Дослідники зі США та Китаю розробили нову техніку для швидкої та точної діагностики очних захворювань шляхом виявлення біомолекулярних ознак у сльозах пацієнтів. Розроблено командою під керівництвом Люк Лі в Гарвардській медичній школі та Фей Лю у Веньчжоуському медичному університеті система iTEARS використовує осцилюючі нанопористі мембрани для ізоляції закритих біомолекул від домішок, що значно полегшує їх вивчення та класифікацію.
Головною проблемою, з якою стикаються сучасні клінічні дослідження, є необхідність діагностики захворювань неінвазивними способами. Цінну інформацію про широкий спектр біологічних процесів можна знайти в екзосомах: структурах, що виділяються майже з усіх типів живих клітин, у яких складні біомолекули, включаючи білки, ліпіди та нуклеїнові кислоти, укладені в оболонку клітинної мембрани. Вивчаючи ці екзосоми, клініцисти можуть ідентифікувати біологічні процеси, пов’язані з конкретними захворюваннями, без необхідності в більш агресивних методах.
Особливо корисним джерелом екзосом є сльози пацієнтів, які мають спільні з кров’ю ключові біомолекулярні компоненти, а також набагато легше доступні, ніж інші рідини в очах. Однак існуючі методи діагностики пацієнтів таким чином поки що були обмежені тривалим часом обробки, невеликими обсягами зразків і низькими темпами відновлення екзосом.
У своєму дослідженні, повідомляє в ACS Nano, дослідники запровадили новий підхід до краплинного аналізу, названий «включений аналіз сльозових екзосом за допомогою системи швидкої ізоляції» (iTEARS). Їхній метод спочатку передбачає збір сліз на неінвазивну тест-смужку, яку занурюють у розчин солі. Потім рідина проходить між парою близько розташованих нанопористих мембран, виготовлених з анодного оксиду алюмінію.
Обидві мембрани змушені коливатися змінною різницею тиску між рідиною всередині них і зовнішнім простором. Під час цих коливань невеликі фрагменти біомолекул могли проходити крізь бар’єри, залишаючи екзосоми всередині. Згодом команда могла видалити вантаж екзосом з оболонок їхніх клітинних мембран і підготувати їх для аналізу.
Використовуючи iTEARS, дослідники проаналізували сльози людей-учасників – деякі були здорові, а деякі страждали на одну з різноманітних очних хвороб. Для кожного пацієнта ця техніка дозволила виділити високу кількість чистих екзосом лише з кількох слізних крапель (приблизно 10 мкл) лише за 5 хвилин. Загалом у зразках вони ідентифікували понад 900 типів білка.
Контактні лінзи контролюють рівень глюкози в сльозах
З них 426 були знайдені в екзосомах, пов’язаних із хворобою сухого ока: поширеним станом, коли сльози не забезпечують достатньо мастила для очей. Визначивши три специфічні білки в сльозах пацієнта, дослідники також змогли розрізнити два підтипи хвороби сухого ока, кожен з яких потребує різного лікування.
Крім того, дослідники виявили, що надлишок чотирьох типів молекул РНК свідчить про діабетичну ретинопатію, ускладнення діабету, яке пошкоджує сітківку. Грунтуючись на цьому ранньому успіху, вони сподіваються, що iTEARS зможе забезпечити швидку, точну та неінвазивну діагностику широкого спектру захворювань очей та інших захворювань.
