Исследователи из США и Китая разработали новый метод быстрой и точной диагностики заболеваний глаз путем обнаружения биомолекулярных сигнатур в слезах пациентов. Разрабатывается командой под руководством Люк Ли в Гарвардской медицинской школе и Фэй Лю В Медицинском университете Вэньчжоу система iTEARS использует колеблющиеся нанопористые мембраны для изоляции заключенных в оболочку биомолекул от примесей, что значительно упрощает их изучение и классификацию.
Основной проблемой, с которой сталкиваются современные клинические исследования, является необходимость диагностики заболеваний неинвазивными способами. Ценную информацию о широком спектре биологических процессов можно найти в экзосомах: структурах, выделяемых почти всеми типами живых клеток, в которых сложные биомолекулы, включая белки, липиды и нуклеиновые кислоты, заключены в оболочку клеточной мембраны. Изучая эти экзосомы, клиницисты могут идентифицировать биологические процессы, связанные с конкретными заболеваниями, без необходимости использования более интрузивных методов.
Особенно полезным источником экзосом являются слезы пациентов, которые имеют те же ключевые биомолекулярные компоненты, что и их кровь, а также гораздо более доступны, чем другие жидкости глаза. Однако существующие методы диагностики пациентов таким образом до сих пор ограничивались длительным временем обработки, небольшими объемами образцов и низкими показателями восстановления экзосом.
В своем исследовании, опубликованном в ACS Nano, исследователи представляют новый подход к анализу слезы, названный «встроенный анализ экзосом слезы с помощью системы быстрой изоляции» (iTEARS). Их метод сначала включает сбор слез на неинвазивную тест-полоску, погруженную в раствор соли. Затем жидкость проходит между парой близко расположенных нанопористых мембран, изготовленных из анодного оксида алюминия.
Обе мембраны колеблются за счет различной разницы давлений между жидкостью внутри них и внешним пространством. Во время этих колебаний небольшие фрагменты биомолекул могли проходить через барьеры, оставляя экзосомы запертыми внутри. Впоследствии команда могла удалить груз экзосом из их оболочек клеточной мембраны, готовый к анализу.
Используя iTEARS, исследователи проанализировали слезы людей-участников — как здоровых, так и страдающих одним из множества глазных заболеваний. Для каждого пациента этот метод позволил им выделить высокие выходы чистых экзосом всего из нескольких слезных капель (примерно 10 мкл) всего за 5 минут. В общей сложности они идентифицировали более 900 типов белка в образцах.
Контактные линзы контролируют уровень глюкозы в слезах
Из них 426 были обнаружены в экзосомах, связанных с болезнью сухого глаза: распространенным состоянием, при котором слезы обеспечивают недостаточное смазывание глаза. Идентифицировав три специфических белка в слезах пациентов, исследователи также смогли различить два подтипа синдрома сухого глаза, каждый из которых требует разного лечения.
Кроме того, исследователи обнаружили, что избыток четырех типов молекул РНК свидетельствует о диабетической ретинопатии, осложнении диабета, повреждающем сетчатку. Основываясь на этом раннем успехе, они надеются, что iTEARS сможет обеспечить быструю, точную и неинвазивную диагностику широкого спектра заболеваний глаз и других заболеваний.
