Выявлять рак на ранних стадиях помогут магнитные частицы с дубильной кислотой.
Клетки организма человека могут «общаться» между собой с помощью экзосом. Это микроскопические мембранные пузырьки, которые выделяются в межклеточное пространство и несут в себе белки, жиры, нуклеиновые кислоты и другие молекулы. Содержимое экзосом отчасти повторяет химический состав клетки, от которой они отделились, и это свойство можно использовать как молекулярный маркер для диагностики различных заболеваний. Например, если в экзосомах появляются белки и рибонуклеиновая кислота, характерные для раковых клеток, это с высокой вероятностью указывает на развитие онкологического заболевания.
Но диагностика с помощью экзосом недостаточно широко используется из-за сложности их «вылавливания» из лабораторных образцов, например крови. Недавно учёные предложили новый способ выделения экзосом с помощью магнитных микрочастиц. На поверхность таких частиц наносят молекулы, например антитела, которые связываются с экзосомами и удерживают их. С помощью магнита образовавшиеся комплексы выделяют из биологического образца для исследования.
Однако эффективность такого метода была невысока, учёные стремятся улучшить способность магнитных частиц связывать экзосомы.
Группа исследователей из Сколковского института науки и технологий, Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова и Национального медицинского исследовательского центра акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В.И. Кулакова Министерства здравоохранения РФ усовершенствовали магнитные микрочастицы, нанеся на их поверхность слой из дубильной кислоты.
Сначала учёные синтезировали частицы на основе оксида железа и карбоната кальция, затем на их поверхность нанесли одно из веществ, специфически связывающихся с экзосомами, — полимеры поливинилпирролидон и полиаллиламиногидрохлорид или белок альбумин. Полученные комплексы выдержали в растворе дубильной кислоты. Она осела на микрочастицах с другими молекулами, улучшив их связывание благодаря образованию водородных связей с жирами и белками.
Затем исследователи поместили магнитные частицы в раствор с известным количеством экзосом и извлекли их с помощью магнита, чтобы оценить число «выловленных» пузырьков. Обработанные дубильной кислотой частицы обеспечили вылавливание 50–60% экзосом в зависимости от типа второй молекулы в оболочке. Необработанные показали эффективность 34%.
Такой результат сопоставим с качеством широко используемого, но трудоёмкого метода эксклюзионной хроматографии, при котором экзосомы пропускают сквозь гелевый слой, отделяя от других компонентов жидкости. При этом новый подход требует двух с половиной часов против четырёх. Это позволяет значительно ускорить процедуру и расширить её применение в медицинской практике, в первую очередь для диагностики онкологических заболеваний на ранних стадиях.
В дальнейшем авторы разработки планируют улучшать поверхностную структуру полученных магнитных микрочастиц, чтобы дополнительно повысить их эффективность.
Исследование поддержано грантом Президентской программы Российского научного фонда.