Onderzoekers in de VS en China hebben een nieuwe techniek ontwikkeld voor het snel en nauwkeurig diagnosticeren van ooggerelateerde ziekten, door biomoleculaire kenmerken in de tranen van patiënten te detecteren. Ontwikkeld door een team onder leiding van Lukas Lee aan de Harvard Medical School en Fei Liu aan de Wenzhou Medical University maakt het iTEARS-systeem gebruik van oscillerende nanoporeuze membranen om ingekapselde biomoleculen te isoleren van onzuiverheden, waardoor ze veel gemakkelijker te bestuderen en te classificeren zijn.
Een grote uitdaging waarmee de huidige klinische onderzoeken worden geconfronteerd, is de noodzaak om ziekten op niet-invasieve manieren te diagnosticeren. Waardevolle informatie over een breed scala aan biologische processen kan worden gevonden in exosomen: structuren die vrijkomen uit bijna alle soorten levende cellen, waarin complexe biomoleculen, waaronder eiwitten, lipiden en nucleïnezuren, zijn ingekapseld in een celmembraanomhulsel. Door deze exosomen te bestuderen kunnen artsen de biologische processen identificeren die verband houden met specifieke ziekten, zonder dat er meer ingrijpende methoden nodig zijn.
Een bijzonder nuttige bron van exosomen zijn de tranen van patiënten – die belangrijke biomoleculaire componenten delen met hun bloed, en ook veel gemakkelijker toegankelijk zijn dan andere vloeistoffen in het oog. De bestaande technieken voor het op deze manier diagnosticeren van patiënten zijn tot nu toe echter beperkt door lange verwerkingstijden, kleine monstervolumes en lage herstelpercentages van exosoom.
In hun onderzoek, gerapporteerd in ACS Nanointroduceren de onderzoekers een nieuwe benadering van traananalyse, genaamd de “incorporated traan-exosomenanalyse via snel isolatiesysteem” (iTEARS). Hun methode omvat eerst het verzamelen van tranen op een niet-invasieve teststrip, die is ondergedompeld in een zoutoplossing. De vloeistof stroomt vervolgens tussen een paar dicht bij elkaar geplaatste nanoporeuze membranen, gemaakt van anodisch aluminiumoxide.
Beide membranen worden in beweging gebracht door het variërende drukverschil tussen de vloeistof erin en de ruimte daarbuiten. Tijdens deze oscillaties konden kleine biomolecuulfragmenten door de barrières heen gaan, terwijl de exosomen daarin gevangen bleven. Vervolgens kon het team de lading van de exosomen uit hun celmembraanomhulsels halen, klaar voor analyse.
Met behulp van iTEARS analyseerden de onderzoekers de tranen van menselijke deelnemers – sommigen gezond, en sommigen leden aan een van de vele ooggerelateerde ziekten. Voor elke patiënt stelde de techniek hen in staat om binnen slechts 10 minuten hoge opbrengsten aan pure exosomen te isoleren uit slechts een paar tranen (ongeveer 5 µl). In totaal identificeerden ze meer dan 900 soorten eiwitten in de monsters.
Contactlenzen monitoren de glucose in tranen
Hiervan werden er 426 aangetroffen in exosomen die verband houden met de ziekte van droge ogen: een veel voorkomende aandoening waarbij tranen onvoldoende smering voor het oog bieden. Door drie specifieke eiwitten in de tranen van een patiënt te identificeren, konden de onderzoekers ook onderscheid maken tussen twee subtypes van droge ogen, die elk verschillende behandelingen vereisen.
Verder ontdekten de onderzoekers dat een overmaat van vier soorten RNA-moleculen indicatief was voor diabetische retinopathie, een complicatie van diabetes die het netvlies beschadigt. Gebaseerd op dit vroege succes hopen ze dat iTEARS een snelle, nauwkeurige en niet-invasieve diagnose kan bieden voor een breed scala aan ooggerelateerde aandoeningen en andere ziekten.
