Forskare i USA och Kina har utvecklat en ny teknik för att snabbt och exakt diagnostisera ögonrelaterade sjukdomar genom att upptäcka biomolekylära signaturer i patienternas tårar. Utvecklad av ett team som leds av Luke Lee vid Harvard Medical School och Fei Liu vid Wenzhou Medical University använder iTEARS-systemet oscillerande nanoporösa membran för att isolera inneslutna biomolekyler från föroreningar, vilket gör dem mycket lättare att studera och klassificera.
En stor utmaning som nuvarande kliniska studier står inför är behovet av att diagnostisera sjukdomar på icke-invasiva sätt. Värdefull information om ett brett spektrum av biologiska processer kan hittas i exosomer: strukturer som frigörs från nästan alla typer av levande celler, i vilka komplexa biomolekyler, inklusive proteiner, lipider och nukleinsyror, är inneslutna i ett cellmembranskal. Genom att studera dessa exosomer kan läkare identifiera de biologiska processer som är förknippade med specifika sjukdomar, utan behov av mer påträngande metoder.
En särskilt användbar källa till exosomer är patienternas tårar – som delar viktiga biomolekylära komponenter med sitt blod, och som också är mycket mer lättillgängliga än andra vätskor i ögat. Befintliga tekniker för att diagnostisera patienter på detta sätt har dock hittills begränsats av långa handläggningstider, små provvolymer och låga frekvenser av exosomåterhämtning.
I deras studie, rapporterad i ACS Nano, introducerar forskarna ett nytt tillvägagångssätt för droppanalys, kallad "inkorporerad tår-exosomer analys via snabbt isoleringssystem" (iTEARS). Deras metod går först ut på att samla tårar på en icke-invasiv testremsa, som är nedsänkt i en saltlösning. Vätskan passerar sedan mellan ett par tätt åtskilda nanoporösa membran, gjorda av anodisk aluminiumoxid.
Båda membranen drivs att oscillera av den varierande tryckskillnaden mellan vätskan inuti dem och utrymmet utanför. Under dessa svängningar kan små biomolekylfragment passera genom barriärerna, samtidigt som exosomerna lämnas instängda. Därefter kunde teamet ta bort exosomernas last från deras cellmembranhöljen, redo för analys.
Med hjälp av iTEARS analyserade forskarna tårarna hos mänskliga deltagare – några friska och några lider av en av en mängd olika ögonrelaterade sjukdomar. För varje patient tillät tekniken dem att isolera höga utbyten av rena exosomer från bara några få tårar (ungefär 10 µl) inom bara 5 minuter. Sammantaget identifierade de över 900 typer av protein i proverna.
Kontaktlinser övervakar glukos i tårar
Av dessa hittades 426 i exosomer associerade med torra ögonsjukdomar: ett vanligt tillstånd där tårar ger otillräcklig smörjning för ögat. Genom att identifiera tre specifika proteiner i en patients tårar kunde forskarna också skilja mellan två undertyper av torra ögonsjukdomar, som var och en kräver olika behandlingar.
Vidare fann forskarna att ett överskott av fyra typer av RNA-molekyler tydde på diabetisk retinopati, en komplikation av diabetes som skadar näthinnan. Baserat på denna tidiga framgång hoppas de att iTEARS kan ge snabb, exakt och icke-invasiv diagnos för ett brett spektrum av ögonrelaterade tillstånd och andra sjukdomar.
