Nature 子刊:胞外囊泡助力胰腺癌早期诊断

来源:生物 360 / 作者:MEI / 2017-02-08
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尽管疾病检测已经取得了巨大的研究进展,但许多疾病的检测方法仍然繁琐和昂贵,并且经常发现仅在晚期阶段,此时患者的情况已经无望。 胰腺癌就是其中一种,其在早期阶段不显示明显症状,但可以积极地发展。 事实上,根据美国癌症协会的资料,在确诊为这种情况后一年死亡的患者高达 80%。

然而,现在,生物设计 Virginia G. Piper 个性化诊断中心的研究人员 Tony Hu 和他的同事设计了一种巧妙的方法来在其发展早期鉴定胰腺癌。 他们的技术依赖于胞外囊泡(EVs)的敏感检测 ,EVs 是大多数活细胞发出的微小气泡。相关研究成果发表在《Nature Biomedical Engineering》期刊上,该期刊于 2017 年 1 月新增为 Nature 子刊。

在该研究中,Hu 和他的同事描述了一种检测来自携带特定表面蛋白肿瘤的 EV 的方法,所述表面蛋白作为胰腺癌的指示标记。这种蛋白质称为 EphA2,可能会作为一个标志物,准确检测这种蛋白质的能力,甚至可以诊断胰腺癌的最早阶段。

“胰腺癌是我们迫切需要早期血液生物标志物的一种类型的癌症,”Hu 说。 目前,胰腺癌的唯一治疗仍然是手术切除患病组织,但在许多情况下,由于诊断时癌症扩散的程度,这是不可行的。目前已有用于检测的其他技术,但是因为这种癌症的性质,它不能很好地工作。当没有症状时,很难捕获早期的诊断信号。它不像乳腺癌,你可能感觉到疼痛,你可以很容易地检查异常生长。

这项研究表明,使用两个不同的纳米粒子之间的相互作用来检测 EV 相关肿瘤的平台可以强烈地区分来自患有胰腺癌,胰腺炎(可以与胰腺癌共享的疾病)和健康受试者的患者的血液样品 。 此外,该技术可以最终用于基于其独特的 EV 特征对一系列疾病的快速和灵敏的检测。

聚焦胞外囊泡

EV 由真核细胞(包括人细胞)和原核细胞(如缺乏核或其它膜结合组分的细菌细胞)释放。 EV 类似于产生它们的细胞的微型版本,尽管它们缺少细胞的复杂机械。

有各种各样的 EV 类型,它们从它们的父细胞以不同的方式发展。 目前的研究检查了一类称为外泌体的 EV,其大小范围为 50-150nm。 外泌体来源于细胞内的膜结合区室(称为内体),其最终与细胞的外膜融合以将外泌体释放到细胞外空间中。

一旦被认为是细胞代谢活动的碎片,EVs 现在被认为是重要的组成部分,具有遥远的责任,只是才刚开始显现。EVs 在细胞之间操作,形成一个微妙和复杂的通信网络,并在物种间高度保守,表明它们在生命过程中的重要作用。 在它们的活动中,核酸,蛋白质和脂质的转移,可以在亲本细胞和靶细胞中引发生理学和病理学改变。 EVs 还在先天和适应性免疫应答中发挥关键作用。

健康和疾病的标志

研究表明,循环 EVs 在许多疾病中显著升高。 EVs 似乎在某些癌症(包括胰腺癌)的发展和进展中起重要作用。肿瘤衍生的 EVs 一个明显的功能:一旦他们离开其亲本细胞,便迁移到其他组织并修改其周围环境以创建有利于肿瘤侵袭和生长(转移)的环境(龛)。 像一个新大陆的先驱者,EVs 可以为癌细胞在他们的尾迹之后铺路。

还有证据表明,肿瘤衍生的外泌体可以帮助肿瘤细胞通过输出抗肿瘤药物或中和抗体基药物来产生耐药性。

EV 可用作评估癌症负荷和对治疗反应的有用手段,因为患者血液样品中肿瘤衍生的 EV 的水平应当随着肿瘤质量而增加并且在对癌症治疗有利的反应时降低,因此有利于快速,低成本, 非手术检查患者疾病状态变化。

鉴定肿瘤相关的 EV 蛋白,如 EphA2,以及更好地了解 EV 在肿瘤发生和转移中的作用可能将打开癌症诊断和治疗监测的新篇章。 鉴于胰腺癌病例经常以高的治疗耐受率为特征,迫切需要改进的治疗监测,使得可以快速修改个性化治疗以改善个体患者结果。 此外,更好地了解控制 EV 行动以促进癌症发展和转移的特定因素可能有助于癌症的精准治疗。

光射线

EV 已经从多种细胞类型和生物流体(唾液,尿液,血液,母乳和精液,羊膜和鼻和支气管灌洗液)中分离,使得它们在各种条件下是生物标志物发展的高度有吸引力的候选物。 然而,关键的挑战是将疾病相关的 EV 与在体液中循环的其他多种 EV 分开。 研究者缺乏用于 EV 分析的简单方法,其通常需要耗费时间的分离和纯化程序,不适合临床设置。 此外,迄今为止缺乏能够精确区分肿瘤衍生的 EV 的生物标志物。

为了解决这些缺点,新的方法依赖于快速,基于纳米颗粒的技术,可以以最小的准备快速识别肿瘤源 EVs。

为此,稀释小血液样品(约 1 微升,比单次泪液滴中的体积小),并施加到涂覆有 EV 膜蛋白的抗体的传感器芯片上。 然后将通过该抗体结合到芯片的 EV 与抗体包被的纳米颗粒 - 一个绿色纳米球和一个红色纳米棒 - 识别第二 EV 膜蛋白和胰腺癌标记物 EphA2 混合。 只有胰腺癌衍生的 EV 结合两种纳米颗粒,并且它们在这些 EV 上的紧密接触引起改变颜色的偶联效应,并显着增加它们的折射光的强度,产生当用暗视野显微镜观察时容易可见的信号,(见图)。

在由 Hu 博士和同事进行的一系列实验中,该方法鉴定来自具有高灵敏度的胰腺癌的血样,包括具有早期疾病的那些,容易将它们与胰腺炎患者和健康个体区分开。 此外,该方法检测对应于治疗的肿瘤反应的治疗前和治疗后血液样品中 EphA2-EV 血液水平的改变,表明该技术监测治疗有效性的能力。

虽然目前的研究使用光学显微镜检查样品,研究人员设想一个全自动化系统,能够在临床上以低成本和高通量进行这种测定。 Hu 博士表示,对这种新诊断技术的临床转化存在热情,尽管他指出,通过 FDA 批准可能需要 2 - 3 年时间。

EV 前沿的潜力

该方法显示了检测 EV 可以用作生物标志物的宽范围疾病的前景,因为可以通过简单地替换一个或两个纳米颗粒探针来定制感兴趣的疾病的 EV 特异性探针。

Hu 博士和同事已经证明,在一个少量样品的研究中,这种方法检测活动性结核病病例的有效性。 在该研究中,来自结核杆菌的 EV 在患者尿液样品中大量检测。 这些令人鼓舞的结果为简单的非侵入性 TB 测试打开了大门。这对于不能为标准 TB 测试产生痰样品的患者特别重要,这些患者在先前可能需要经历一个或多个侵入性程序以获得可用于诊断的样品。

科学家们也正在研究 EVs 在其他疾病特定的应用,这种研究的速度正在加快。 一些研究人员甚至在探索 EVs 直接作为药物输送或治疗剂的能力。 因此,EV 的潜在医学应用是非常有价值的。

参考资料:

1.Nanoplasmonic quantification of tumour-derived extracellular vesicles in plasma microsamples for diagnosis and treatment monitoring.Nature Biomedical Engineering, doi:10.1038/s41551-016-0021

2.Sentinels in the blood: A new diagnostic for pancreatic cancer

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换一换

这题目取得,直接说让人类灭亡得了

是不是要多吃酸奶,使肠道菌群合理

中国是个14亿人口的大国,也是患癌大国,然而投入治癌药的科研确少的可怜,希望国家多点资金鼓励正在研发抗癌药的科学家,少买美债。

Palermo这个人害惨世界上很多人

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