

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日前,來自韓國蔚山國家科學技術研究所的研究人員通過研究開發出了一種新技術,該技術能夠有效在尿液或血液中有效鑑別出促進癌症發生的物質,相關研究刊登於國際雜誌 ACS Nano 上。文章中,研究人員開發出了一種整合的離心微流體平臺(Exodisc),這種裝置能夠對尿液中的胞外膜泡 (extracellular vesicles,EVs) 進行分離。

研究人員希望這種技術或能用於臨床裝置中來檢測尿液中基於胞外膜泡的生物標誌物,從而用於癌症診斷;胞外膜泡是一種細胞衍生的納米囊泡結構,其尺寸僅有 40-1000 納米,存在於幾乎所有類型的體液中,同時胞外膜泡在細胞間的通訊中也扮演著關鍵角色,還能夠參與調節多種細胞功能的生物訊號的運輸。儘管研究人員增加了胞外膜泡作為潛在生物標誌物進行多種疾病的診斷以及預後評價,但當前分離和分析胞外膜泡的方法往往需要進行長時間複雜的處理過程,比如一種經常用於分離胞外膜泡的方法—超速離心法,其就需要多個耗時的步驟,包括離心作用,並且還需要獲取較大的樣本量,但最後往往純度和產量較低。

為了克服這些限制,研究人員就開發出了一種快速、具有尺寸選擇性的新型平臺結構,該平臺能夠從原始的生物樣本中有效分離並且分析納米尺寸的胞外膜泡結構,比如細胞培養的上清液或者癌症患者的尿液。研究者 Hyun-Kyung Woo 博士表示,新型平臺 Exodisc 由兩個獨立的過濾單元組成(尺寸分別為 20 納米和 600 納米),其能夠同時對兩個不同的樣本進行處理,通過對這種盤狀晶片進行旋轉,尿液樣本就能夠通過兩個整合的納米過濾器被轉移,從而就能夠富集尺寸在 20-600 納米範圍之內的尿液胞外膜泡結構。

該平臺中納米多孔過濾器中孔的大小能夠被任意設定,從而就能夠實現從病原菌或不必要的蛋白質中對納米尺寸的囊泡結構進行有效分離,研究者 Cho 教授指出,利用 Exodisc 平臺我們就能夠在 30 分鐘之內對原始樣本中的胞外膜泡進行分離,而且通過離心力來進行過濾的過程完全是自動化完成的,這就能夠有效地富集胞外膜泡結構。

這項研究中,研究小組通過分離來自膀胱癌患者尿液中的胞外膜泡,對臨床樣本進行了檢測,而他們就是利用這種桌面大小的離心微粒體系統完成了研究,因此研究人員就能夠實現在 30 分鐘內對尿液中尺寸在 20-600 納米的胞外膜泡進行自動化富集;研究者 Vijaya Sunkara 指出,利用分離自膀胱癌患者機體中的胞外膜泡進行 ELISA 反應就能夠發現 CD9 和 CD81 高水平的表達,這也就表明,這種方法或許能夠被用於臨床研究中,來幫助檢測尿液中基於胞外膜泡的生物標誌物,從而用於對癌症進行診斷。

最後研究人員說道,目前我們正在進行後期深入研究來確定是否能夠通過分析所收集的納米顆粒就能夠對包括癌症在內的多種疾病進行確定,我們希望本文中所開發的裝置能夠幫助推進當前腫瘤生物學相關的研究,並且加速利用基於胞外膜泡的液體活檢技術來進行個體化療法的開發。

論文檢索:Hyun-Kyung Woo, Vijaya Sunkara, Juhee Park, et al. Exodisc for Rapid, Size-Selective, and Efficient Isolation and Analysis of Nanoscale Extracellular Vesicles from Biological Samples. ACS Nano, 2017, DOI: 10.1021/acsnano.6b06131

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