新的微芯片捕获外泌体，从血液中更快、更敏感地检测癌症

密歇根大学的研究人员称，一种通过抽血诊断癌症的新方法比早期方法快10倍，灵敏度高14倍

U-M开发的微芯片捕捉细胞从血浆中释放的外来体-微小包裹，以识别癌症的迹象

曾经被认为是从细胞中排出进行清理的垃圾，研究人员在过去十年中发现，外泌体是含有蛋白质或DNA和RNA片段的微小包裹，对细胞之间的交流很有价值。尽管健康细胞外泌体在全身传递重要信号，但癌症细胞外泌物可以通过使组织在肿瘤细胞到达之前接受肿瘤细胞来帮助肿瘤扩散

“癌症外泌体离开肿瘤微环境，在某种程度上为土壤做准备。随后，癌症细胞种子从肿瘤中脱落，通过血液在条件土壤中生长，”密歇根大学化学和生物医学工程教授Sunitha Nagrath说，他也是《物质》杂志上该研究的共同通讯作者

外泌体在包裹内和外表面都携带蛋白质。与许多生物分子一样，这些表面蛋白是手性的，这意味着它们具有右旋或左旋扭曲，这使得它们以独特的方式与光相互作用

在癌症外泌体中，表面蛋白质通常发生突变，这意味着基因变化改变了组成蛋白质的分子的顺序。突变微妙地改变了蛋白质的形状，这也改变了它的手性

这些差异可以通过与扭曲的（或圆偏振的）光的相互作用来发现，这可以与蛋白质中的扭曲相匹配。共振产生了一个返回到光探测器的强信号。然而，这些光信号通常很弱，很难解释。此外，必须从血液样本中提取外泌体才能进行这种检测。这很棘手，因为外泌体很小，只有30到200纳米（百万分之一毫米）

为了发现它们，研究小组设计了形状像扭曲盘的金纳米粒子（改编自2022年《自然》杂志研究中首次描述的结构），在中央腔中捕获外泌体。由于大小、形状和表面化学几乎完美匹配，这些空腔能够可靠地捕获外泌体

通过右旋扭曲，它们与右旋光强烈共振，但如果入射光具有左旋扭曲，则不会发回太多信号。这种对扭曲光的不同反应被称为圆二色性

捕获的外泌体上的蛋白质沉入腔内，可以根据其形状增强或减弱返回信号的强度。沿着微流体芯片的微小通道进行研究，金腔从血浆中捕获了外泌体，并揭示了健康研究参与者和癌症患者提供的样本之间的不同特征

密歇根大学欧文-朗缪尔杰出大学化学科学与工程教授、该研究的共同通讯作者Nicholas Kotov说：“虽然我原本预计纳米粒子的光学活性取决于蛋白质中的突变，但我对它的敏感性感到惊喜。这是由于纳米粒子在检测设备中都以相同的方式取向。”

微流体芯片，称为CDEXO芯片，用于EXOsome的圆二色性检测，可能能够区分特定的肺癌癌症突变，帮助医生在突变发生时做出针对主要突变的治疗决定

研究人员设想，CDEXO芯片将首先与传统诊断方法一起使用。随着人们对这项技术的信任度不断提高，该芯片可用于筛查其他癌症，以改善早期检测

Nagrath说：“下一步，我们想研究大多数已知的实体瘤突变蛋白，以了解它们的光谱特征有何不同。从这里开始，我们可以推动技术进一步增加这些光谱差异，以区分蛋白质。” More information: Yoon-Tae Kang et al, Chiroptical detection and mutation analysis of cancer-associated extracellular vesicles using microfluidics with oriented chiral nanoparticles, Matter (2024). DOI: 10.1016/j.matt.2024.09.005

Journal information: Matter , Nature