Система оптимизирована для сортировки «экзосом», биологических наночастиц, высвобождаемых из всех типов клеток в организме. Считается, что они играют большую роль в межклеточной коммуникации и передаче болезней, они были объектами научного любопытства с момента их открытия три десятилетия назад.Однако крошечный размер экзосом затрудняет их изучение и затрудняет отделение от их естественных биологических жидкостей. Современные методы включают вращение образцов в центрифуге в течение нескольких часов или даже дней, часто повреждая экзосомы, подвергая их чрезвычайно высоким гравитационным силам.
Даже в этом случае процедура захватывает только небольшую часть наночастиц, присутствующих в биологической жидкости.В статье, опубликованной 18 сентября в Proceedings of the National Academy of Sciences, исследователи из Университета Дьюка, Университета Питтсбурга и Института женских исследований Маги, Массачусетского технологического института и Сингапурского технологического университета Наньяна демонстрируют лучший метод. основан на «акустофлюидике», сочетании акустики и микрофлюидики.Прототип устройства представляет собой бережную автоматизированную систему по месту оказания помощи, которая позволяет одноэтапно на кристалле изолировать экзосомы из цельных биологических жидкостей с высокой степенью чистоты и выхода.Результаты могут помочь исследователям и клиницистам узнать больше об экзосомах и сформировать основу для диагностических или терапевтических устройств.
Устройство может обеспечить диагностику и мониторинг многих состояний с помощью простого забора крови и «жидкой биопсии», включая рак, сотрясения мозга и заболевания, поражающие мозг, почки, печень и плаценту.«Экзосомы обладают значительным потенциалом в медицинской диагностике и лечении, но современные технологии выделения экзосом страдают от недостатков, таких как длительное время обработки, несогласованность, низкий выход, загрязнение и неопределенная целостность экзосом», — сказал Тони Джун Хуанг, профессор машиностроения и материалов. наука в Duke. «Эта работа предлагает новую технику, которая может решить эти проблемы. Мы хотим сделать извлечение высококачественных экзосом таким же простым, как нажатие кнопки и получение желаемых образцов в течение 10 минут».«Способность этого метода разделять экзосомы без изменения их биологических или физических характеристик потенциально предлагает новые пути для оценки здоровья человека, а также возникновения и прогрессирования заболеваний», — сказал Субра Суреш, соавтор-корреспондент статьи и назначенный президент. из Сингапурского технологического университета Наньян, профессор биомеханики в медицине 21-го века на Медицинской школе Университета Питтсбурга и бывший президент Университета Карнеги-Меллона.
Прототип устройства, созданный Хуангом и его коллегами, создает высокочастотную звуковую волну, движущуюся под углом к ??жидкости, стекающей по крошечной трубке. Тщательно подбирая угол и частоту звуковой волны к длине канала и размеру частиц, они могут вытолкнуть любую частицу размером более 1000 нанометров в отдельный канал.Это удаляет элементы крови, такие как лейкоциты, эритроциты и тромбоциты. Затем жидкость проходит через вторую камеру, где та же сила используется для фильтрации всего, что меньше 130 нанометров, что примерно равно размеру большинства экзосом и в 500 раз меньше толщины человеческого волоса.
Двухэтапный метод показал способность разделять более 80 процентов присутствующих экзосом с чистотой 98 процентов по сравнению с существующими методами, которые захватывают только 5-40 процентов экзосом.«Новое устройство может сначала удалить все клетки крови и тромбоциты, а затем эффективно разделить внеклеточные везикулы, такие как экзосомы», — пояснил Мин Дао, директор лаборатории наномеханики Массачусетского технологического института. «Это новое поколение интегрированной конструкции устройства делает возможным сортировку различных компонентов крови без центрифугирования, что может значительно снизить стоимость и время обработки, связанные с анализами жидкой биопсии».
«Это добавит новое измерение в исследования« жидкой биопсии »и упростит клиническое использование внеклеточных везикул для информирования о физиологии и состоянии здоровья труднодоступных органов, таких как плацента во время беременности человека», — сказал Йоэль Садовский, директор. из Исследовательского института женщин Маги Питтсбургского университета. «Хотя использование экзосом для этих целей еще не доказано, это обещание нашего исследования».