Ekstracellulære vesikler fanget af bæredygtigt træcellulosebaseret nanofiber kan identificere og forbedre kræftbehandling

Et forskerhold i Japan, ledet af Nagoya Universitys Akira Yokoi, har udviklet en innovativ teknik, der bruger cellulose nanofiber (CNF) plader afledt af træcellulose til at fange ekstracellulære vesikler (EV'er) fra væskeprøver og endda organer under operation.

EV'er er små strukturer fra kræftceller, der spiller en afgørende rolle i celle-til-celle kommunikation. Udvinding og analyse af elbiler ved hjælp af denne nye teknologi har potentialet til at revolutionere tidlig kræftdiagnose og åbne døren til personlig medicin. Forskerne har offentliggjort deres resultater i Nature Communications .

Kræft er berygtet for sin dårlige prognose og forbliver i mange tilfælde uopdaget indtil dets fremskredne stadier, hvilket efterlader patienter med begrænsede behandlingsmuligheder. At opdage kræften tidligt ved hjælp af elbiler og analysere dem giver vital information om sygdomsstatus og dens progression. Dette bør hjælpe læger med at overvåge og justere personlige kræftbehandlingsplaner. Forskere har dog været begrænsede i tidligere forsøg på at bruge elbiler på grund af manglen på en effektiv isolationsstrategi.

For at fange elbiler brugte Yokoi og hans kolleger CNF-plader lavet af træcellulose til at udtrække dem fra væskeprøver fra ovariecancermusemodeller. Da materialet har en porøs nanostruktur, absorberer arket væsken, der indeholder elbilerne, ind i dets porer og lukker dem ved tørring. De fandt ud af, at arkene fangede og bevarede elbiler fra så lidt som ti mikroliter kropsvæsker. Derimod er de nuværende standardmetoder, såsom ultracentrifugering, mere tidskrævende og kræver meget større prøver.

"Vi har udviklet den unikke cellulose nanofiber ved at anvende papirfremstilling og opløsningsmiddelfortrængningsteknologi," sagde Yokoi. "De cellulosenanofibre, vi bruger, er et bæredygtigt biomassemateriale, der hovedsageligt kommer fra træcellevægge. Disse plader har attraktive egenskaber, såsom at være lette, høj styrke og vigtigst af alt, let bionedbrydelige."

Ved hjælp af teknikken udtrak og analyserede forskerne med succes EV'er og mikroRNA'erne (miRNA'erne) indeholdt i dem fra museovariecancermodellerne. Da miRNA'er er forskellige mellem raske og syge patienter, repræsenterer de en ideel diagnostisk markør for kræft. Holdet identificerede også forskellige sæt miRNA'er i elbiler indsamlet fra tumoroverflader, hvoraf nogle faldt efter tumorfjernelse.

Sporing af tilstedeværelsen eller fraværet af disse miRNA'er kunne være en nem måde at analysere effektiviteten af ​​behandlingen og derefter skræddersy behandlingen i henhold til tumorens heterogenitet. Heterogenitet er et almindeligt problem, hvor selv i en enkelt tumor har kræftceller forskellige karakteristika og egenskaber.

Strukturen af ​​arkene ligner den af ​​medicinsk gaze, så de nemt kan fastgøres og fjernes, selv når de placeres på organer under operationen. For at teste dette brugte gruppen nyligt fjernede menneskelige organer. Deres vellykkede test afslørede en spændende opdagelse, da EV'erne på tumoroverfladen viste unikke miRNA-profiler sammenlignet med tumorvævet.

"Organoverflader var en tidligere uanalyseret EV-subpopulation, som nu kan udsættes for biologiske vurderinger," sagde Yokoi. "CNF-papir gør det muligt at opnå elbiler fra flere steder i kroppen. Derefter kan vi ved at kontrollere disse elbilers molekylære profiler overvåge sygdomsprogression og skræddersy valget af det bedste lægemiddel, hvilket bidrager til personlig medicin."

Dr. Takahiro Ochiya, bestyrelsesmedlem i International Society for Extracellular Vesicles og formand for det japanske selskab for ekstracellulære vesikler, er begejstret for arkenes potentiale og siger:"Eksosomanalyse ved hjælp af CNF-ark er en ekstremt ny metode og forventes at have en række applikationer, herunder medicinske anvendelser. Vi forventer, at dette vil være et stort fremskridt, der vil bringe viden om exosomer som medicinsk forskning direkte til patienterne."

Denne forskning har brede implikationer og åbner op for analysen af ​​elbiler under operation, et uudforsket område indtil nu. Når vi ser fremad, er forskerholdet forpligtet til at fremme de medicinske anvendelser af EV-ark til forskellige sygdomme, forbedre diagnostisk nøjagtighed og hjælpe med at indlede en æra med personlig medicin.

Flere oplysninger: Rumlig exosomanalyse ved hjælp af cellulosenanofiberplader afslører placeringsheterogeniteten af ​​ekstracellulære vesikler, Nature Communications (2023).

Journaloplysninger: Nature Communications

Leveret af Nagoya University