Naukowcy z USA i Chin opracowali nową technikę szybkiego i dokładnego diagnozowania chorób oczu poprzez wykrywanie sygnatur biomolekularnych we łzach pacjentów. Opracowany przez zespół kierowany przez Łukasz Lee w Harvard Medical School i Fei Liu na Uniwersytecie Medycznym w Wenzhou system iTEARS wykorzystuje oscylujące nanoporowate membrany do izolowania zamkniętych biomolekuł od zanieczyszczeń, co znacznie ułatwia ich badanie i klasyfikację.
Głównym wyzwaniem, przed którym stoją obecne badania kliniczne, jest potrzeba diagnozowania chorób metodami nieinwazyjnymi. Cenne informacje na temat szerokiego zakresu procesów biologicznych można znaleźć w egzosomach: strukturach uwalnianych z niemal wszystkich typów żywych komórek, w których złożone biomolekuły, w tym białka, lipidy i kwasy nukleinowe, są zamknięte w otoczce błony komórkowej. Badając te egzosomy, klinicyści mogą identyfikować procesy biologiczne związane z określonymi chorobami, bez potrzeby stosowania bardziej inwazyjnych metod.
Szczególnie użytecznym źródłem egzosomów są łzy pacjentów – które dzielą kluczowe składniki biomolekularne z ich krwią, a także są znacznie łatwiej dostępne niż inne płyny w oku. Jednak istniejące techniki diagnozowania pacjentów w ten sposób były jak dotąd ograniczone długimi czasami przetwarzania, małymi objętościami próbek i niskimi wskaźnikami odzyskiwania egzosomów.
W swoim badaniu zgłosili w ACS Nano, naukowcy wprowadzają nowe podejście do analizy łez, nazwane „włączoną analizą egzosomów łez za pomocą systemu szybkiej izolacji” (iTEARS). Ich metoda polega najpierw na zebraniu łez na nieinwazyjnym pasku testowym, który jest zanurzony w roztworze soli. Następnie płyn przepływa między parą blisko rozmieszczonych nanoporowatych membran wykonanych z anodowanego tlenku glinu.
Obie membrany są napędzane oscylacją przez zmienną różnicę ciśnień między płynem w ich wnętrzu a przestrzenią na zewnątrz. Podczas tych oscylacji małe fragmenty biocząsteczek mogą przechodzić przez bariery, pozostawiając egzosomy uwięzione w środku. Następnie zespół mógł usunąć ładunek egzosomów z osłonek błony komórkowej, gotowy do analizy.
Korzystając z iTEARS, naukowcy przeanalizowali łzy ludzkich uczestników – niektórych zdrowych, a niektórych cierpiących na jedną z wielu chorób związanych z oczami. W przypadku każdego pacjenta technika ta pozwoliła im wyizolować wysokie wydajności czystych egzosomów z zaledwie kilku łez (około 10 µl) w ciągu zaledwie 5 minut. W sumie zidentyfikowali ponad 900 rodzajów białek w próbkach.
Soczewki kontaktowe monitorują poziom glukozy we łzach
Spośród nich 426 znaleziono w egzosomach związanych z chorobą suchego oka: powszechnym stanem, w którym łzy zapewniają niewystarczające nawilżenie oka. Identyfikując trzy specyficzne białka w łzach pacjenta, naukowcy mogli również rozróżnić dwa podtypy zespołu suchego oka, z których każdy wymaga innego leczenia.
Ponadto naukowcy odkryli, że nadmiar czterech rodzajów cząsteczek RNA wskazywał na retinopatię cukrzycową, powikłanie cukrzycy, które uszkadza siatkówkę. Opierając się na tym wczesnym sukcesie, mają nadzieję, że iTEARS może zapewnić szybką, dokładną i nieinwazyjną diagnostykę szerokiego zakresu schorzeń związanych z oczami i innych chorób.
