ВНЕКЛЕТОЧНЫЕ ВЕЗИКУЛЫ ПОЗВОЛЯТ РАНЬШЕ ДИАГНОСТИРОВАТЬ РАК

25 февраля 2021, 07:00

Нанобиотехнологи Алфёровского университета исследовали свойства  внеклеточных везикул — субъединиц в плазме крови, потенциально содержащих онкомаркеры. Для этого они выделили эти частицы из плазмы крови добровольцев, а также исследовали форму, размеры и иные физические свойства везикул. Результаты позволят разработать метод для диагностики рака на ранней стадии при помощи анализа крови. Работа опубликована в журнале Biology.

 

Высокая смертность из-за рака может быть снижена с помощью  своевременной диагностики опухолевых процессов. Стандартным путём подтверждения диагноза является биопсия — метод, при котором для исследования проводится прижизненный забор клеток или тканей из организма. А для ранней диагностики применяют различные скриннинговые процедуры, например, флюрографию, УЗИ, осмотры специалистов. Однако новое, наиболее перспективное направление скриннинга, получившее название “жидкая биопсия”, позволяет находить особые маркеры заболевания в крови человека даже в крайне малых концентрациях и на самых ранних стадиях рака. А кроме того она  более удобна для пациентов так для нее нужно просто сдать кровь на анализ, не извлекая ткань.

 

Такой анализ стал возможен, так как оказалось, что опухоль довольно рано выделяет в кровь свои элементы, которые могут служить маркерами возникновения и развития заболевания. Сейчас к таким элементам относят  непосредственно сами опухолевые  клетки, циркулирующие в кровеносном русле, или побочные продукты их жизнедеятельности, которые выделяются в плазму при их разрушении: белки, опухолевые ДНК и РНК, содержащие соответствующую мутацию и т.д. 

 

Кроме того, известен ещё один вид онкомаркеров — внеклеточные везикулы (экзосомы и экзомеры) диаметром 30-100 нм, которые представляют собой билипидные мембранные пузырьки,  содержащие специфические белки, ДНК, РНК и т.п. — молекулы, которые клетки “пересылают” друг другу. 

“Все функции экзосом до конца не определены, однако известно, что они участвуют в межклеточной коммуникации, секреции белков и выработке иммунного ответа. Также  известно, что раковые клетки выделяют их в большом количестве, и поэтому они могут рассматриваться как потенциальные онкомаркеры  заболеваний. Мы в своей работе исследовали внеклеточные везикулы, выделенные из плазмы крови добровольцев, их форму,размеры и упругие свойства методом атомно-силовой микроскопии. Это позволит в будущем разработать новые методы обнаружения межклеточных везикул, характерные для онкологических случаев, а значит проводить диагностику раковых заболеваний на самых ранних стадиях при помощи анализа крови”, — объясняет Букатин Антон Сергеевич, кандидат физ.-мат. наук, старший научный сотрудник лаборатории нанобиотехнологий Алфёровского университета.

 

Чтобы исследовать физические свойства межклеточных везикул, исследователи выделили плазму крови у трех здоровых добровольцев женского пола, которые дали письменное информированное согласие. Далее плазму центрифугировали при больших ускорениях, и таким образом выдели экзосомы-везикулы, после чего фильтровали полученные образцы.

 

Затем учёные доказали, что образцы содержат именно искомые частицы. Для этого измерили их размер стандартным методом динамического и статического рассеивания света при помощи лазерного корреляционного спектрометра, а также подтвердили наличие на поверхности частиц характерных для них белков — поверхностных биомаркеров — при помощи внесения в образец окрашенных антител. Далее нанобиотехнологи исследовали размеры, форму и упругие свойства выделенных внеклеточных везикул оптическими методами и путём ощупывания поверхности частиц нанозондом атомно-силового микроскопа. 

 

В ходе работы учёные подтвердили, что фракция межклеточных везикул может быть разбита на две подфракции. Поэтому исследователи проанализировали два вида популяций межклеточных везикул: экзосомы, чей размер может достигать до 150нм, и экзомеры — билипидные частицы, размером менее 50 нм. Учёные обнаружили характерные различия по физическим свойствам между экзосомами и экзомерами в воздухе и в жидкости. Например, экзомеры оказались сравнительно более жёсткими и обладали большим модулем упругости, т.к. они не содержат внутреннюю полость. 

 

Результаты позволят предсказать биомеханические свойства образцов с межклеточными везикулами онкобольных как в составе жидкости, так и после сушки. Это необходимо для разработки точных аналитических наборов для обнаружения как раковых клеток, так и различных вирусов, таких как SaRS-CoV-2 и др.