Forscher in den USA und China haben eine neue Technik zur schnellen und genauen Diagnose von Augenerkrankungen entwickelt, indem sie biomolekulare Signaturen in den Tränen von Patienten nachweisen. Entwickelt von einem Team unter der Leitung von Luke Lee an der Harvard Medical School und Fei Liu An der Medizinischen Universität Wenzhou verwendet das iTEARS-System oszillierende nanoporöse Membranen, um eingeschlossene Biomoleküle von Verunreinigungen zu isolieren, was ihre Untersuchung und Klassifizierung erheblich erleichtert.
Eine große Herausforderung aktueller klinischer Studien ist die Notwendigkeit, Krankheiten auf nicht-invasive Weise zu diagnostizieren. Wertvolle Informationen über eine Vielzahl biologischer Prozesse können in Exosomen gefunden werden: Strukturen, die von fast allen Arten lebender Zellen freigesetzt werden und in denen komplexe Biomoleküle, darunter Proteine, Lipide und Nukleinsäuren, von einer Zellmembranhülle umgeben sind. Durch die Untersuchung dieser Exosomen können Ärzte die mit bestimmten Krankheiten verbundenen biologischen Prozesse identifizieren, ohne dass aufwändigere Methoden erforderlich sind.
Eine besonders nützliche Quelle für Exosomen sind die Tränen der Patienten, die wichtige biomolekulare Bestandteile mit ihrem Blut teilen und außerdem viel leichter zugänglich sind als andere Flüssigkeiten im Auge. Allerdings waren bestehende Techniken zur Diagnose von Patienten auf diese Weise bisher durch lange Verarbeitungszeiten, kleine Probenvolumina und niedrige Exosomenwiederherstellungsraten begrenzt.
In ihrer Studie berichtet in ACS Nano, stellen die Forscher einen neuen Ansatz zur Tränenanalyse vor, der „Incorporated Tear-Exosomes Analysis Via Rapid Isolation System“ (iTEARS) genannt wird. Ihre Methode besteht zunächst darin, Tränen auf einem nicht-invasiven Teststreifen zu sammeln, der in eine Salzlösung getaucht wird. Die Flüssigkeit strömt dann zwischen zwei eng beieinander liegenden nanoporösen Membranen aus anodischem Aluminiumoxid hindurch.
Beide Membranen werden durch den unterschiedlichen Druckunterschied zwischen der Flüssigkeit in ihrem Inneren und dem Raum außerhalb in Schwingungen versetzt. Während dieser Schwingungen könnten kleine Biomolekülfragmente die Barrieren passieren, während die Exosomen darin eingeschlossen bleiben. Anschließend konnte das Team die Ladung der Exosomen aus ihren Zellmembranhüllen entnehmen und für die Analyse bereithalten.
Mit iTEARS analysierten die Forscher die Tränen menschlicher Teilnehmer – einige davon waren gesund, andere litten an einer von verschiedenen Augenerkrankungen. Die Technik ermöglichte es ihnen, für jeden Patienten innerhalb von nur 10 Minuten hohe Ausbeuten an reinen Exosomen aus nur wenigen Tropfen (ungefähr 5 µl) zu isolieren. Insgesamt identifizierten sie über 900 Proteinarten in den Proben.
Kontaktlinsen überwachen den Blutzuckerspiegel in der Tränenflüssigkeit
Davon wurden 426 in Exosomen gefunden, die mit der Erkrankung des trockenen Auges in Zusammenhang stehen: einer häufigen Erkrankung, bei der Tränen das Auge nicht ausreichend befeuchten. Durch die Identifizierung von drei spezifischen Proteinen in den Tränen eines Patienten konnten die Forscher auch zwischen zwei Subtypen des Trockenen Auges unterscheiden, die jeweils unterschiedliche Behandlungen erfordern.
Darüber hinaus fanden die Forscher heraus, dass ein Überschuss an vier Arten von RNA-Molekülen auf diabetische Retinopathie hinweist, eine Komplikation von Diabetes, die die Netzhaut schädigt. Aufgrund dieses frühen Erfolgs hoffen sie, dass iTEARS eine schnelle, genaue und nicht-invasive Diagnose für ein breites Spektrum von Augenerkrankungen und anderen Krankheiten ermöglichen kann.
