Новая миниатюрная диагностическая платформа, основанная на технологии ядерного магнитного резонанса (ЯМР), способна обнаруживать выделяемые раковыми клетками мельчайшие частицы, известные как микровезикулы. По сравнению с нормальными раковые клетки выделяют гораздо больше микровезикул, и их обнаружение может стать простым способом диагностики определенных видов рака.

В статье, опубликованной в журнале Nature Medicine, ученые Центра системной биологии (Center for Systems Biology, CSB) Массачусетской общей больницы (Massachusetts General Hospital), сообщают, что созданное ими на основе сочетания нанотехнологий и ЯМР портативное микрофлюидное устройство позволяет достоверно обнаруживать в крови человека микровезикулы, выделяемые клетками раковых опухолей мозга.

«Около тридцати-сорока лет назад в крови было замечено что-то, что первоначально было принято за какие-то отходы или «клеточную пыль»», – объясняет соавтор разработки Хакхо Ли (Hakho Lee), PhD. «Но позднее стало очевидным, что эти выделяемые клетками везикулы на самом деле несут те же биомаркеры, что и их родительские клетки».

Клетки глиобластомы (а) выделяет многочисленные микровезикулы (б), которые можно пометить (с) магнитными наночастицами (черные точки).
(Фото: MGH Center for Systems Biology)

В качестве потенциального ключа к улучшению диагностики рака уже рассматриваются циркулирующие опухолевые клетки (ЦОК), но, по словам доктора Ли, проблема с ЦОК состоит в том, что они встречаются крайне редко, так что искать их в крови это все равно что искать иголку в стоге сена. Что касается микровезикул, то они присутствуют в крови в изобилии. Кроме того, в отличие от ЦОК, микровезикулы достаточно малы, чтобы преодолеть гематоэнцефалический барьер и попасть в кровоток, что означает, что их можно использовать для диагностики и мониторинга рака мозга.

Наиболее распространенным и наиболее агрессивным типом рака головного мозга является мультиформная глиобластома (МГБ). Согласно статистике, с момента постановки диагноза пациенты, как правило, живут менее 15 месяцев. При этом заболевании одной из самых больших проблем является надежный и достоверный мониторинг, позволяющий оценивать эффективность проводимого лечения. На сегодня единственными способами диагностики и мониторинга МГБ являются биопсия и визуализация. Понятно, что при таком длительно текущим заболевании, как глиобластома, эти методы делает мониторинг не только инвазивным, но и практически нереальным. Ученые из CSB попытались разработать простой анализ крови, значительно облегчающий мониторинг его прогрессирования.

Однако и при использовании микровезикул возникают проблемы, ведь эти образования очень малы, и существует не так много технологий, которые позволяют обнаружить их и определить их молекулярный профиль.

Используя нанотехнологии, ученые «повесили» на микровезикулы магнитные ярлычки, (связав наночастицы с помощью специфических антител с белками-мишенями на их поверхности), а также адаптировали и усовершенствовали портативное миниатюрное ЯМР-устройство, разработанное ими в прошлом году для обнаружения раковых клеток. Новый прибор позволяет достоверно обнаруживать опухолевые микровезикулы в образцах крови мышей с человеческой глиобластомой и пациентов с этим видом рака.

Микрофлюидная ЯМР-система для обнаружения микровезикул (MV) в крови. Маркировка микровезукул магнитными наночастицами (MNP) позволяет использовать
для их обнаружения миниатюрную ЯМР-катушку. (Фото: MGH Center for Systems Biology)

По сравнению с другими методами, представляющими сегодняшний «золотой стандарт» раковой диагностики, новая технология демонстрирует гораздо более высокую чувствительность и точность. Однако в отличие от традиционных методов – трудоемких и требующих гораздо большего объема образцов, а также специалистов для их проведения – основанная на ЯМР технология представляет собой простой и быстрый анализ с почти мгновенным получением результата непосредственно в кабинете врача.

По словам другого соавтора разработки директора CSB Ральфа Вайслейдера (Ralph Weissleder), MD, PhD, микровезикулы оказались очень надежными биомаркерами. «Их много, они очень стабильны и, как представляется, чрезвычайно точно отражают результаты терапии. Мы наблюдали, и на животных, и на пациентах, как в процессе лечения изменяется количество связанных с раком микровезикул. Оно снижается еще до того, как значимое сокращение размеров опухоли можно заметить с помощью визуализации».

Сейчас ученые занимаются адаптацией своей платформы для использования в диагностике других заболеваний, в частности, бактериальных инфекций, а также других видов рака. С целью коммерциализации новой технологии уже проводится ряд клинических исследований.

Аннотация к статье

Protein typing of circulating microvesicles allows real-time monitoring of glioblastoma therapy